Entdeckung der B -Entdeckung der B -Oszillation mit ARGUS Oszillation mit ARGUS

(1987)(1987)

ÜberblickÜberblick

Kaonen Kaonen B-Mesonen B-Mesonen

Experimenteller AufbauExperimenteller Aufbau

MessungMessung

AuswertungAuswertung

AusblickAusblick

KaonenzerfallKaonenzerfall

nzuständeMasseneige ,

0

0

SL

SL

SL

KK

KqKpK

KqKpK

ZeitentwicklungZeitentwicklung

00

0

0

)(

: 1})(exp{Für

}exp{}exp{)(

}exp{}exp{)(

KTtK

Tmmi

timKqtimKptK

timKqtimKptK

LS

SSLL

SSLL

Kaon OszillationKaon Oszillation

B-MesonenB-Mesonen

sbB

dsKBdbB

s

d

0

000

Analoges Verhalten von B- und K-Mesonen

0 2

0 2

: (5279.4 0.5) MeV/c

: (5367.5 1.8) MeV/cs

B

B

ZerfälleZerfälle

...

...

Leptonen Pions, z.B. ...

,)4(

Mesons) bb des (Resonanz )4(

0

0*

*0

00

KD

DD

DB

BBBBsY

sYee

e+

e-

(4s) b

b

du ,

du,

Doris IIDoris II

DODOppel-ppel-RIRIng-ng-SSpeicherpeicher ee++ee-- - Collider - Collider Energie: 10,6 GeVEnergie: 10,6 GeV 300m Umfang300m Umfang Luminosität: 103 pbLuminosität: 103 pb-1-1 für Y(4s) von 1983 für Y(4s) von 1983

bis 1986bis 1986

ArgusArgus

Detektor an DorisDetektor an Doris

Universeller Detektor für Energien um Universeller Detektor für Energien um

10GeV10GeV

Notwendige KompromisseNotwendige Kompromisse

Haupt Drift KammerHaupt Drift Kammer

Haupt Drift KammerHaupt Drift Kammer

|cos|cos|<0.76 für ganze |<0.76 für ganze TracksTracks

~25000 Kathodendrähte~25000 Kathodendrähte ~6000 Anodendrähte~6000 Anodendrähte Spannung: ~ 1NSpannung: ~ 1N Spurauflösung: 200Spurauflösung: 200mm Magnetfeld: B = 0,8TMagnetfeld: B = 0,8T

EnergieverlustEnergieverlust

Abstand zwischen Anodendrähten: 18mmAbstand zwischen Anodendrähten: 18mm Ideal für Energieverlustmessung:15mm Ideal für Energieverlustmessung:15mm /K-Separation bis 0,7GeV in 3/K-Separation bis 0,7GeV in 3

Time-Of-Flight (TOF)Time-Of-Flight (TOF)

Time-Of-Flight (TOF)Time-Of-Flight (TOF)

Messung der Messung der GeschwindigkeitGeschwindigkeit

=220ps=220ps /K-Separation /K-Separation

bis 0,7GeV in 3bis 0,7GeV in 3 |cos|cos|<0.95 |<0.95

AbdeckungAbdeckung

MessungMessungErstes vollständig rekonstruiertes Ereignis

2222

202

*2

22*2

02

110

1

011

*1

11*1

01

KD

DD

DB

KD

DD

DB

MessungMessungErstes vollständig rekonstruiertes Ereignis

M(D*)= 2008 MeV

M(D1)= 1873 MeV

M(D2)= 1886 MeV

P(P(11) = 2186 MeV) = 2186 MeV

P(P(22) = 1579 MeV) = 1579 MeV

Theorie:

M(D*)= 2010 MeV

M(D) = 1870 MeV

Vollständige RekonstruktionVollständige Rekonstruktion

VorteilVorteil

minimaler Untergrundminimaler Untergrund

quasi kein systematischer Fehlerquasi kein systematischer Fehler

NachteilNachteil

sehr geringe Statistiksehr geringe Statistik

hoher statistischer Fehlerhoher statistischer Fehler

2. Analysemethode2. Analysemethode

llBB

llBB

llBB

00

00

00

Idee: Keine vollständige Rekonstruktion

Begrenzung auf semileptonische Zerfälle

FehlerquellenFehlerquellen

Messung der „falschen“ Leptonen:Messung der „falschen“ Leptonen: aus späteren Zerfällenaus späteren Zerfällen

aus J/aus J/ Zerfällen Zerfällen

aus Paarbildung durch Photonenaus Paarbildung durch Photonen

Missidentifikation der LeptonenMissidentifikation der Leptonen

Missidentifikation der B-Mesonen!!!Missidentifikation der B-Mesonen!!!

