Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller...

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Entdeckung der B - Entdeckung der B - Oszillation mit Oszillation mit ARGUS (1987) ARGUS (1987)

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

(1987)(1987)

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ÜberblickÜberblick

Kaonen Kaonen B-Mesonen B-Mesonen

Experimenteller AufbauExperimenteller Aufbau

MessungMessung

AuswertungAuswertung

AusblickAusblick

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KaonenzerfallKaonenzerfall

nzuständeMasseneige ,

0

0

SL

SL

SL

KK

KqKpK

KqKpK

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ZeitentwicklungZeitentwicklung

00

0

0

)(

: 1})(exp{Für

}exp{}exp{)(

}exp{}exp{)(

KTtK

Tmmi

timKqtimKptK

timKqtimKptK

LS

SSLL

SSLL

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Kaon OszillationKaon Oszillation

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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

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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,

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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

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ArgusArgus

Detektor an DorisDetektor an Doris

Universeller Detektor für Energien um Universeller Detektor für Energien um

10GeV10GeV

Notwendige KompromisseNotwendige Kompromisse

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Haupt Drift KammerHaupt Drift Kammer

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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

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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

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

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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

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MessungMessungErstes vollständig rekonstruiertes Ereignis

2222

202

*2

22*2

02

110

1

011

*1

11*1

01

KD

DD

DB

KD

DD

DB

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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

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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

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2. Analysemethode2. Analysemethode

llBB

llBB

llBB

00

00

00

Idee: Keine vollständige Rekonstruktion

Begrenzung auf semileptonische Zerfälle

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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!!!

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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

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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

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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

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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

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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

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3. Methode3. Methode

VorteilVorteil

Geringerer UntergrundGeringerer Untergrund

Zusätzliche Ereignisse zur AuswertungZusätzliche Ereignisse zur Auswertung

NachteilNachteil

Geringere StatistikGeringere Statistik

höherer statistischer Fehlerhöherer statistischer Fehler

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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

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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

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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!

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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

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VergleichVergleich

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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!!!

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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