稀有K、B介子衰变的实验研究 (E949,LHCb)

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1 稀有K、B介子衰变的实验研究 (E949,LHCb)
王喆 2006，10，27 桂林会议－－清华大学高能物理研究中心 2019/5/6

2 研究的动机 标准模型到目前为止取得了很大的成功 但是还不能成为终极的理论, 因为 如何发现标准模型以外的新物理?
模型含有太多的自由参量(轻子与夸克的质量, 混合角…) 模型被认为是一个更普遍的理论在低能区的一个有效应用 如何发现标准模型以外的新物理? 新物理会引入新粒子, 新动力学, 新对称性… 产生可以观测的新实粒子 产生理论上在圈图中出现但不能观测的新虚粒子. 它们的存在会导致纯标准模型在味物理和CP破坏的预言与实验观测值纯在偏离 2019/5/6

3 稀有衰变可以发现新物理 在标准模型中, 过程被极大的压低, 但新 物理的出现可能产生显著的改变
稀有K衰变: K  稀有B衰变：bs，b sl+l-, Bs,d µ+µ- … 未来几年内, 在稀有衰变中寻找新物理只能依赖于LHC上的物理实验 2019/5/6

4 稀有K介子衰变K＋p+nn 1. 味道改变中性流FCNC 2. 标准模型中的圈图可导致此过程 3. 标准模型的预言的不确定性很小 K+
u u u u K+ π+ K+ π+ W+ u c t + ... s d s d W+ u c t Z ν ν ν ν 2019/5/6

5 稀有B介子衰变BS＋m+m- 1. 同样为味道改变中性流FCNC 2. 同样为标准模型中的圈图过程 3. 标准模型的预言的不确定性很小
2019/5/6

6 实验目的： 稀有K衰变，测量Vtd ，检验标准模型 2. 稀有B衰变，测量Vts ，检验标准模型 3. 寻找新物理（如：最小超对称模型）
新的粒子 新的CP破坏机制 4. 实验上采用盲分析方法， 给出无偏估计 2019/5/6

7 E949上的稀有K衰变研究 由Brookhaven实验室AGS加速器 提供K+束流 2. E787E949 3. 采集了1.77×1012
4. 灵敏度超过10-10 2019/5/6

8 目前的K＋p+nn实验研究结果 主要为来自E787和E949的pnn1区域的研究结果： BR实验＝(1.47+1.60 ) × 10-10
－0.93 中心值与理论的偏差是统计涨落造成的还是由新物理造成的需要实验的进一步研究。 研究pnn2区域 2019/5/6

9 K＋p+nn (pnn2)的主要本底: pnn2区域 K2本底K+p+p0; BR=21% 2. 束流本底
3. K2: K+p+p0g 4. Ke4: K+p+p-e+ne 5. CEX K+核相互作用 6. K2: K+m+nm pnn2区域 2019/5/6

10 实验分析方法(减少人为原因): 二分法： 先用1/3样本来确定选择条件， 最后用2/3样本来作本底测量 2. 盲分析方法：
利用数据先确定本底事例数 最后才打开信号区 2019/5/6

11 盲分析方法: 确定两组不相关的判选条件： 2. 利用信号区外的信息估计信号区内本底的大小 在E949上的不相关选择条件 光子判别条件
/粒子鉴别 运动学条件 K粒子束流判别条件 2019/5/6

12 光子鉴别与运动学选择条件 从粒子动量上看，光子鉴别与运动学选择条件无关。 2019/5/6

13 目前实验分析的进展 K2本底K+p+p0; BR=21% 2. 束流本底 3. K2: K+p+p0g
4. Ke4: K+p+p-e+ne 5. CEX K+核相互作用 6. K2: K+m+nm    本底小于0.1个事例   目标是确定事例选择条件，使总本底小于0.5个事例 预计明年初完成所有本低分析工作 2019/5/6

14 LHCb上的稀有B介子衰变计划: 2000年清华大学高能物理研究中心 正式成为LHCb合作组的正式成员之一
2. 正在参与部分探测器与电子学设备的 研究建造 3. 稀有B介子衰变BS＋m+m-被列为 我们的物理研究目标之一 2019/5/6

15 位于CERN的LHCb探测器: N(Bsµ+µ–)=700事例/年 N(Bdµ+µ–)=20事例/年 束流方向 束流方向
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16 LHCb探测器利于进行此研究: 1. 亮度被控制在2 ×1032cm-2s-1 2. Impact parameter精度:
14mm+35mm/PT(GeV) 3. 动量分辨(dp/p): ( )% 4. 质量分辨: <13MeV (m+m-模式) 5. m粒子鉴别(1-150 GeV): e(m) ≈95%, e(p→m) ≈3% 2019/5/6

17 BS＋m+m-的模拟研究结果: 1. 按照标准模型预言的分支比： 700事例/年 2. 触发效率约为70％ 3. 考虑几何接收度、触发效率
和离线选择条件： <10事例/年 2019/5/6

18 BS＋m+m-的主要本底: 1. 单m事例的勿组合本底 末态只有一根m径迹， 一根p径迹被误判为m 2. 末态含有两个m的B介子衰变事例
例如： 3. 其他...... 如何减少连续本底对信号的影响是 目前的研究重点 2019/5/6

19 对于稀有Bs信号的盲分析: 将吸取 E949稀有K介子衰变的 成功经验！ 期待无偏的 信号和本底事例估计！ 2019/5/6

20 总结与展望 研究稀有K与B衰变是寻找超出标准模型以外新物理的一条很好的途径
在LHCb(或者其它LHC实验)开展稀有B衰变研究具有很好的优势，可以达到理论要求的灵敏度 2019/5/6