Download - 25 anni verso la nuova fisica Marcello A. Giorgi Università di Pisa & INFN Pisa 19 Settembre, 2013
25 anni verso la nuova fisicaMarcello A. Giorgi
Università di Pisa & INFN Pisa 19 Settembre , 2013
La Prima Volta !
Franco ci ha convocato e tutto e’ nato al castello Aragonese di Otranto con una riunione dei coordinatori dei dottorati in Fisica
La Prima Volta !
L’idea lanciata allora e’ un seminario per dottorandi in fisica di varie provenienze geografiche e culturali.Fino ad allora c’erano state scuole tematiche o settimane di studio itineranti spesso sostenute direttamente dall’INFN come la scuola di fenomenologia oppure le settimane di studio per borsisti INFN( quasi un sostituto dei dottorati).Nesssuna di queste iniziative e’ stata duratura.Personalmente all’inizio ero perplesso sul futuro della iniziativa salentina. Mi legava pero’ a Franco amicizia e stima reciproca lavoravamo insieme in ALEPH e questo era sufficiente. Franco con il gruppo barese era impegnato nel calorimetro adronico e nel riconoscimento dei muoni insieme a Gabriella Catanesi, Mauro De Palma, Giorgio Maggi, Sergio Natali, Salvatore Nuzzo, Antonio Ranieri, Federico Ruggieri, Pino Zito.Io impegnato nel rivelatore di vertice insieme a Giovanni Batignani, Luciano Bosisio, Massimo Carpinelli, Ettore Focardi, Francesco Forti, Giuliana Rizzo, Guido Tonelli , Giuseppe Triggiani.
La Prima Volta !
Era anche la prima volta che venivo nel Salento . E poi ho scoperto tante cose incluso la purea di fave e non solo…
La Prima Volta !
Era anche la prima volta che venivo nel Salento . E poi ho scoperto tante cose incluso la purea di fave e non solo…
..anche l’albero della vita e poi…
La Serra degli Alimini
e l’idea di tenere gli studenti tutti insieme per tutto il tempo in una full immersion anche…
…in mare
mi era parsa eccellente e simile all’idea che aveva convinto noi pisani a..
scegliere La Biodola all’isola d’Elba per la nostra serie di conferenze e per
workshops dedicati
Ma come verso la nuova fisica ?Il mio modesto contributo poche slides dalle mie ultime tre partecipazioni 2001 2006, 2011.
Le mie partecipazioni
Gli argomenti dei seminari erano basati sulle esperienze dirette di lavoro dgli speakers. Nel mio caso: •fisica di precisione, •esperimenti e+ e-,•test di SM,•esplorazione BSM.
Dopo Aleph la violazione di CP nei B, la verifica del paradigma CKM.,sfida allo SM con misure su canali rariMixing D0 e limiti a LFV nel decadimento dei tauNuove idee per il futuro.Le mie lezioni sono state comunque lezioni di fisica delle particelle .
E cosi’….
OUTLINE (2001)
• Simmetrie discrete
• Mixing• K neutri• B• sin2b
Otranto Settembre 2001 Marcello A. Giorgi 11
Cenni di simmetrie discrete• P,T,C• P parity
tt rr
LL
P ha autovalori +1 e -1,è Unitario ed Hermitiano
pp
P - P 2 , P2=1r
r
r
r
ihdij ihdij
],[],[ jiji pqpq
Otranto Settembre 2001 Marcello A. Giorgi 12
Decadimenti di KL e KS
KS : Br in pp è >99.99%
KL : Br in 3p è 33.68%,BR in plnl è 65.95%Il decadimento del Ksin pp sembrava indicare che esso è autostato puro di CP
essendolo lo stato finale .Analogamente il decadimento in 3 p del KL sembrava indicare che esso è
autostato puro di CP all’autovalore opposto.
Il modo più semplice di scrivere i 2 autostati di CP è pertanto il seguente:
e2
|||
00s
KKK 2
|||
00L
KKK
Otranto Settembre 2001 Marcello A. Giorgi 13
Mixing del flavourDalla meccanica classica viene l’esempio più semplice di oscillazione di un
sistema con 2 modi.Esercizio:
k
ll
m m
2 pendoli di massa m e lunghezza l sono accoppiati da una molla di costante elastica k e lunghezza di riposo x.
x
Si studino i 2 modi e la frequenza di mixing
Otranto Settembre 2001 Marcello A. Giorgi 14
Esistono autostati della matrice di massa?
