Обнаружение распада B° → D*†D† и поиск в нем CP-нарушения тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Аушев, Тагир Абдул-Хамидович

• Аушев, Тагир Абдул-Хамидович
• кандидат физико-математических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Аушев, Тагир Абдул-Хамидович

Введение

1 CP-нарушение в распадах 5-мезонов

1.1 Симметрии в физике.

1.2 Модель Кобаяши-Маскава.

1.3 CP-нарушение в распадах Б-мезонов.

1.3.1 В0 - В°-смешивание.

1.3.2 Непрямое CP-нарушение в В-мезонах.

1.3.3 CP-нарушения в распадах В-мезонов из Т(45)-резонанса

2 CP-нарушение в распаде В0 -> D^D*

2.1 Чем интересно данное измерение?.

2.2 CP-нарушение в распадах В° > £>(*)+£)(•)-.

2.3 Оценка вероятности распада В0 —> D^D^.

3 Экспериментальная установка

3.1 Ускоритель КЕКВ.

3.2 Детектор Belle.

3.2.1 Вершинный детектор.

3.2.2 Дрейфовая камера.

3.2.3 Аэрогелевый детектор Черенковского излучения.

3.2.4 Система измерения времени пролета частиц.

3.2.5 Электромагнитный калориметр.

3.2.6 Мюонная система.

3.2.7 Идентификация заряженных треков

3.2.8 Триггерная система.

3.2.9 Моделирование детектора

4 Анализ экспериментальных данных

4.1 Методы реконструкции распада В0 —> D^D*.

4.2 Первое обнаружение распада В0 —> D'^D*

4.2.1 Восстановление В0 —> D^D* методом полной реконструкции

4.2.2 Восстановление В0 Dt:tDT методом частичной реконструкции

4.2.3 Сравнение результатов и оценка систематических ошибок

4.3 Измерение CP-нарушения в распаде В0 —> D*±£)T.

• 4.3.1 Таггирование аромата Б°-мезона.

4.3.2 Определение вершин распадов.

4.3.3 Параметризация сигнала и фона в СР-фитировании.

4.3.4 Результаты измерения параметров CP-нарушения.

4.3.5 Проверка метода с помощью распада В0 D*+Dj.

4.3.6 Проверка измерения методом псевдо-'экспериментов" 4.3.7 Оценка систематических ошибок измерения.

5 Основные результаты проделанной работы 84 Заключение 86 Благодарности 88 Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Обнаружение распада B° → D*†D† и поиск в нем CP-нарушения»

Изучение нарушения CP-симметрии, обнаруженного более 40 лет назад в распадах нейтральных /^-мезонов, остается и по сей день одной из самых интересных задач физики элементарных частиц. Долгое время система К0 — К0 была единственной, где наблюдали это явление. В 1999 году были построены новые детекторы - "В-фабрики" Belle [1] и BABAR [2], которые должны были позволить обнаружить CP-нарушение в распадах В-мезонов. Ожидалось, что полученные на них данные позволят точно измерить параметры CP-нарушения и либо подтвердить Стандартную Модель (СМ), либо обнаружить эффекты ей противоречащие. В дальнейшем обсуждении возможные эффекты, не согласующиеся со СМ, будут называться Новой Физикой, как это принято в литературе. Сегодня уже можно говорить о надежном измерении величины CP-нарушения в распадах В0 —> (cc)resK° [3, 4] и первых результатах измерения прямого CP-нарушения в распаде В0 -» К*^ [5, б].

Темой настоящей работы является первое обнаружение распада В0 —> D*±D:F, измерение его относительной вероятности и поиск CP-нарушения в этом конечном состоянии. Согласно предсказаниям СМ параметры CP-нарушения в данном канале и распаде В0 —> J/i})Ks должны совпадать с хорошей точностью. В противном случае можно предположить существование Новой Физики.

Настоящая работа основывается на данных, набранных за период с 1999 по 2003 гг. в эксперименте Belle, работающем на ускорителе КЕКВ в научно-исследовательском центре КЕК (г. Цукуба, Япония). КЕКВ - это асимметричный е+е~ кол-лайдер с энергией пучков в системе центра масс - 10.58 ГэВ, соответствующей массе Т(45) резонанса.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах [7, 8]. Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на XXXI и XXXII Международных Конференциях по Физике Высоких Энергий (ICHEP) в г. Амстердаме (Нидерланды), 2002 г. [9] и в г. Пекине (Китай), 2004 г. [10], на 9-ом Международном Симпозиуме по Физике Тяжелых Кварков в г. Калифорнии (США), 2001 г., на XX Международном Симпозиуме по Взаимодействию Лептонов и Фотонов при Высоких Энергиях (LP'01) в г. Риме (Италия), 2001 г., а также на семинарах ИТЭФ и на совещаниях сотрудничества Belle.

Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Аушев, Тагир Абдул-Хамидович

5 Основные результаты проделанной работы

В работе исследовался распад В0 —> D^D*. Получены следующие результаты:

• Впервые обнаружен исследуемый распад и измерена его относительная вероятность [7]. Используя метод полной реконструкции, получено:

В(В° D*~D+) + В(В° D*+D~) = (1.17 ± 0.26^) х 1(Г3. (52)

• Разработана методика частичной реконструкции распада В0 —» D^D*. Данным методом получен результат для вероятности изучаемого распада [7]:

В{В° D*~D+) + В{В° -> D*+D~) = (1.48 ± 0.38l^) х 1(Г3. (53)

Этот результат хорошо согласуется с результатом, полученным методом полной реконструкции. Данная методика может применяться для всех распадов типа В £>**£><*).

• Разработана методика определения параметров CP-нарушения в изучаемом канале методом частичной реконструкции, что позволит существенно улучшить точность измерения параметров CP-нарушения в дополнении к методу полной реконструкции.

Для проверки возможности использования этого метода проведены измерения времени жизни Р°-мезона и параметра Дт^. Полученные результаты: тво = 1.48 ± 0.04 ps;

Amd = 0.52 ± 0.02 ps"1, хорошо согласуются со среднемировыми значениями.

Получены результаты измерения параметров CP-нарушения двумя методами [8]:

Полная реконстр. Частичная реконстр. Совместный фит

А +0.03 ± 0.09 +0.16 ±0.18 +0.07 ±0.08 ±0.04

S —1.17 ± 0.48 -0.65 ±0.79 -0.96 ±0.43 ±0.12 с +0.33 ± 0.29 +0.11 ±0.45 +0.23 ± 0.25 ± 0.06

-0.25 ±0.52 -0.92 ± 0.58 -0.55 ±0.39 ±0.12

-0.34 ± 0.27 -0.39 ± 0.38 -0.37 ±0.22 ±0.06

Статистическая значимость обнаружения CP-нарушения в этом распаде равна 2.7а.

В предположении согласно теоретическим предсказаниям, что разность сильных фаз <5 = 0, значение sin 2/3 и отношение амплитуд найдены равными: sin 2/3 = 0.75 ±0.30; \Ai\/\A2\ =0.75 ±0.13. (54)

Заключение

Исследования, проведенные при анализе экспериментальных данных, полученных в эксперименте Belle, позволили впервые наблюдать распад В0 —У D*±DT и измерить его относительную вероятность. При этом получены следующие результаты:

• Разработаны и оптимизированы критерии отбора событий методом полной реконструкции, что позволило впервые наблюдать исследуемый распад. Разработана методика частичной реконструкции, что позволило существенно увеличить эффективность реконструкции данного распада.

• Разработаны программы, позволяющие моделировать исследуемый процесс методом Монте Карло. В результате моделирования были рассчитаны эффективности применяемых критериев отбора.

• Разработана методика оценки эффективности реконструкции "медленных" треков на основе экспериментальных данные, что позволило уменьшить зависимость результата от точности моделирования.

• Определены основные источники фона к исследуемому распаду. На основе моделирования и, где это было возможно - на основе анализа экспериментальных данных, были получены оценки вклада каждого из источников фона.

• Впервые определена величина относительной вероятности распада В0 —у

В(В° -»■ D*~D+) + В(В° D*+D~) = (1.17 ± 0.26^) х 1(Г3.

Полученное измерение позволило подтвердить теоретические предсказания, основанные на теории факторизации.

• Оптимизированы критерии отбора событий для измерения СР-нарушения в данном канале распада. Разработана методика измерения параметров СР-нарушения, используя метод частичной реконструкции, что позволило существенно улучшить точность измерения параметров CP-нарушения в дополнении к методу полной реконструкции.

• Измерены параметры CP-нарушения, используя методы полной и частичной реконструкций (Таблица 9). Статистическая значимость обнаружения СР-нарушения в этом распаде найдена равной 2.7о.

В пределах ошибок данного измерения полученный результат хорошо согласуется с ожидаемым в СМ значением. Однако, на статистике в 20 — 30 раз большей, которая может быть получена в ближайшие годы в таких экспериментах, как Super-Belle и LHC-b, параметры CP-нарушения в данном канале распада могут быть измерены с погрешностью менее 10%. Возможно, такой точности будет достаточно для обнаружения различий между измеренными значениями параметров CP-нарушения и их ожидаемыми значениями согласно СМ.

Благодарности

В первую очередь хочу выразить глубокую признательность своему научному руководителю П.Н. Пахлову, благодаря которому выход данной работы стал возможен, а также за предоставление прекрасных условий для плодотворной научной работы.

Я искренне благодарен своим коллегам М. Данилову, Г. Пахловой, Р. Чистову, В. Балагуре, И. Беляеву, А. Друцкому, Р. Кагану, Р. Мизюку, С. Семенову, И. Тихомирову, Д. Ливенцеву, Т. Углову и В. Эйгесу, за многочисленные полезные обсуждения, обмен ценным опытом и научное сотрудничество.

