Новые результаты экспериментов CDF и D0: top, bottom, W (статус и перспективы) С.П.Денисов (ИФВЭ, Протвино) ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. - презентация

1 Новые результаты экспериментов CDF и D0: top, bottom, W (статус и перспективы) С.П.Денисов (ИФВЭ, Протвино) ИТЭФ. 22 ноября 2011 г.

2 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.2

3 3

4 4 D0 – первый крупный эксперимент на адронномколлайдере, в котором начали участвовать российские группы (Соглашение ИФВЭ-Fermilabот 1987г.).

5 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.5

6 30 сентября Тэватрон был остановлен За последний год была набрана рекордная светимость - более 2.5 1/фб. Интегральная светимость, доставленная на каждую из установок CDF и D0, составляет около 12 1/фб ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. 6

7 top-кварк top-кварк был открыт в 1995 г. - через 10 лет после начала работы Тэватрона ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. 7

8 Распад top-кварка ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.8

9 Результаты CDF и D0 хорошо согласуются ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.9

10 10

11 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.11

12 Single top cross sections ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.12

13 Измерения массы top-кварка Впервые погрешность стала меньше 1 ГэВ. Впервые статистическая ошибка стала меньше систематической. Все каналы дают согласующиеся результаты. Продолжается работа по уменьшению систематической погрешности. Ожидаемые окончательные погрешности измерений на Тэватроне: для каждого эксперимента – 0.9 ГэВ; для комбинации D0-CDF – 0.7 ГэВ. ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.13

14 Измерение ширины (времени жизни) t-кварка ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. Стандартная модель: При m t =173.2 ГэВ t =1.26 ГэВ ( t с) Эксперимент CDF: t 7.6 ГэВ (95% CL) –погрешность измерений массы t = (t Wb)/B(t Wb)= ГэВ ( t с с) 14

15 Разность масс t и анти-t Проверка СРТ D0 (3.6/фб): ΔM = 0.8 ± 1.8 (stat) ± 0.8 (syst) ГэВ CDF (5.6/фб): ΔM = -3.3 ± 1.4 (стат) ± 1.0(сист) ГэВ Результаты опубликованы: D0: Phys. Rev. D 84, (2011) CDF: Phys. Rev. Lett. 106, (2011) ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. 15

16 Зарядовая асимметрия в образовании top-antitop Стандартная модель предсказывает асимметрию в образовании top- antitop: top вылетает преимущественно в направлении падающего кварка (протона), а antitop – в обратном направлении. after unfolding: 3 difference D0: 19.7±6.5% CDF: 20.0±7.3% СМ: 5.0±0.1% В ближайшие месяцы можно ожидать уменьшение ошибки 2 раза за счет увеличения статистики и объединения результатов D0 и CDF

17 Результаты LHC ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.17

18 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.18

19 Измерение массы W-бозона ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.19

20 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.20

21 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.21

22 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.22

23 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. Published results 23

24 Ограничения на массу бозона Хиггса ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. m t =173.2±0.9 ГэВ, m W =80.399±0.023 ГэВ 24

25 Возможный сценарий для Moriond 2013 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. t =0.7 ГэВ W =15 MэВ Large mass m H = ГэВ % CL (P.Renton, ICHEP 2008) 25

26 Заключения по массе W-бозона Экспериментальная погрешность массы W ( =23 МэВ) ограничивает точность косвенного определения массы бозона Хиггса. Уменьшение ошибки массы W до 15 МэВ может исключить существование бозона Хиггса СМ. Погрешность массы W в 15 МэВ достижима в каждом из экспериментов на Тэватроне. Объединение результатов CDF, D0 и LEP может уменьшить ошибку до 10 МэВ. Та же погрешность массы W может быть достигнута в экспериментах на LHC, но это потребует определенного времени… Результаты Тэватрона по массе W на статистике, соответствующей интегральной светимости 5-6 1/fb, могут появиться через несколько месяцев (Moriond 2012?) ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. 26

27 Физика b-кварка Большое сечение образования частиц с b-кварками (10 -3 от полного сечения, 10 4 b/c) обеспечивает широкую программу исследований по физике b-кварка: измерение времени жизни В-мезонов; изучение редких распадов В-мезонов; Исследования в области спектроскопия адронов с b-кварками; изучение осцилляций B s -мезонов; изучение нарушения СР-инвариантности. ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.27

28 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. Спектроскопия b-барионов Первый барион с кварками всех трёх поколений! Целое семейство b-барионов открыто на Тэватроне 28

29 Открытие b c CDF, июль 2011 Very similar to b c. Slightly more complicated final state –6 tracks, 4 vertices. Same techniques used for the b can be employed. Only difference is an additional + attached to the charm vertex. The additional track: –сosts us in acceptance; –вut provides an additional possible trigger track. ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. 29

