1 fisica dei quark pesanti a lhc g. carboni - workshop 7-8/6/2011 - tor vergata presentata da g....

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fisica dei quark pesanti a LHC

G. Carboni - Workshop 7-8/6/2011 - Tor Vergata

presentata da G. Carboni

G. Carboni - Workshop 7-8/6/2011 - Tor Vergata 2

730 members54 institutes(10 from Italy)15 countries


Gruppo LHCb di Tor Vergata

Giovanni Carboni Roberto Messi

Emanuele Santovetti Alessia Satta

Stefano de Capua Giovanni Sabatino Assegnisti 2010-12

Attività principali

Partecipazione alla gestione del rivelatore di muoni Partecipazione alla presa dati e all’analisiPRIN 2008 su sistema di acquisizione per futuri esperimenti(Super-LHCb, Super-B ecc.)


Complementarity

In the search for New Physics Beyond the Standard Model the LHCb approach is complementary to the direct one of ATLAS and CMS If NP exists at the TeV scale its effects could be observed in decaysand CP asymmetries at much lower energies

This requires several high-precision tests of the SM and of the CKM framework we use to describe CP violation

• chart the known territory more accurately • explore new regions

Standard Model

t

s

s

Bs decay: “Penguin” diagram

W

W

W

b

B s

0

t

t

Bs–Bs oscillations: “Box” diagram

–

msSM |Vts

2|,s

SM = –arg(Vts2) = 2s

s

b

Bs0

s

s

s

b

Bs0

s

Strengths of indirect approach

Can access higher scales and therefore see effect earlier:— Third quark family inferred by Kobayashi and Maskawa (1973) to

explain small CP violation measured in kaon mixing (1964), but only directly observed in 1977 (b) and1995 (t)

— Neutral currents (+N +N) discovered in 1973, but real Z discovered in 1983

Can access the phases of the new couplings:— NP at TeV scale must have a “flavor structure” to provide the

suppression mechanism for already observed FCNC processes once NP is discovered, it is important to measure this structure (including new phases) New Physics

? ??

?

ms s

?

?

5G. Carboni - Workshop 7-8/6/2011 - Tor Vergata


La violazione della simmetria CP significa che in “qualcosa”la materia differisce dall’antimateria

Grazie a tale violazione alla fine del Big Bang potrebbe essere rimasta un po’ di materia in eccesso.

Ma la violazione di CP presente nel Modello Standard è insufficiente.

Quindi è ragionevole aspettarsi che la “Nuova Fisica” si manifesti proprionella violazione di CP

1.000.000.000 1.000.000.003

materiaantimateria

materia

I mesoni B sono il “laboratorio” ideale per studiare la violazione di CP


Come si osserva la violazione di CP in LHCb?

Il principio è semplice: si confronta il comportamentodi un mesone B0 e dell’anti-B0. Per esempio

0

0

B

B

Se su un grande numero di decadimenti il numero di coppiep+ p- prodotte differisce nei due casi vuol dire che CP è violata

Ovviamente devo sapere se in partenza ho un

oppure un (vedi dopo)

0B0B


B0

B-

distanza percorsa dai B 1 cm


Torniamo alla domanda: come faccio a sapere se ho

un oppure un ??? 0B 0B


B0

B- m-Il segno

del m ci dice se il partner è

un B o un anti-B

I B vengono sempre prodotti in coppie B-anti B

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MuoniHCAL ECAL

RICH2

TracciatoreMagnete

TTRICH1

VELO

1111

LHCb: schema

11

20 m

10 m

e realtà



HCAL

RICH 2

Preshower

Lead and SPD

ECAL

Muonclosed

Be beam pipeInox beam pipe

View from below


LHCb in sintesi

• rivelatore di vertice per separare i B-anti B dal vertice primario• sistema di tracciatura con magnete• rivelatore per identificare i muoni• Cherenkov (RICH) per separare p da K• calorimetro per rivelare i neutri (p0 e )g• trigger per registrare solo gli eventi interessanti


The LHCb Trigger

2 kHz

L0 e, g

40 MHz

1 MHz

L0 had

L0 m

ECALAlley

Had.Alley

Global reconstruction

30 kHz

MuonAlley

Inclusive selections:topological, m,

m+track, ,mm D→X, ΦExclusive selections

Level-0

HLT1

HLT2

‘High-pt’ signals in calorimeter & muonsystems

Associate L0 signals withtracks, especially thosein VELO displaced from PV

Full detector information available.Look for inclusive signatures, augmented by exclusive selections in certain key channels.