Мне приятно поблагодарить своих коллег из Японии М. Hazumi, Y. Iwasaki и Y. Sakai за помощь в подготовке работы и плодотворные обсуждения.

Особую благодарность хочу выразить лидеру сотрудничества Belle F. Takasaki за постоянное внимание к моей работе в сотрудничестве Belle.

Я считаю своим долгом поблагодарить всех участников сотрудничества Belle.

Я рад возможности выразить благодарность своему первому учителю А. Ба-зоркину за привитую любовь к физике и своим родителям за их всемерную поддержку.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Аушев, Тагир Абдул-Хамидович, 2005 год

1. Belle Collaboration, A. Abashian et al, Nucl. Instrum. Meth., A 479, 117 (2002).

2. BABAR Collaboration, B. Aubert et al, Nucl. Instrum. Meth., A 479, 1 (2002).

3. Belle Collaboration, K. Abe et al, Phys. Rev. D66, 071102 (2002).

4. BABAR Collaboration, B. Aubert et al, Phys. Rev. Lett. 89, 201802 (2002).

5. BABAR Collaboration, B. Aubert et al, Phys. Rev. Lett. 93, 131801 (2004).

6. Belle Collaboration, Y. Chao et al, hep-ex/0408100.

7. Belle Collaboration, K. Abe, . , T. Aushev, et al., Phys. Rev. Lett. 89, 122001 (2002).

8. Belle Collaboration, T. Aushev, et al, Phys. Rev. Lett. 93, 201802 (2004).

9. T. Aushev, Proceedings of ICHEP 2002, 503-506.

10. T. Aushev, Proceedings of ICHEP 2004/hep-ex/0411021.

11. T.D. Lee and C.-N. Yang, Phys. Rev. 104, 254 (1956).

12. C.S. Wu et al, Phys. Rev. 105, 1413 (1957).

13. B.L. Ioffe, L.B. Okun and A.P. Rudik, JETP 5, 328 (1957).

14. L.D. Landau, JETP 5, 336 (1957).

15. J.H. Christenson, J.W. Cronin, V.L. Fitch and R. Turlay, Phys. Rev. Lett. 13, 138 (1964).

16. M. Kobayashi and T. Maskawa, Prog. Theor. Phys. 49, 652 (1973).

17. Particle Data Group, S. Eidelman et al, Phys. Lett. В 592, 1 (2004).

18. L. Wolfeinstein, Phys. Rev. Lett. 51, 1945 (1983).

19. A.B. Carter and A.I. Sanda, Phys. Rev. Lett. 45, 952 (1980).

20. A.B. Carter and A.I. Sanda, Phys. Rev. D23, 1567 (1981).

21. ARGUS Collaboration, H. Albrecht et al, Phys. Lett. B192 245 (1987).

22. R. Aleksan, J.E. Bartelt, P. Burchat, A. Seiden, Phys.Rev. D39, 1283 (1989).

23. I. Dunietz et al, Phys. Rev. D43, 2193 (1991).

24. M. Ciuchini et al, Phys. Rev. Lett. 79, 978 (1997).

25. A. I. Sanda and Z.-Z. Xing, Phys. Rev. D56, 341 (1997).

26. X.-Y. Pham and Z.-Z. Xing, Phys. Lett. B458, 375 (1999).

27. Belle Collaboration, H. Miyake et al., hep-ex/0501037.

28. BABAR Collaboration, B. Aubert et al, Phys. Rev. Lett. 90, 221801 (2003).

29. Z.-Z. Xing, Phys. Lett. B443, 365, (1998).

30. CLEO Collaboration, E. Lipeles et al, Phys. Rev. D62, 032005 (2000).

31. КЕКВ В Factory Design Report, KEK Report 95-1, 1995, unpublished.

32. H. Hirano et al, Nucl. Instr. and Meth. A455 (2000) 294.

33. T. Sumiyoshi et al., Nucl. Instr. and Meth. A433 (1999) 385.

34. I. Adachi et al, Nucl. Instr. and Meth. A355 (1995) 390.

35. S.K. Sahu et al, Nucl. Instr. and Meth. A382 (1996) 441.

36. K. Abe et al, KEK progress report 96-1 1996.

37. A. Abashian et al, Nucl. Instr. and Meth. A449 (2000) 112.

38. Т. Iijima et al, Belle Note 321 "Kaon identification in BELLE". A. Kuzmin et al, Belle Note 308,

39. Energy calibration of the ECL with Bhabha events at BELLE".

40. S. Ushiroda et ai, "Trigger summary of Experiments 07 13", Belle Notes 273, 280, 350, 381, 423.

41. R. Brun et al., CERN-DD-78-2-REV.

42. См. например Н.П. Бусленко и др., "Метод статистических испытаний (метод Монте Карло)", Москва, 1962.

43. Belle Collaboration, K. Abe et al., hep-ex/0308036.

44. Belle Collaboration, H. Kakuno et al, hep-ex/0403022.

45. Belle Collaboration, K. Abe et al, Phys. Rev. D 66, 071102 (2002).