decadimenti semileptonici del b e misura di |v ub | francesco gallo università di torino & infn...
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Decadimenti semileptonici del B e misura di |Vub|
Francesco GalloUniversità di Torino & INFN
XVI IFAE Torino, 14 Aprile 2004
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 2
Outline
Motivazioni fisiche per la misura di |Vub| Tecniche sperimentali Misure inclusive Misure esclusive Conclusioni
|Vub| e triangolo di unitarietà
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Matrice di Cabibbo-Kobayashi-Maskawa (mixing dei quark):
|Vub| pone dei vincoli sul vertice del Triangolo Unitario.
HFAG 2004:(|Vcb|) / |Vcb| 5 %
Misura precisa di |Vub| cruciale per testare il Modello Standard.
Estrazione diretta di |Vub| dai decadimenti semileptonici senza charm del mesone B
Fondo dominante da eventi semileptonici
contenenti charm
- studiare regioni limitate dello spazio delle fasi
Diversi approcci sperimentali - endpoint dello spettro del leptone (BaBar, BELLE, CLEO)
- ricostruzione cinematica del neutrino (BELLE, CLEO)
- tecnica del rinculo (BaBar)
|Vub| dai canali semileptonici
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Mx
plep
q2Vub
BR(b c l ) 60 BR(b u l )
Misure inclusive di |Vub|
Estrazione di |Vub| dal BR semileptonico inclusivo charmless: - ampiezza totale di decadimento predetta da HQET e OPE
- sviluppo in potenze di 1/mb e operatori locali relativi alle proprietà del quark b:
2 (energia cinetica) e G
2 (accoppiamento cromomagnetico con spin gluone)
- incertezze teoriche da adronizzazione, assunzione dualismo quark-adroni, massa del quark b, moto di Fermi del b nel mesone B
Estrazione di |Vub| da BR(b u l )
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Uraltsev, Int. J. Mod. Phys. A14:4641 (1999)Bigi, Dikeman, Uraltsev, Eur. Phys. J. C4:453 (1998)
Uraltsev, Hoang, Ligeti, Manohar
CKM 2002
ii ui
l
l ub
duality
duality
Endpoint dello spettro del leptone - limite cinematico per eventi con charm ( plep* > 2.3 GeV) - estrazione eventi di segnale in intervallo di momento p
- shape function (da HQET) descrive proprietà del quark b dentro il mesone B - stessa shape function (al 1° ordine) per tutte le transizioni del b in quark leggeri
- frazione fu(p) dello spettro di plep* contenuta in p
derivata dallo spettro di energia del fotone in B Xs
- estrapolazione al BR totale:
Misure inclusive: ENDPOINT (1)
fu(p) 7.4 % (2.3 < plep* < 2.6 GeV)
CLEO, PRL 88: 231803,2002
(|Vub|) / |Vub| 15 %
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De Fazio, Neubert JHEP 06, 017 (1999)
Leibovich, Low, Rothstein PRD 61, 053006 (2000)
Misure inclusive: ENDPOINT (2)
Br(B Xu e ) (10-4) |Vub| ( 10-3)
1.43 ± 0.10 ± 0.13 4.27 ± 0.24exp ± 0.17OPE ± 0.47fu ± 0.34s
1.52 ± 0.14 ± 0.14 4.43 ± 0.29exp ± 0.25OPE ± 0.50fu ± 0.35s
1.19 ± 0.11 ± 0.10 3.99 ± 0.17exp ± 0.22OPE ± 0.45fu ± 0.32s
CLEO
BaBar
BELLE
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BELLE
hep-ex/0403004
CLEOPRL 88:231803 (2002)
BaBarhep-ex/0207081
BELLEEPS HEP 2003
Ricostruzione cinematica del neutrino:
- selezione eventi con leptone di alto momento (plep* > 1 GeV)
- missing momentum ( 120 MeV) con B considerato a riposo
- BR in regione di alto q2 e bassa Mx (alta sensitività del fit)
Misure inclusive: RICOSTRUZIONE (1)
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q2 = (plep + p)2
Mx2 q2
cosWl
q2 > 11 GeV2 Mx2 < 2.25 GeV2
q2 > 11 GeV2
Mx2 < 2.25 GeV2
CLEO CLEO CLEO
|Vub| = (4.05 ± 0.18exp ± 0.58syst ± 0.25bc ± 0.21bu ± 0.56theo)10-3
(|Vub|) / |Vub| 22 %
hep-ex/0207064
Ricostruzione di Mx e q2 con simulated annealing: - selezione candidati con minore mmiss
2 e pmiss nella regione di accettanza
- algoritmo basato su simulated annealing consente la separazione dei prodotti
di decadimento dei due B per selezionare la migliore combinazione Xl - BR da eventi di segnale in Mx < 1.7 GeV2, q2 > 8 GeV2
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Simulated annealingS. Kirkpatrick et al.,
Science 220, No. 4598 (1983)
Misure inclusive: RICOSTRUZIONE (2)
|Vub| = (4.66 ± 0.28stat ± 0.35syst ± 0.17bc ± 0.08bu ± 0.58theo)10-3
(|Vub|) / |Vub| 16 %
BELLE BELLE
PRL 92, 181801 (2004)
Misure inclusive: RECOIL (1)
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Eventi con un B completamente ricostruito B di rinculo decade semileptonicamente
Selezione degli eventi: - leptone di alto momento (plep* > 1 GeV)
- Mx < 1.55 GeV (accettanza 70 % )
- mmiss2 < 0.5 GeV2, veto su K e Ks
- efficienza di ricostruzione 10-3, S/B 2
Misura del rapporto di BR: - riduzione incertezze sistematiche
- correzioni per efficienza: sel, Mx (finestra di Mx),
l (taglio su plep*), t (ricostruzione adronica del B)
B D(*) X X = n mK pKs q0
(n+m+p+q<6)
BR(B X l ) =(10.87 ± 0.18 ± 0.30)%
BaBar, PRD 67:031101 (2003)
plep* > 1 GeVNsl
Eventi di segnale estratti dal fit a Mx BR semileptonico inclusivo charmless:
Misure inclusive: RECOIL (2)
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PRL 92, 071802 (2004)
|Vub| = (4.62 ± 0.28stat ± 0.27syst ± 0.40theo ± 0.09pert ± 0.241/mb3)10-3
(|Vub|) / |Vub| 13 %
Misure inclusive di |Vub|
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Media mondiale inclusiva: - diverse tecniche sperimentali
- correlazione errori
- misure scalate ad un set comune
di parametri e relativi errori
Media calcolata solo con
risultati delle B-factories:
|Vub| = (4.57 ± 0.61)10-3
(|Vub|) / |Vub| 13 %
Misure esclusive di |Vub|
Estrazione di |Vub| dai BR esclusivi charmless
- ampiezza di decadimento differenziale con Fattori di Forma (corrente adronica)
- 1 solo Fattore di Forma necessario per decadimenti in pseudoscalari (l, l),
3 per decadimenti in pseudovettoriali (l)
- integrare su tutto il range di q2
- incertezze da normalizzazione
dei Fattori di Forma (FF)
- solo alcuni canali misurati
Estrazione di |Vub| da B (,,,,…) l
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y = q2 / MB2
Wl = angolo (W*, l)ks = impulso ,,,,…
f1(q2) = Fattore di Forma
|Vub|2 =BR(B (,,,,…) l ) / (FFB)
± l ± l
Misure esclusive: ENDPOINT
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Endpoint spettro del leptone: - selezione eventi con un leptone di alto momento (plep* > 2 GeV)