2
iMH
00 ||||| xbxaxxxH iiiiii con ? cioè
Autostati di
Sì! Con [ ] e se chiamo2112222
2112111
HHH
HHH
21
12
Hq
Hp
QUINDI e q
p
b
a
q
p
b
a
2
2
1
1
00222,1 ||||||
1| xqxp
qpx
Serra degli Alimini, 21-27 Settembre 2006
Marcello A. Giorgi 15
MIXING ®ENERATION
Pais&Piccioni 1956
Strong interaction is strangeness conserving
And Hyperon production xsections are i.e.:
xpKxpK 00 __
M.S.Sozzi Varenna05
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Marcello A. Giorgi 16
A new regeneration mechanism in 1963??M.S.Sozzi Varenna05
Otranto Settembre 2001 Marcello A. Giorgi 17
Se vale CP p=q
0000 ||2
1|||
2
1| xxxxxx
SK| LK|
Sono autostati di CP ed inoltre
pqiMim
pqiMim
22
22
2222
222
1111
111
pqMm
pqMm
Re
Re
222
111
pq
pq
Im2
Im2
222
111
Otranto Settembre 2001 Marcello A. Giorgi 18
Sistema dei K neutri
Nel caso dei gli stati in oggetto sono
La violazione è legata a
Definiamo
00 , KK LS KK ,
MeVmS1210018.0510.3 e
qp
K
KK p
q
qp
qp
1
1 e
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Marcello A. Giorgi 19
Outline of lectures (2006)
Discrete symmetries Need for CPV CPV in K sector• CKM model• Discovery of CPV in B sector• BaBar achievements• Not only CP• Towards the Future
Historical touch and motivation
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Marcello A. Giorgi 20
A new proposal at BNL!!
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Marcello A. Giorgi 21
The glorious experiment
40 DAYS FOR CP VIOLATION
LOI J.Cronin,V.Fitch,R.Turlay april ’63
Approval at Brookhaven may ’63
Detector ready june ’63
40 days of rnns starts end July ‘63
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Marcello A. Giorgi 22
Experimental apparatus what new?
SPARK CHAMBERS ! What are They?
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Marcello A. Giorgi 23
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Marcello A. Giorgi 24
It is CPV• Reject other possibilities:• Anomalous regeneration• Failure of Quantum Mechanics• p misidentifcation• 3-body something missing
BUT
Invariant mass of Kaon
p evidence
Independent of production
..e nel settore dei B???
..e nei B?
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Marcello A. Giorgi 26
3 ways to CP violation
1ff AA
CPV in decay: 1
122
/, ff
ffffCP AAAA
fifi fifi
CPV in mixing:1pq
4
4
00
00
1
1
pq
pq
XlPdtdXlPdtd
XlPdtdXlPdtdt
physphys
physphysSL
CPV in the interference decay-mixing:
f
ff
f
A
A
p
q
0m
CPphysCPphys
CPphysCPphysf fPdtdfPdtd
fPdtdfPdtdt
CP
00
00
For example: decays to CP eigenstates CPf
fifi
fifif/f,CP
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Marcello A. Giorgi 27
Observables: “direct” CP asymmetry
i f i fCP
A1 = |A1|
A2 = |A2| ei ei
A1 = |A1|
A2 = |A2| ei ei
(CP-conserving) (CP-violating)
A = A1+ A2
Time-integrated “direct” CP asymmetry requires two amplitudes and :
sinδsinΦfifi
fififfCP
/,
A = A1+ A2 A
+ -
ACP
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Marcello A. Giorgi 28
Observables time-dependent CP asymmetry
CPphysCPphys ftBftB 00
CPpq
B0 fCP
Af
AfB0
B0 fCP
B0
Af
Afqp
Interference between mixing and decay to a CP eigenstate.Flavor-tagged time-dependent decay rates are different! they are governed by the “CP parameter”:
CP eigenvalue
Amplituderatio
ei2
from mixing
CP
CP
CPCP
f
fff A
A
p
q
2
2
1 | |
1 | |CP
CP
CP
ff
f
C
2
2Im
1 | |CP
CP
CP
ff
f
S
0
I mCPf
For singledecay
amplitude
( ) cos( ) sin( )CP CP CPf f d f dA t C m t S m t
Asymmetry
