Roma Tre & INFN Lab. Nazionali di FrascatiSilvia Martellotti
19/09/2012
Babar Collaboration
Misura del momento di dipolo elettrico del τ con l'esperimento
BaBar
Silvia Martellotti
Outline
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Il momento di dipolo dei leptoni
Metodo di misura del momento di dipolo elettrico del tau all’esperimento Babar
Silvia Martellotti
Violazione di CP nel settore leptonico
La violazione di CP nel settore dei quark è nota e prevista dal Modello Standard: ⇒ fase presente nella matrice di mixing CKM
SETTORE ADRONICO
La violazione di CP nel settore leptonico: ⇒ non è stata mai misurata/quantificataLa predizione del Modello Standard è estremamente piccola (correzioni a tre loop della QCD). Tuttavia
SETTORE LEPTONICO
Molti modelli oltre il Modello Standard prevedono una violazione di CP maggiore, osservarla sarebbe una prova di nuova fisica
Migliorare il limite superiore di esclusione pone nuovi vincoli alle teorie oltre il Modello Standard
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La più semplice estensione dello SM che si può fare è quella di considerare una lagrangiana efficace generica, model-independent, che viola CP
Momento di Dipolo
Questa Lagrangiana non-standard può essere parametrizzata, al primo ordine, con un momento di dipolo che quantifica la violazione di CP:
In analogia con il caso classico, il momento di dipolo è una quantità che caratterizza una “anisotropia” nel sistema e quindi una violazione di parità
il limite non relativistico indica chiaramente una interazione da
momento di dipolo
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Leff = LSM + Ln.s.CPV
Ln.s.CPV = ! i
2!̄"µ!#5!dEMFµ! !
i
2!̄"µ!#5!dEW Zµ!
LEDM = ! i
2!̄"µ!#5!dFµ! " !d$" · $E
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Il rivelatore Babar è situato nel punto di interazione di un collider
asimmetrico e+e- e lavora ad un’energia del centro di massa
10.58 GeV
Esperimento BABAR
All’energia di Babar possiamo essere sensibili al momento di
dipolo elettrico(EDM)
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Ln.s.CPV = ! i
2!̄"µ!#5!dEMFµ! !
i
2!̄"µ!#5!dEW Zµ!
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Ricerca dell’effetto a livello albero del
momento di dipolo elettrico del τ nella
produzione di coppie e+e- → τ+τ-
Momento di dipolo elettrico del τ
Ci si aspetta che l’effetto di violazione di CP sia maggiore
per il leptone tau a causa della sua grande massa
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d! ! (m! )3[2]d! ! mem! [1]
LEDM = ! i
2!̄"µ!#5!d"Fµ!
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Misure precedenti e valori attesi
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L’analisi di Babar attualmente in corso sarà realizzata con:
∼ 500 fb-1 → ∼ 460 milioni di coppie di τ
Teorie di Nuova Fisica:
Modello Standard:
può raggiungere valori accessibili sperimentalmente
troppo piccoli per essere misuratid! ! 3" 10!37e cm
VALORI ATTESI
d! ! 10!17e cm[2]d! ! 10!19e cm[1]
Attuale sensibilità all’EDM del tau
30 fb-1 → 26 milioni di coppie di τ (2002)
Re(d! ) = (1.15± 1.70)! 10!17e cm[3]Im(d! ) = (!0.83± 0.86)" 10!17e cm[3]
d! ! 10!25e cmEffetto del Mixing Leptonico:
e+(!p) + e!(!!p)" "+(!k, !S+) + "!(!!k, !S!)
Se calcoliamo la sezione d’urto differenziale di questo processo tenendo conto del termine dovuto al momento di dipolo elettrico, essa risulta proporzionale alla
matrice di densità di spin quadra:
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Come si misura l’EDM del tau
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In che modo il momento di dipolo influisce sulla
sezione d’urto
Termine Standard
Termini di interferenza
CPTCP
d!prod
d!!M2
prod = M2SM + Re(d! )M2
Re + Im(d! )M2Im + |d! |2M2
d2
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Grandezze da misurare
Espressione esplicita delle grandezze da calcolare per l’analisi:
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⇒ impulso del τ+ nel sistema di riferimento a riposo della coppia τ+τ-
⇒ vettori di spin del τ+ e del τ- (nel SR a riposo della coppia τ+τ-)
Per calcolarle è necessario ricavare:
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Ricostruzione dell’impulso del τ
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Belle calcola i valori dimediando su tutte le possibili configurazioni cinematiche.
M2SM ,M2
Re,M2Im
Decadimento adronico a due corpi (τ→hν)
Decadimento leptonico a tre corpi (τ→lνν)
L’impulso del τ è vincolato sulla superficie del cono costruito attorno alla direzione di volo della particella carica con il seguente angolo di apertura
Il possibile angolo di apertura tra la direzione di volo del leptone e l’impulso del τ non è univocamente determinato:
la regione cinematica permessa per il τ è vincolata all’interno del cono
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Per effettuare l’analisi si utilizzano gli “osservabili ottimali” dati da:
Si utilizzano questi rapporti perché i loro valori medi sono funzioni lineari delle parti rispettivamente reale e immaginaria del momento di dipolo
OffsetsSensitivity
Osservabili e metodo di misura
Sensibilità e Offset vengono estratti dall’andamento del valor medio degli osservabili al variare del momento di dipolo utilizzando una simulazione MC completa che tiene conto anche degli effetti del rivelatore, all’interno della quale vengono introdotti dei valori di momento di dipolo diversi da zero
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!+ ! "+#̄!
!! ! "!#!
Risultato dello studio effettuato su un campione MC preliminare ridotto ottenuto con un generatore di eventi che non tiene conto del rivelatore
Osservabili
<Osservabile_Im> vs Im(dτ)<Osservabile_Re> vs Re(dτ)
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Estrapolazione del momento di dipolo
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Una volta estrapolati i valori di ai e bi dal MC verranno calcolati i valori medi degli osservabili sul campione di dati sperimentali e, utilizzando le relazioni:
è possibile stimare il valore del momento di dipolo
Questa analisi è attualmente in corso di sviluppo e si dovrebbero avere i primi riultati entro la fine dell’anno prossimo...