Rsultats rcents des usines B recherche de physique

Résultats récents des usines à B recherche de physique au-delà du Modèle Standard Séminaire commun IPh. T-SPP 25 mars 2008 Georges Vasseur DSM/Irfu/SPP CEA Saclay

Plan • Introduction – Physique – Détecteur • Mesure du triangle d’unitarité • Recherche de physique au-delà du MS – Autres mesures de sin 2 b – Désintégrations rares dans les modes pingouins – Désintégrations rares leptoniques – Violation de saveur leptonique – Violation de CPT • Conclusion

La matrice CKM • Matrice unitaire 3 x 3 : – Couplages des quarks au W. – Complexe → violation de CP • Paramètrisation de Wolfenstein : – ordre l 4 (l=0. 22). – 4 paramètres: A, l, r, h. phases

Le triangle d’unitarité • Contrainte d’unitarité entre la 1ère colonne et la 3ème colonne de la matrice CKM. • But des usines à B: mesurer tous les angles (asymétries CP) et côtés du triangle. V*ub Vud Vcd. V*cb (0, 0) a Vtd V* tb Vcd V* cb (0, 1)

Détecteur Cerenkov (DIRC) 144 barres de solénoïde 1. 5 T quartz et 11000 PM Les détecteurs Calorimètre électromagnétique 6580 Cristaux Cs. I(Tl) e+ (3. 1 Ge. V) e- (9 Ge. V) Chambre à drift 40 couches Détecteur de vertex 5 couches de silicium Chambres à RPC / LST

Luminosité • 430/fb (Ba. Bar) et 660/fb (Belle) sur l’Y(4 S). • ~106 paires de B par fb-1.

Les mésons B à l’Y(4 S) Variables utilisées pour la reconstruction des mésons B : Forme de l’événement BB Continuum (qq) Masse Différence d’énergie

mixing Asymétrie CP y ca de f. CP Reconstruire un des B dans le mode étudié Etiqueter la saveur de l’autre B 9 Ge. V x 3. 1 Ge. V =0. 55 z < >c t 260 m

L’angle • Facile expérimentalement et théoriquement : – Etat propre de CP – Une seule amplitude – Pas d’incertitudes hadroniques – Pas de phase CKM dans l’amplitude de désintégration • Mesure directement sin 2 b :

sin 2 : résultats Moyenne mondiale : sin 2 b = 0. 680± 0. 025 → = (21. 4± 1. 0)°

L’angle α Arbre Tree decay Penguin decay g • Plus difficile – exp. : BF plus faibles – th. : diagrammes pingouins • Extraire a : – Analyse d’isospin dans B→pp, rr – Analyse de Dalitz dans B→rp Arbre + Pingouin

Résultats sur a L’analyse d’isopin complète dans B→rr permet de lever les ambiguïtés sur a. Mesure directe: a = (88 ± 6)° Mesure indirecte: a = (102+3 -12)°

L’angle γ g • Le plus difficile. • Mesure directe par interférence dans les modes B→D(*)K(*). • Mesure de sin(2 b+g) avec B → D*p. Résultat : g = (80+19 -26)°

|Vub| • Difficile expérimentalement et théoriquement. • Deux approches : – Inclusive • Petite fraction de l’espace de phase • Dépend du moment de Fermi du quark b – Exclusive • Plus d’espace de phase, meilleur S/B • Doit calculer les facteurs de forme • Sont en bon accord. Inclusif Exclusif

|Vtd| CDF: First Observation (5 s) • Phase du mélange du Bs : – |2 bs| = 0. 04 ± 0. 01 dans le MS. – UTFIT vient d’annoncer une déviation de plus de 3 s par rapport au MS en combinant plusieurs mesures. s

Contraintes sur le T. U. • Contraintes venant aussi de la physique des K (e. K) et du Tevatron (Dms). • Les multiples mesures des angles et des côtés sont remarquablement cohérentes.

Violation directe de CP 535 M BB 384 M BB Différence entre K+p- et K+p 0 : • Effets d’interaction forte ? • Physique au-delà du MS ?

Enseignements • Le but principal des usines à B était l’étude de la violation de CP et du mécanisme CKM du MS. • Aucune mesure du triangle d’unitarité ne met en défaut le Modèle Standard. • Le mécanisme CKM du MS explique l’essentiel de la violation de CP. • Contraint déjà la physique au-delà du MS – Favorise modèle de violation minimale de la saveur. • Nouvel objectif : recherche de physique au-delà du MS.

sin 2β dans les modes pingouins Modèle Standard Nouvelle Physique nouvelle particule no weak phase from decay NP weak phase • Pas de phase CKM dans les pingouins b→s. – Mesure de sin(2β). • S’il existe un diagramme au-delà du MS avec une phase non nulle, la mesure sera différente de sin(2β) avec B→ψ Ks.

B 0→h’K 0 s PRL 98, 031801 (2007) PRL 98, 031802 (2007)

B 0→K 0 sp+p • Analyse de Dalitz dépendante du temps. • Contributions du K*-(892), K*(1430), f 0(980), r 0(770), non résonant. m(p+p-) S grand pour f 0(980)Ks Asymétrie CP dans la région du f 0(980)Ks Aucune indication de violation de CP directe

sin 2β (pingouins) : résultats • Moyenne « naïve » . • Maintenant compatible avec sin 2β pour b→ccs. • χ2=33/16 dof. • En excluant f 0 K 0, sin 2βeff =0. 56± 0. 05 (χ2=19/16 dof) effet de 2. 2 s.