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Marcello A. Giorgi 29
CP in Standard Model
CKM quark mixing matrix
2
2 4
3
23
2
( )
(
11
21
1 ( )2
11 )
ud us ub
cd cs cb
td ts tb
A iV V V
V V V V A O
V V VAA i
bulB() l
CP Violating phase
BD(*)lbcl
B() B0 Mixing
Unitarity CKM
Serra degli Alimini, 21-27 Settembre 2006
Marcello A. Giorgi 30
O(l2)
Representing unitarity relations as Unitarity Triangles
The unitarity condition of CKM matrix VV+=V+V=1 gives 6 relations between the matrix elements as :
VudV*ub + VcdV*cb + VtdV*tb =0
(in this relation the 3 terms have the
same order of magnitude ~O(l3) and it can be graphically represented in a complex plane as a triangle with sides of comparable length. Other relations have terms of different order of magnitudes. E.g.:
VusV*ub + VcsV*cb + VtsV*tb =0
O(l4) O(l2)
Overconstrain , ,a b g and the 4 parameters of CKM ,r h, A,l
Marcello A. Giorgi 31
Experimental ingredients for time dependent CP asymmetries measurement of beta, alpha and gamma
+e-e
z
Brec
Btag 4s
bg(4S) = 0.55
Coherent BB pair
B0
B0
m-
K-
c
zt
1
Tag vertex reconstructio
n
Tag vertex reconstructio
n
FlavorTaggingFlavor
Tagging
Exclusive B Meson and Vertex Reconstruction
Exclusive B Meson and Vertex Reconstruction
Start the Clock
Dz
m-
m+0sK
p-p+
J/Y
( ) cos( ) sin( )CP CP CPf f d f dA t C m t S m tAsymmetry
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
INGREDIENTI PER CP with time Dependent analysis
Misura dei tempi di decadimento. Cioe’ misura precisa dei vertici di decadimento
Marcello A. Giorgi 33
Digression:Use of precise Silicon detectors in Flavour experiments.
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
Marcello A. Giorgi 34Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
Marcello A. Giorgi 35
Schema di rivelatore al Silicio
+ -+
++
-
--
-V
0
m300
2SiO
AContatto
AContatto
2SiO
cmk
typen
5
p
n
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Marcello A. Giorgi 36
Primi rivelatori a stripL’uso dei primi rivelatori a silicio e’ stato il trigger per lo sviluppo
di rivelatori a strip
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Marcello A. Giorgi 37
Primi rivelatori a stripL’uso dei primi rivelatori a silicio e’ stato il trigger per lo sviluppo
di rivelatori a strip
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
Marcello A. Giorgi 38
Primi rivelatori a stripL’uso dei primi rivelatori a silicio e’ stato il trigger per lo sviluppo
di rivelatori a strip
…..
..
…..
(M.A.G/. Proc. Miniaturization of High Energy Physics Detectors 1980-. Plenum Press)
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Marcello A. Giorgi 39
Primi rivelatori a stripL’uso dei primi rivelatori a silicio e’ stato il trigger per lo sviluppo di rivelatori a
strip. Primo rivelatore a strip a barriera di superficie con divisione di carica.
…..
..
…..
(M.A.G/. Proc. Miniaturization of High Energy Physics Detectors 1980-. Plenum Press)
First Pisa meeeting on advanced Detectors (Elba series)
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Marcello A. Giorgi 40
Schema rivelatore a strip
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Marcello A. Giorgi 41
Dal telescopio NA1 alla strip target
Silicon telescope 300mm pitch
E
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Marcello A. Giorgi 42
Dal telescopio alla strip target
Silicon telescope 300mm pitch
E
Ma perche’ non eliminare gli spazi inutili?