- segnale in 2.3 < plep* < 2.7 GeV, fondo Vcb in 2 < plep* < 2.3 GeV
- ricostruzione esclusiva della risonanza (e.g. 0 )
- missing momentum, estrazione segnale da fit a Mx
|Vub| = (3.64 ± 0.22stat ± 0.25syst theo)10-3+ 0.39- 0.56
(|Vub|) / |Vub| 18 %
BaBar BaBar PRL 90, 181801 (2003)
B0 e+
Ricostruzione cinematica del neutrino: - selezione eventi con un leptone di alto momento (plep* > 1 GeV)
- ricostruzione stato finale risonanza (e.g. +-0)
- missing momentum ( 150 MeV) compatibile con ipotesi neutrino
Misure esclusive: RICOSTRUZIONE (1)
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BR(B+ l+ ) = (1.3 ± 0.4stat ± 0.2syst ± 0.3fu)10-4
BELLE BELLEhep-ex/0402023
Estrazione del BR in intervalli di q2
- riduce la dipendenza del fit dai modelli
- estrazione di |Vub| su tutto il range di q2
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Misure esclusive: RICOSTRUZIONE (2)
CLEO
|Vub| = (3.32 ± 0.21stat ± 0.19syst ± 0.55l ± 0.12l ± 0.071bu)10-3
B0 - l
(|Vub|) / |Vub| 18 %
CLEO
ICHEP2002
0 4
0 4
4
(0.78 0.32 0.13 ) 10
" (0.99 0.37 0.19 ) 10
(2.20 0.92 0.57 ) 10
( )
( " )
( )
stat syst
stat syst
stat syst
B l
B l
B l
BBB
Misure esclusive: RECOIL
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”0” is +- with 0.65 < m+-< 0.95 GeV
0 0 BaBar BaBar BaBar
LP2003
Decay BaBar (10-4) BELLE (10-4) CLEO (10-4)
B0 - l+ - 1.89 0.15 0.30(2002 – Ricostruzione )
1.33 0.18 0.13(2003 – Ricostruzione )
B+ 0 l+ 0.78 0.32 0.13(2003 – Recoil)
- -
B0 - l+ 3.29 0.42 0.47 ±
0.55(2003 - endpoint)
- 2.17 0.34 + 0.47 – 0.54
(2003 – Ricostruzione )
B+ 0 l+ 0.99 0.37 0.19(2003 – Recoil)
1.44 0.18 0.23(2002 – Ricostruzione )
-
B+ l+ 2.20 0.92 0.57(2003 – Recoil)
1.3 0.4 0.2 0.3 (2004 –
Ricostruzione )-
B+ l+ - - 0.84 0.31 0.16(2003 – Ricostruzione )
Altri mesoni leggeri(,a0,a1,b1,f0,f1,h1,…) - - -
Overview dei BR esclusivi
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Misure inclusive ed esclusive di |Vub|
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B0 - l+ B0 - l+ B+ - l+
Misure inclusive
Accordo tra le misure inclusive entro gli errori
Misure esclusive al di sotto della media inclusiva
Discussioni in corso per calcolo della media esclusiva
Conclusioni
Molte misure risultano oramai limitate da incertezze sistematiche e teoriche.
Elevata luminosità raggiunta dalle B-factories rende promettente lo studio dei canali esclusivi.
- estate 2004: BaBar 200 fb-1, BELLE 250 fb-1
A breve nuovi studi dei BR di B (,,,, ’,a0,…) l
permetteranno nuove misure di |Vub| e inoltre l’estrazione
di informazioni sui fattori di forma.
|Vub| = (4.57 ± 0.61)10-3 (|Vub|) / |Vub| 13 %
BACKUP
Shape function (da LCSR) descrive smearing dello spettro osservato (a livello adronico) rispetto allo spettro a livello partonico. Al 1° ordine in QCD/mb STESSA shape function per tutte le transizioni b light quark (b s B Xs e b u l B Xu l ).
Shape Function
b s B Xs
b u l B Xu l
CONVOLUZIONE con shape function
Frazione di spettro b u l sopra 2.2 GeV:
0.13 0.03
Simulated annealing (BELLE)
Simulated annealing (BELLE)
Recoil Tecnique (BaBar)
(4S)Brecoil Breco
D*
s
DXu
l
B 0 l B 0 l B l B q l