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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
G. Carboni - Workshop 7-8/6/2011 - Tor Vergata 3
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.)
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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
?
?
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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
7G. Carboni - Workshop 7-8/6/2011 - Tor Vergata
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
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B0
B-
distanza percorsa dai B 1 cm
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Torniamo alla domanda: come faccio a sapere se ho
un oppure un ??? 0B 0B
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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
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20 m
10 m
e realtà
G. Carboni - Workshop 7-8/6/2011 - Tor Vergata
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HCAL
RICH 2
Preshower
Lead and SPD
ECAL
Muonclosed
Be beam pipeInox beam pipe
View from below
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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
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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
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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
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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
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pp + X
LHCb è anche un laboratorio per studi di QCD con alta statistica
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Super LHCb
L’upgrade di LHCb permetterà di migliorare ancorala sensibilità su certi canali
Bs,d m+m-
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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
27G. Carboni - Workshop 7-8/6/2011 - Tor Vergata
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.