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Tesi etd-02182009-170845


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
RUFFINI, FABRIZIO
URN
etd-02182009-170845
Title
Asimmetria di CP nei decadimenti charmless di mesoni B a CDF
Struttura
SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di studi
SCIENZE FISICHE
Supervisors
Relatore Prof. Punzi, Giovanni
Relatore Dott. Morello, Michael Joseph
Parole chiave
  • CDF
  • B
  • mesoni
  • charmless
  • violazione
  • CP
  • Asimmetria
Data inizio appello
12/03/2009;
Consultabilità
Completa
Riassunto analitico
Riassunto:
La non-conservazione della simmetria CP (composizione degli operatori di Coniugazione di carica (C) e Parità (P)) è spiegata nel Modello Standard delle interazioni fondamentali (MS) attraverso l'introduzione di una singola fase complessa nella matrice di mescolamento tra i quark. L’attuale quadro sperimentale e’ sostanzialmente in accordo con il modello entro le incertezze, tuttavia la possibilità che le asimmetrie osservate risentano degli effetti di particelle non previste dal MS non e' esclusa sperimentalmente, anche perche’ interi settori, come quello dei decadimenti del mesone B0s , rimangono ancora relativamente inesplorati. Inoltre recentemente si vanno consolidando un certo numero di discrepanze tra predizioni teoriche e risultati sperimentali.
L’osservazione di una significativa e inaspettata discrepanza tra l’asimmetria di CP "diretta" nel decadimento B0->K+pi- e quella nel decadimento B+ ->K+pi0 ha generato un’ampia discussione. Da una parte si sostiene che le cause siano effetti non completamente compresi di fisica MS (interazioni adroniche a bassa energia); altri invece interpretano la discrepanza come indicazione della presenza di un qualche genere di nuova fisica dotata di asimmetria CP. Un esempio tra gli altri e’ la possibile presenza di una 4a generazione di quark molto pesanti, che spiegherebbe anche il modesto disaccordo con il MS osservato nelle recenti misure della fase di oscillazione in decadimenti B0s ->J/psi phi.
E’ chiaro quindi che aumentare e raffinare l’informazione sperimentale sui decadimenti di mesoni B, e in particolare riguardo al poco conosciuto B0s, diventa cruciale per discriminare tra le varie possibilita’ in gioco.
Una notevole opportunita’ in questo senso e’ offerta dall'esperimento CDF al Tevatron di Fermilab. Il Tevatron produce collisioni protone-antiprotone ad un'energia nel centro di massa di \sqrt{s} =1.96 TeV, ed e' l'unica macchina oggi disponibile in cui si possono studiare decadimenti sia del mesoni B0 che del Bs . L'accesso simultaneo ai decadimenti di mesoni B neutri di entrambi i "sapori", offre l'opportunità di una parziale cancellazione delle incertezze sulle previsioni teoriche, oltre che delle incertezze sistematiche.
Utilizzando un campione corrispondente a 1 fb-1, CDF ha gia’ prodotto una misura preliminare di ACP(B0->K+pi-) al 2% di precisione e la prima osservazione del decadimento Bs ->K-pi+. La disponibilita’ attuale di un campione quasi tre volte piu’ grande offre una buona opportunita’ per migliorare la nostra comprensione delle interazioni adroniche a bassa energia. In particolare, la asimmetria di CP di Bs ->K-pi+, attualmente accessibile esclusivamente a CDF, e’ prevista essere inusualmente grande e quindi ben misurabile. Per di piu’, alcuni autori ritengono che nel MS ci sia una solida relazione tra questa asimmetria e quella del modo B0->K+pi-, largamente indipendente da specifici modelli o assunzioni sui contributi adronici. Tale relazione sarebbe invece del tutto accidentale in presenza di un qualunque possibile nuovo meccanismo di violazione di CP; la sua verifica sperimentale costituisce percio' un test di rara utilità per mettere in evidenza l’eventuale presenza di nuova fisica.
Questo lavoro di tesi e' finalizzato alla misura della asimmetria di CP nel decadimento del B0s->K-pi+ utilizzando un campione di circa 3 fb-1 raccolto dall’esperimento CDF tra febbraio 2002 e aprile 2008; questa misura richiede tuttavia una analisi complessiva di tutti decadimenti adronici di mesoni B0 e B0s in coppie di K e \pi carichi ( B -> h+h'- ), e quindi costituisce la base per diverse altre misure di alto profilo.
La misura si articola in tre passi principali: l'estrazione del segnale del B-> h+h- dal fondo, la separazione dei diversi canali (che appaiono sovrapposti in un unico picco di massa), mediante un fit che combina la cinematica con le informazioni sull'identità delle particelle nello stato finale, e le correzioni di efficienza per l'estrazione delle misure di asimmetria CP.
Il punto centrale di questa nuova analisi, che ha costituito la parte maggiore del lavoro di tesi, e’ il miglioramento della risoluzione statistica rispetto alla misura precedente, al di la’ del semplice incremento del campione. Il fit di Likelihood sviluppato nella precedente analisi e’ stato esteso con l’aggiunta una nuova variabile discriminante, l’isolamento, al fine di migliorare la separazione segnale-fondo, passando da un fit 5-dimensionale ad uno 6-dimensionale. A questo fine e' stata svolta un’accurata analisi della fenomenologia dell’isolamento, per studiarne la distribuzione e le correlazioni con le altre variabili usate nella funzione di Likelihood e parametrizzarne la distribuzione.
Una volta introdotto l’isolamento nella struttura di fit si e’ passati alla determinazione, nella nuova configurazione, della selezione ottimale del campione ai fini di ottenere la migliore possibile risoluzione statistica sulla misura di ACP(B0s->K-pi+). Il risultato e' stato un significativo miglioramento della risoluzione rispetto alla precedente versione di questa analisi. A parita’ di statistica, il miglioramento ottenuto e’ di circa il 15%, che corrisponde a una incertezza statistica su ACP(B0s->K-pi+) di circa il 9%, da confrontare con un valore centrale di 30%-50% predetto dalla teoria.
Questo risultato rende quindi molto realistica la possibilita’ di osservare per la prima volta l’asimmetria CP diretta nel B0s in questo campione. In aggiunta, i miglioramenti ottenuti porteranno un beneficio sostanziale anche a tutte le altre misure accessibili con questa analisi: ACP(B0->Kpi) e i tassi di decadimento di B0s->Kpi, B0s->KK, e B0s->pipi , che forniranno ulteriori nuovi importanti dati sulla dinamica delle interazioni adroniche a bassa energia.
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