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Decadimenti semileptonici del B e misura di |Vub|
Francesco GalloUniversità di Torino & INFN
XVI IFAE Torino, 14 Aprile 2004
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XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 2
Outline
Motivazioni fisiche per la misura di |Vub| Tecniche sperimentali Misure inclusive Misure esclusive Conclusioni
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|Vub| e triangolo di unitarietà
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 3
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.
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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
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 4
Mx
plep
q2Vub
BR(b c l ) 60 BR(b u l )
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Misure inclusive di |Vub|
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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 )
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 6
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
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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 %
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 7
De Fazio, Neubert JHEP 06, 017 (1999)
Leibovich, Low, Rothstein PRD 61, 053006 (2000)
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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
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 8
BELLE
hep-ex/0403004
CLEOPRL 88:231803 (2002)
BaBarhep-ex/0207081
BELLEEPS HEP 2003
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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)
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 9
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
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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
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 10
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)
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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
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Eventi di segnale estratti dal fit a Mx BR semileptonico inclusivo charmless:
Misure inclusive: RECOIL (2)
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 12
PRL 92, 071802 (2004)
|Vub| = (4.62 ± 0.28stat ± 0.27syst ± 0.40theo ± 0.09pert ± 0.241/mb3)10-3
(|Vub|) / |Vub| 13 %
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Misure inclusive di |Vub|
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 13
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 %
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Misure esclusive di |Vub|
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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
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 15
y = q2 / MB2
Wl = angolo (W*, l)ks = impulso ,,,,…
f1(q2) = Fattore di Forma
|Vub|2 =BR(B (,,,,…) l ) / (FFB)
± l ± l
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Misure esclusive: ENDPOINT
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 16
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+
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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)
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 17
BR(B+ l+ ) = (1.3 ± 0.4stat ± 0.2syst ± 0.3fu)10-4
BELLE BELLEhep-ex/0402023
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Estrazione del BR in intervalli di q2
- riduce la dipendenza del fit dai modelli
- estrazione di |Vub| su tutto il range di q2
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 18
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
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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
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 19
”0” is +- with 0.65 < m+-< 0.95 GeV
0 0 BaBar BaBar BaBar
LP2003
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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
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 20
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Misure inclusive ed esclusive di |Vub|
XVI IFAE – 14/04/2004 Francesco Gallo 21
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
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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 %
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BACKUP
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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
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Simulated annealing (BELLE)
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Simulated annealing (BELLE)
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Recoil Tecnique (BaBar)
(4S)Brecoil Breco
D*
s
DXu
l
B 0 l B 0 l B l B q l