Обзор работ по B-физике группы НИИЯФ МГУ в рамках эксперимента ATLAS Н.В.Никитин, С.Ю.Сивоклоков, Л.Н.Смирнова, К.С.Томс Совещание по физике и компьютингу, Протвино мая 2005 г. B-physics working group meeting

1. Работы по изучению возможности регистрации редких лептонных и полулептонных распадов В-мезонов на установке ATLAS проводятся в НИИЯФ МГУ с 1994 года. 2. В 2005 году в состав группы входят: Никитин Н.В. (расчет и написание матричных элементов процессов, генерация на particle level, физический анализ); Сивоклоков С.Ю. (полная детекторная симуляция и рекон- струкция, триггер второго уровня для TRT); Смирнова Л.Н. (физический анализ); Томс К.С. (детекторная симуляция, физический анализ). 3. В разное время в состав группы входили также: Ризатдинова Ф.К. (генерация на particle level, физический анализ), Мелихов Д.И. (теоретическое изучение редких распадов).

Физика редких распадов - I Определение: переходы b d, s (FCNC) запрещены на древесном уровне в СМ и в низшем порядке теории возмущений могут возникать за счет oднопетлевых диаграмм типа пингвин и квадратик. Для чего надо изучать редкие b-распады? a) Прецизионный тест СМ и возможных расширений - SUSY, Two Higgs-doublet, LR, Extra Dimensions и др.; b) Информация о непертурбативных КХД-эффектах ; c) Определение матричных элементов V tdи V ts; d) Фон к другим редким распадам В-мезонов: (например: B 0 d π 0 µ + µ - является фоном к B 0 s µ + µ - γ ).

Физика редких распадов -II Иерархия парциальных ширин редких распадов в СМ: Br(B 0 d µ + µ - ) ~ a few * Br(B 0 d µ + µ - γ ) ~ a few * Br(B 0 s µ + µ - ) ~ a few * Br(B 0 s µ + µ - γ ) ~ a few * Br(B 0 d π 0 µ + µ - ) ~ a few * Br(B 0 d ρ 0 µ + µ - ) ~ a few * Br(B 0 d K µ + µ - ) = (4.8 ± 1.2) * (BaBar, Belle, 02) Br(B 0 s φ µ + µ - ) ~ a few * Br(B 0 d K * µ + µ - ) = (1.17 ± 0.33) * (BaBar, Belle, 03) Br(B 0 d K * γ) = (4.3 ± 0.4) * (CLEO, 93)

Что нового может дать LHC по сравнению с В-фабриками? 1) Редкие распады B 0 s – мезона (B 0 s φγ, B 0 s φ µ + µ -, B 0 s µ + µ - γ и B 0 s µ + µ - ) и Λ b – бариона (Λ b Λ γ, Λ b Λ µ + µ - ); 2) Дифференциальные распределения для редких полулептонных распадов B-мезонов (распреде- ление по димюонной массе, асимметрия вперед- назад и др.): чрезвычайно чувствительны к расширениям СМ; 3) Парциальные ширины редких мюонных и редких радиационных мюонных распадов B-мезонов: достаточно чувствительны к расширениям СМ. 4) Распады В с – мезона.

Важнейшие публикации группы по В-физике на ATLASе до 2001 года 1) Первая публикация: D.Melikhov, F.Rizatdinova, S.Sivoklokov, L.Smirnova, Purely Muonic Decays of B-mesons, ATL-PHYS , CERN, 1994 (включено в ATLAS Technical Proposal CERN/LHCC/94-43). 2) Подготовка раздела по редким распадам В-мезонов для Detector and Physics Performance TDR, LHCC 99-14/15. 3) Н.В.Никитин, Ф.К.Ризатдинова, Л.Н.Смирнова, Возможность проверки Стандартной Модели в редких полулептонных распадах В-мезонов на установке ATLAS, Яд.Физ. т.62, N10, стр.1823 (1999). 4) Подготовка раздела по редким лептонным и полулептонным распадам В-мезонов для 1999 CERN Workshop on Standard Model Physics (and more) at the LHC, May 1999, CERN, CERN Yellow Reports CERN

Публикации группы НИИЯФ МГУ по В-физике на ATLASе с 2001 по 2005 гг. 1) M.Beyer, D.Melikhov, N.Nikitin, B.Stech, Weak annihilation in the rare radiative $B\to\rho\gamma$ decay,Phys.Rev. D64, p (2001). 2) N.Nikitine, "Potential of the Rare Heavy Quark Decay Studies at the ATLAS Experiment", In proceedings of 9th International Conference on Hadron Spectroscopy "Hadron-2001", Protvino (Russia, 2001), AIP Conf.Proc.619, 2002, pp ) Н.В.Никитин, Ф.К.Ризатдинова, Л.Н.Смирнова, Моделирование триггера высокого уровня для исследования каналов распадов $B$--мезонов на установке ATLAS, Препринт НИИЯФ МГУ /660, Москва, 2001.\\ 4) M.Smizanska et al., Data challenge 1: Beauty physics validations, ATLAS Note ATL-COM-PHYS \\