LösungsansätzeLösungsansätze

Passende Eventauswahl:Passende Eventauswahl: E (eE (e--, e, e++) ) ≥ 1,4 GeV≥ 1,4 GeV

E (eE (e-- + e + e++) ) ≠≠ E(J/ E(J/))

(e(e--, e, e++) ) ≥ 32°≥ 32°

UntergrundmessungUntergrundmessung Messung bei EMessung bei EBeamBeam ≤ 10,6 GeV≤ 10,6 GeV

ErgebnisErgebnis

Events mit gleich geladenen Leptonen: Events mit gleich geladenen Leptonen:

N (lN (l+ + ll+ + / l/ l- - ll--) = 24,8 ) = 24,8 ±± 7,6 7,6 ±± 3,8 3,8

Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen:Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen:

N (lN (l- - ll++) = 270,3 ) = 270,3 ±± 19,4 19,4 ±± 5,0 5,0

Umwandlungsrate r:Umwandlungsrate r:

r = 0,22 r = 0,22 ±± 0,09 0,09 ±± 0,04 0,04

)]()([)(

)1)](()([

llNllNllN

llNllNr

Semileptonische ZerfälleSemileptonische Zerfälle

VorteilVorteil

geringerer statistischer Fehlergeringerer statistischer Fehler

ermöglicht Bestimmung einer Umwandlungsrateermöglicht Bestimmung einer Umwandlungsrate

NachteilNachteil

Höherer UntergrundHöherer Untergrund

höherer systematischer Fehlerhöherer systematischer Fehler

3. Analysemethode3. Analysemethode

Kombination der beiden ersten MethodenKombination der beiden ersten Methoden

ein B-Meson wird rekonstruiert, das andere ein B-Meson wird rekonstruiert, das andere

über semi-leptonischen Zerfall bestimmtüber semi-leptonischen Zerfall bestimmt

Analoges VorgehenAnaloges Vorgehen

ErgebnisErgebnis

Events mit gleich geladenen Leptonen: Events mit gleich geladenen Leptonen:

N (lN (l+ + ll+ + / l/ l- - ll--) = 4,1 ) = 4,1 ±± 0,3 0,3

Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen:Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen:

N (lN (l- - ll++) = 20,8 ) = 20,8 ±± 1,1 1,1

Umwandlungsrate r:Umwandlungsrate r:

r = 0,20 r = 0,20 ±± 0,12 0,12

8,20

1,4

)()(

)()(00

00

lBNlBN

lBNlBNr

3. Methode3. Methode

VorteilVorteil

Geringerer UntergrundGeringerer Untergrund

Zusätzliche Ereignisse zur AuswertungZusätzliche Ereignisse zur Auswertung

NachteilNachteil

Geringere StatistikGeringere Statistik

höherer statistischer Fehlerhöherer statistischer Fehler

Kombiniertes ErgebnisKombiniertes Ergebnis

Aus Kombination aller drei Methoden:Aus Kombination aller drei Methoden:

r = 0,21 r = 0,21 ±± 0,8 0,8

Sehr viel größer als erwartetSehr viel größer als erwartet

TheorieTheorie Erwartung: r Erwartung: r ≈ 0,01≈ 0,01

mmtoptop>50GeV >50GeV heute: m heute: mtoptop=(170,9=(170,9±±1,8)GeV1,8)GeV

QCDtdtbbtopBB

B

VVm

mmBfmX

2*5

22

32

42

2

2 topmX

Xr

B-OszillationB-Oszillation

1/1/= 0,71= 0,71psps

m=0,507m=0,507±±0,005 ps0,005 ps-1-1

m m << nur geringer Effekt!nur geringer Effekt!

BBss-Oszillationen-Oszillationen

Deutlich schnellere Deutlich schnellere

OszillationOszillation

mmss=(17,8=(17,8±±0,1)ps0,1)ps-1-1

Stimmt mit SM Stimmt mit SM

übereinüberein

VergleichVergleich

ZusammenfassungZusammenfassung

Argus:Argus:

Beobachtung der B-OszillationBeobachtung der B-Oszillation

Unerwartet große UmwandlungsrateUnerwartet große Umwandlungsrate

Untere Schranke für top-Quark MasseUntere Schranke für top-Quark Masse

Heute:Heute:

Suche nach „Neuer Physik“ bei BSuche nach „Neuer Physik“ bei Bss-Mesonen-Mesonen

Nicht gefunden!!! Nicht gefunden!!!

ReferenzenReferenzen „„b-quark physics at Doris“ von Dietrich Wegenerb-quark physics at Doris“ von Dietrich Wegener „„Oszillation zwischen Teilchen und Antiteilchen bei B-Mesonen“ von Oszillation zwischen Teilchen und Antiteilchen bei B-Mesonen“ von

Walter Schmidt-ParzefallWalter Schmidt-Parzefall „„Observation of B Bbar Mixing“ von Albrecht et al. (Argus)Observation of B Bbar Mixing“ von Albrecht et al. (Argus) „„Argus: A universal detector at DorisII“ von Albrecht et al. (Argus)Argus: A universal detector at DorisII“ von Albrecht et al. (Argus) „„Advanced Particle Physics“ Skript von Prof. Schultz-CoulonAdvanced Particle Physics“ Skript von Prof. Schultz-Coulon „„Detektoren in der Kern- und Teilchenphysik“ Skript von Prof. Detektoren in der Kern- und Teilchenphysik“ Skript von Prof.

HerrmannHerrmann „„Observation BObservation Bss-B-Bssbar Oscillation“ von CDF-Collaborationbar Oscillation“ von CDF-Collaboration

http://pdg.lbl.gov/pdg.htmlhttp://pdg.lbl.gov/pdg.html