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
Marcello A. Giorgi 43
Dal telescopio alla strip target
Silicon telescope 300mm pitch
E
Ma perche’ non eliminare gli spazi inutili?
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
Marcello A. Giorgi 44
Dal telescopio alla strip target
Silicon telescope 300mm pitch
E
E
Ma perche’ non eliminare gli spazi inutili?
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
Marcello A. Giorgi 45
Dal telescopio alla strip target
Silicon telescope 300mm pitch
E
EBUT….
C’e’ bisogno di un materiale a piu alta densita’ Ge
Ma perche’ non eliminare gli spazi inutili?
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
Marcello A. Giorgi 46
Dal telescopio alla strip target
Silicon telescope 300mm pitch
E
EBUT….
C’e’ bisogno di un materiale a piu alta densita’ GeMonolithic Ge Detector strip 25 mm
(50 mm pitch)
Ma perche’ non eliminare gli spazi inutili?
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
Marcello A. Giorgi 47
(1982) NA1 una migliore misura della vita media del charm
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
Marcello A. Giorgi 48
In vista di LEP
Rivelatori a doppia faccia !!SLD -SLAC
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
Marcello A. Giorgi 49
ALEPH
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
Marcello A. Giorgi 50
ALPEH – VDET (the upgrade)
– 2 silicon layers, 40cm long, inner radius 6.3cm, outer radius 11cm– 300mm Silicon wafers giving thickness of only 0.015X0– S/N rF = 28:1; z = 17:1– srf = 12mm; sz = 14mm
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Marcello A. Giorgi 51
Ma anche al Tevatron CDF
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
1986-2000
ALEPHVDETII
OPALμVTX3
DELPHISi Tracker
L3SMD
LEP: Aleph started the game first, immediately followed by the others
K.Österberg, Performance of the vertex detectors at LEP2, NIM A435 (1999)
Marcello A. Giorgi 53
Rivelatori a doppia faccia• Si raccolgono sia buche che elettroni • Minor materiale a parita’ di informazioni• Maggiore complessita’ tecnica• Maggior costo
• Non basta suddividere l’elettrodo sul lato posteriore a causa dell’accumulo di carica superficiale
p-stops
+++++++++- - - - - - - - - -- - n+n+
• Soluzione sviluppata a Pisa (’86):strip p+ per interrompere lo strato di accumulazione di e- che cortocircuiterebbe tutte le strip n+
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
the BaBar Silicon Vertex Tracker
Trackers for the B-factories:
Marcello A. Giorgi 55
PEP-II & BaBar
• Lmax = 1.12 X 1033 cm–2s–1
• Ldt = 371 fb–1@{Υ(4S)+off(~10%)}
• (>3.7x108 B events)
Charged tracking/vertexing• 5-layer DSSD Si µstrip• 40 layers (He-isobutane)Hadron identification• tracker: dE/dx• DIRC imaging Cerenkov Electron/photon• CsI calorimeterMuon/KL• Instrumented flux return
11 Countries, 80 Institutions, 623 Physicists
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
Marcello A. Giorgi 56
e+ source
Ares RF cavity
Belle detectorSCC RF(HER)
ARES(LER)
KEKB & Belle 8 x 3.5 GeV 22 mrad crossing angle
since 1999
13 countries, 57 institutes, ~400 collaborators
8GeV (e-) 3.5GeV (e+) peak luminosity: 1.651034cm-2s-1
Serra degli Alimini, 25-26 Settembre 2011
M.A.Giorgi 57
Triumph of CKM from LHCb data
T.Gershon @LP11
Good agreement no evident discrepancyor “tension” , even with different statistical analysis
Summer 2011
Serra degli Alimini 26/9/2011
Precision investigation of Higgs boson
e+ e- Higgs Factory? Hopefully.
Precision measurements in accelerator and non accelerator experiments:
CPV in b and c
LFV in m and t
Dark Matter search
Dark Energy search
Still flavor experiments at high luminosity
Triumph of SM . How BSM?
How BSM?
Need for high luminosity experimentsNeed for precise detectors ( precision trackers, efficient PID) more precise than the present detectors as silicon.