Публикации группы НИИЯФ МГУ по В-физике на ATLASе с 2001 по 2005 гг. (продолжение) 5) D.Melikhov, N.Nikitin, Rare radiative leptonic decays $B_{d,s}\to\ell^+\ell^-\gamma$, Phys.Rev. D70, (2004). 6) R. Sturrock et al. (ATLAS DC1 Task force Collaboration), A STEP TOWARDS A COMPUTING GRID FOR THE LHC EXPERIMENTS: ATLAS DATA CHALLENGE 1, CERN-PH-EP \\ 7) N.Benekos et al. (ATLAS B-Physics Group), B-physics performance with Initial and Complete Inner detector layouts in Data Challenge-1, ATL-PHYS

Выступления на конференциях и ATLAS Weeks (последние 3 года) Доклады на конференциях и ATLAS Weeks в годах по В- физике: 1) N.Nikitine, Rare B-meson decays: physics principles and simulation, (CERN, 09 October, 2002) 2) N.Nikitine, S.Sivoklokov, L.Smirnova, K.Toms, "Status report on rare B-decays studies", B-physics working group meeting (CERN, 19 February, 2003). 3) N.Nikitine, S.Sivoklokov, L.Smirnova, K.Toms, "Rere B-decays with dimuons in final state", ATLAS Physics Workshop (Athens, May, 2003). 4) N.Nikitine, S.Sivoklokov, L.Smirnova, K.Toms, "The study of the rare leptonic B-meson decays for ATLAS", ATLAS B-physics meeting (CERN, 25 June, 2003).

Выступления на конференциях и ATLAS Weeks (последние 3 года) Доклады на конференциях и ATLAS Weeks в 2004 году по В-физике: 5) D.Melikhov, N.Nikitin, K.Toms, "Reinvestigation of rare radiative dilepton decays in the Standard Model", The XVIIIth International Workshop High Energy Physics and Quantum Field Theory, St. Petersburg, ) N.Nikitin, D.Tlisov, "Rare leptonic B-meson decays in external electromagnetic fields", The XVIIIth International Workshop High Energy Physics and Quantum Field Theory, St. Petersburg, ) N.Nikitine, S.Sivoklokov, D.Tlisov, K.Toms, " First studies of the rare decay channels B 0 d,s µ + µ - γ, B-Physics meeting at ATLAS Week, 25 February ) N.Nikitin, L.Smirnova, S.Sivoklokov, D.Tlisov, K.Toms, "Rare B –meson decays with muons in the final state in the Standard Model and MSSM (theoretical overview and simulation status for ATLAS), B-phys parallel session at ATLAS Physics week November 2004, CERN. 9) N.Nikitine, F.Ohlson-Malek, P.Reznicek, S.Sivoklokov, M.Smizanska, D.Tlisov, K.Toms, S.Viret, "Rare B-decays in ATLAS", Plenary session talk on ATLAS Physics week November 2004, CERN.

Работы, проводимые в настоящее время по В-физике Подготовка к ATLAS Physics Workshop, Рим июня 2005 года Доклад: S.Sivoklokov, N.Nikitine, K.Toms, Rare decays of B s and B d mesons to μμ(X). 1) Используя теоретически обоснованные матричные элементы сгенерированны, пропущены через математическую модель детектора (Roma layout) и восстановлены следующие сигнальные процессы: B µ6 µ6, B 0 d K* µ6 µ4, B 0 s φ µ6 µ4. 2) Промоделированы фоновые процессы bb_mu4mu4X (для полулептонных распадов) и bb_mu6mu6X с выбором инвариантной димюонной массы в районе массы В-мезона (для лептонных распадов). Статус на web-странице: 3) Проводится физический анализ результатов.

Планы работ по В-физике 1) Исследование возможности регистрации на установке ATLAS лептонных радиационных распадов B 0 d µ + µ - γ и B 0 s µ + µ - γ. 2) Изучение распада B 0 d 0 µ + µ - как фонового к распадам B 0 d,s µ + µ - γ и B 0 d,s µ + µ -. 3) Исследование точности самых общих ограни- чений на физику вне рамок СМ, следующих из анализа редких распадов В-мезонов на установке ATLAS. Исследование эффектов SUSY в редких распадах В-мезонов. 4) Возможность регистрации В с -мезона.

Распад B 0 d π 0 µ + µ - как фон для распадов B 0 d,s µ + µ - γ и B 0 d,s µ + µ - |η(μ)| 6 GeV, π 0 γ γ, p T (π 0 ) < 2 GeV На particle level показано,что B 0 d π 0 µ + µ - является важным фоном для B 0 d,s µ + µ - (γ). Требуется полное моделирование. B 0 d π 0 µ + µ - B 0 s µ + µ - γ B 0 d µ + µ - γ Number of events Mµµ Number of events B 0 d π 0 µ + µ - B 0 s µ + µ - B 0 d µ + µ - Mµµ

MSSM for B 0 d,s µ + µ - decays and ATLAS sensitivity C.Bobeth et al., PRD66, , (2002) The B 0 d,s µ + µ - barnchings as functions of charge Higgs boson mass M H for two choice the tan β. 19 tan β = 50 tan β = 60 SM 95% CL for ATLAS sensitivity Br(B 0 q µ + µ - ) x 10 8

MSSM in B K * (892) µ + µ - decay and ATLAS precision Sensitivity of A FB to the choice of the Wilson coefficients in one MSSM scenario: P.Cho, M.Misiak, D.Wyller, PRD54, p.3329, Three intervals for variable q 2 /M 2 B. If in the first interval the negative average asymmetry will be measured, it will be convincing demonstration of a SM exten- sions reality. Intervalmin max SM10%-14%-29% MSSM -17 – 5% %~ 30% ATLAS Accuracy 5% 4.5% 6.5% 20