Pingouin radiatif Transition b→s , d : • FCNC. • Pas de diagramme en arbre dans le MS. • Desintégration rare. Sensible à de la nouvelle physique à l’ordre dominant Plusieurs observables : – Rapport d’embranchement, asymétrie CP, asymétrie d’isospin, polarisation, …

b→s : taux Méthodes : • inclusive : • Reconstruit le photon • « propre » théoriquement • semi-inclusive : • Somme de plusieurs modes Xs • « propre » expérimentalement Nouvelle technique : Région du bdf 384 M BB Région du signal Propre, mais ~ 0. 3% Extrapolation à plus bas E BF(b→s ) [E > 1. 9 Ge. V] = (3. 66 ± 0. 85 ± 0. 59) x 10 -4 BF(b→s ) [E > 1. 6 Ge. V] = (3. 91 ± 0. 63) x 10 -4

Résultats sur BF(B→Xs ) Progrès théorique : – Calculs NNLO disponibles (mais non finaux).

Résultats sur ACP(B→Xs ) Nouvelle analyse semi-inclusive : – Somme de 16 modes exclusifs. – ACP (b→ sg) compatible avec 0. – Mesure la plus précise. 384 M BB

b→s : conséquences tan =2 Limite inférieure à 95 % CL sur MH+ Aucune indication de nouvelle physique dans b s , mais contrainte sur le physique au-delà du MS. b s donne une borne inférieure sur la masse du Higgs pour tout tan β MH+ > 295 Ge. V (95%CL) MH+ ~ 650 Ge. V

Pingouin radiatif b→d • Etude des désintégrations exclusives : B± ± ; B 0 ( 0, ) • Réduites de Vtd/Vts 2 0. 04 comparées à b s BF ~ 10 -6 316 fb-1 B+ + B 0 0 598 fb-1 316 fb-1 B 0 PRL 98, 151802 (2007) Moyenne d’isospin :

b→d : contrainte CKM extrait indépendamment de md/ ms rapport des facteurs de forme z= 1. 17 ± 0. 09, JHEP 604, 046 (2006) R = 0. 1 ± 0. 1, PLB 595, 323 (2004) Tient compte des dynamiques différentes désintégrations Une nouvelle physique pourrait avoir des effets différents sur les deux processus. Excellent Accord.

B→ n : intérêt supprimé d’un facteur (ml 2/m. B 2) àRapport BF : : e = 1 : 5 10 -3 : 10 -7 Prédiction du MS |Vub|: b uln erreur ~ 8% = (1. 6 ± 0. 4) x 10 -4 for l= ) f. B: QCD sur réseau erreur ~ 10% H+ 2 2 HDM: Isidori and Paradisi PL B 639 (2006) Le Higgs chargé apparaît dès le diagramme en arbre.

B→ n : détection • Mode difficile expérimentalement : – Plusieurs n dans l’état final. • Etiqueter un B par sa désintégration : – hadronique (B D(*)0 X) – ou semileptonique (B Dln). • Reconstruire t enn, mnn, pn, r(pp)n. • Rejeter le bruit de fond (activité dans le calorimètre électromagnétique). 383 M BB 447 M BB

B→ n : résultat PRD 76, 052002 (2007) PRD 77, 011107 (2008) PRL 97, 251802 (2006) 2 HDM

B 0→ll • Très faible BF dans le MS. • ~100 x plus grand dans MSSM. Limites précédentes 90% CL: 1. 8 x 10 -8 cette analyse 90% CL: Phys. Rev. D 77, 032007 (2008) 384 M BB

LFV dans la désintégration du • Les usine à B sont aussi des usines à t : s s. BB 1 nb. • La violation de saveur leptonique est attendue dans beaucoup d’extensions du MS.

LFV : recherche expérimentale • Les t sont dos à dos (dans le CM). • Séparation de l’évt en deux hémisphères : – signal, – étiquetage. • Désintégration LFV sans neutrino : – pas d’énergie manquante. • Utilisation de la cinématique pour séparer signal du bruit. signal MC signal MC

LFV : résultats sur →l → tan = 10 Bdf: ISR et FSR dans Contrainte sur la physique au-delà du MS : • Par exemple avec SUSY SU(5) GUT Hisano et al. Phys. Lett. B 565 (2003) 183. • Correlations entre b→s et t → mn. BF( → ) < 6. 8 x 10 -8 PRL 95, 041802 (2005)

LFV : résultats sur →lll (Les contours grisés montrent les régions où se trouvent 50% et 90% des évts MC) 376 fb-1 ; 6 modes étudiés Aucun signal observé! BR( lll) < (3. 7 -8. 0) x 10 -8 @ 90% CL PRL 99 , 251803 (2007)

LFV : résultats sur →lp 0/h/h’ PRL 98 061803 (2007) M Sher, PRD 66 , 057301 (2002) Implication de la limite sur η dans le plan tan β vs m. A. Région exclue à 95%

Violation de CPT • Recherche de violation de CPT dans le mélange B 0 -B 0 avec les dileptons de signe contraire. Symétrie CPT • Etude en fonction du temps sidéral. • Aucun effet significatif : – Ajustement – Périodogramme (recherche de périodicité)

Conclusion • Les mesures du triangle d’unitarité sont en accord avec le Modèle Standard. • Les usines à B jouent un rôle important dans la recherche de physique au-delà du Modèle Standard.

Phase du mélange du Bs • Mesure de CDF et D 0 dans Bs → yj. • Effets non triviaux à comprendre (phases fortes, …).