Triggering is a challenge! ~1/100 events contain b interesting b branching fractions ~10-3

or lessstorage


La sezione d’urto per produrre una coppia di b-anti b è circa300 microbarn all’energia di 7 TeV, ossia 300 volte maggiore di quellache si ha in una macchina e+e- (B-factory) a 10 GeV

La Luminosità integrata indica quanti eventi si producono per una data sezioned’urto:

1 fb-1 corrisponde a 109 eventi con s = 1 mb o 1000 eventicon s = 1 pb o....

Attualmente LHCb ha accumulato 0,15 fb-1 che significa 4,5 1012 coppie bb

Alla fine della prima fase di LHC (2017) si attendono 5 fb-1 (2 a 7 TeV, 3 a 14TeV con una sezione d’urto doppia)

Si sta lavorando a un piano di upgrade del rivelatore per poter aumentare questo valore di 10 volte nei successivi 5 anni dopo il 2017

La statistica è cruciale

NB: 1 mb = 10-30 cm-2


Una macchina adronica come LHC è democratica: diversamente da una B-factory e+e- permette di produrre in abbondanza tutte

le possibili combinazioni di quark

b

t

s

c

d

u

), ( ), ( ), ( ), ( ), ( ), (0 0 0

sc D uub udb cb B sb B db Bs b b c s d

Democrazia

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Misure di vita media

Misure di massa

Misure di produzione

Misure di violazione di CP integrata

Risultati pubblici 2011 selezionati

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Decadimenti del Bs

BDh(hh)

Misure di violazione di CP dipendente dal tempo

Decadimenti rari

Risultati pubblici 2011 selezionati


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Misure di massa da BJ/yX

• Misure di massa importanti per studiare la bontà di allineamento, risoluzione in impulso, ecc.

• Risoluzioni in massa per questi decadimenti ~7-10 MeV– prossime alle attese dal

MC• Principale sistematica in

gioco calibrazione della scala dell’impulso

B+ J/yK+ B0 J/yK*0

Bs J/yf

Lb J/yLB0 J/yKS

Bc J/yp

LHCb-CONF-2011-027

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Quadro• Misure in accordo

e molto competitive rispetto alle medie mondiali

B+ B0

Bs Lb

Bc

PDG

LHCb 2010

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Misura di Dmd

• Realizzata usando circa 6k eventi B0D-(Kpp)p+

• Misura utile sia come verifica sia per calibrare il tagging opposite side per la misura di Dms Asimmetria di mixing

(solo segnale)

Distribuzione dei tempi di decadimento

LHCb 2010WA: Dmd=0.507 ± 0.005 ps-1

LHCb-CONF-2011-010

Oscillazione nel tempo proprio

00 BB

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Misura di Dms

• Realizzata usando circa 1350 eventi BsDsp e BsDsppp

• Risoluzione in tempo proprio evento-per-evento calibrata usando candidati fakecostruiti associando un Ds prompt con p random dal vertice primario– Risoluzione media: 36-44 fs

CDF: Dms=17.77 ± 0.10 ± 0.07 ps-1

Likelihood scan

BsDs(fp)p BsDs(K*K)p

BsDs(KKp)p BsDs(KKp)ppp

LHCb 2010

LHCb-CONF-2011-005

ss BB


pp + X

LHCb è anche un laboratorio per studi di QCD con alta statistica


Super LHCb

L’upgrade di LHCb permetterà di migliorare ancorala sensibilità su certi canali

Bs,d m+m-


LHCb a confronto con Super B

La sfida della Super-B: realizzare una macchina che possa fornire50 ab-1 in 5 anni (dal 2017) ossia una macchina 50 volte più luminosa

dell’unica in funzione (KEK-B in Giappone)

LHC Committee CERN

La sfida di Super-LHCb: migliorare di 10 volte le capacità di selezione (Trigger)dell’esperimento e la resistenza alla radiazione dei vari rivelatori


Conclusioni• L’esperimento funziona molto bene e promette di

realizzare il suo programma di fisica di base con 5 fb-

1 nel 2017. Poi Super LHCb con 50 fb-1.

• Circa una trentina di analisi presentate a conferenze nel 2011 (sui dati del 2010)– Grosso balzo in avanti da Febbraio in poi

• 6 articoli già pubblicati su queste analisi (vedi ad es. Bd,sm+m-) e altri in corso di lavorazione.

• Componente ToV ben piazzata nell’analisi: 6 presentazioni a conferenze nel periodo gen-giu 2011.

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