30 Mass Fits of the c 0,+ - Allow all parameters to float SignalCandidatesMass (MeV/c 2 ) b – b ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. 30

31 Поиски редкого распада B s D0: BF 5.1x10 -8 (95% CL) ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. 31

32 32

33 Осцилляции B s 0 -антиB s 0 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. Фитированное значение амплитуды осцилляций как функция частоты осцилляций (амплитуда осцилляций ожидается равной 1, когда частота осцилляций приближается к своему истинному значению, и близка к 0, когда частота далека от истинной частоты осцилляций). CDF: m s =17.77±0.10(stat)±0.07(sys) 1/ps, PRL 97,

34 Like-sign dimuon charge asymmetry CP violation in mixing using the dimuon charge asymmetry of semileptonic B decays was measured: –N b ++, N b number of events with two b hadrons decaying; semileptonically and producing two muons of the same charge; –оne muon comes from direct semileptonic decay b μ X; –second muon comes from direct semileptonic decay after neutral B meson mixing:. ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. 34

35 A b sl is equal to the charge asymmetry of "wrong sign" semileptonic B decays: See Y. Grossman, Y. Nir, G. Raz, PRL 97, (2006) –"Right sign" decay is Bμ + X. –"Wrong sign" decays can happen only due to flavour oscillation in B d and B s. –Semileptonic charge asymmetry can also be defined separately for B d and B s : ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. 35

36 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. Asymmetry A b sl is a linear combination of a d sl and a s sl – semileptonic charge asymmetries of B 0 and B 0 s Coefficients C d and C s depend on mean mixing probability and the production fractions of B 0 and B 0 s mesons, respectively Для измерения зарядовой асимметрии димюонов одного знака важно следующее: –Тэватрон – р-анти р коллайдер; –полярность магнитных полей достаточно часто менялась на противоположную. 36

37 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. Результат 2010 года на статистике 6.1 1/fb: Differs from SM prediction by 3.2σ Published in Phys. Rev. D 82, (2010) Consistent with our previous measurement with 6.1 fb -1 Deviates from the SM prediction by 3.9 σ Already published: Phys. Rev. D 84, (2011) Результат 2011 года на статистике 9.0 1/fb: 37

38 ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов. Отличное от нуля значение A b sl означает, что полулептонные распады и отличаются, что предполагает нарушение СР- инвариантности при смешивании. Полученный результат не противоречит всем другим измерениям нарушения СР- инвариантности при смешивании и распадах нейтральных В-мезонов, включая новые результаты LHCb. Уровень СР-нарушений, предсказываемый СМ, недостаточен для объяснения асимметрии материи и антиматерии во Вселенной. Поэтому необходимы поиски новых источников нарушения СР-инвариантности. D0 планирует продолжить анализ данных по зарядовой асимметрии димюонов одного знака на полной статистике (11 1/fb), используя более сложные методы обработки. Предполагается также провести исследования полулептонных распадов нейтральных В-мезонов с целью определения a d sl и a s sl. Результат измерения A b sl в координатах (a d sl, a s sl ). Он согласуется с другими измерениями a d sl и a s sl. 38

39 Заключительные замечания Хотя Тэватрон остановлен, сотрудничества D0 и CDF продолжат обработку и анализ данных в течение по крайней мере еще 5 лет, используя накопленную статистику, соответствующую интегральной светимости 11 1/fb. Подавляющее большинство институтов и лабораторий, участвующих в экспериментах, подписали Меморандумы о продолжении участия в обработке данных на срок до 5 лет. Фермилаб со своей стороны согласился поддерживать необходимые для этого инфраструктуры в течение такого же срока. На общем светлом фоне согласия между экспериментом и СМ есть два тёмных облачка. Одно связано с зарядовой асимметрией образования top-antitop (расхождение 3 ), другое - с зарядовой асимметрией образования пар димюонов одного знака (расхождение 4 ). Превратятся ли эти облачка в грозовые тучи, покажет будущее. ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.39

40 Наиболее интересные направления исследований по тематике доклада: изучение зарядовой асимметрии образования top-antitop; измерения с более высокой точностью параметров top- кварка (в частности, его массы с погрешностью до 0.7 ГэВ); изучение зарядовой асимметрии образования пар димюонов одного знака, связанного с полулептонными распадами В-мезонов; измерение массы W-бозона с погрешностью 15 МэВ. По некоторым важными направлениям исследований на Тэватроне обработано менее 10% статистики. Так что в ближайшие годы можно ожидать потока новых интересных результатов, полученных в экспериментах D0 и CDF. ИТЭФ. 22 ноября 2011 г. С.П.Денисов.40