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Tesi etd-03032006-002300


Thesis type
Tesi di laurea specialistica
Author
Budroni, Sonia
email address
Sonia.Budroni@pi.infn.it
URN
etd-03032006-002300
Title
Violazione di CP diretta nei decadimenti dei mesoni B a CDF
Struttura
SCIENZE MATEMATICHE, FISICHE E NATURALI
Corso di studi
SCIENZE FISICHE
Commissione
relatore Punzi, Giovanni
Parole chiave
  • CDF
  • mesoni B
  • Violazione di CP
  • Ottimizzazione
Data inizio appello
20/03/2006;
Consultabilità
completa
Riassunto analitico
La violazione della simmetria CP (composizione degli operatori di Coniugazione di carica e Parità) è incorporabile nel Modello Standard delle interazioni fondamentali attraverso l&#39;inserimento di una fase complessa nella matrice di mescolamento tra i quark (matrice CKM). Il quadro sperimentale attuale è compatibile con questa spiegazione, tuttavia la possibilità che le asimmetrie osservate siano la manifestazione di effetti di &#34;nuova fisica&#34; non è esclusa.<br><br>Un dato importante è la recente osservazione di una significativa ( \mathcal{O}(10 %)) violazione di CP &#34;diretta&#34; (ovvero nel processo di decadimento) nei mesoni B, dopo che un piccolo effetto ( 10^{-3} ) era stato definitivamente stabilito nei mesoni K neutri nel 1999.<br><br>L&#39;informazione sperimentale in proposito è ancora molto limitata, e non mancano i punti oscuri: all&#39;asimmetria osservata nel canale B_{d}^{0}\rightarrow K^{+}\pi^{-} non corrisponde una analoga asimmetria nei decadimenti dei mesoni $B$ carichi; questo ha fatto avanzare ipotesi basate su nuova fisica. Inoltre, le misure di asimmetria CP diretta nel decadimento B_{d}^{0}\rightarrow\pi^{+}\pi^{-} ottenute dagli esperimenti BaBar e Belle sono statisticamente incompatibili. A questo si aggiunga che, malgrado la possibilità di una asimmetria significativa nel canale B_{d}^{0}\rightarrow K^{+}\pi^{-} sia stata ipotizzata fin dal 1979, una predizione teorica quantitativa è tuttora difficile, a causa dall&#39;incertezza sui contributi adronici, per i quali assunzioni diverse portano a predizioni sensibilmente differenti.<br><br>Recentemente, questi modi di decadimento dei mesoni B sono stati osservati anche in collisioni adroniche dall&#39;esperimento CDF al Tevatron di Fermilab: sono quindi accessibili nuove misure in condizioni sperimentali differenti. Il Tevatron produce collisioni protone-antiprotone ad un&#39;energia nel centro di massa di \sqrt{s} =1.98 TeV, ed è l&#39;unica macchina oggi disponibile in cui si possono studiare decadimenti sia di B_{d}^{0} e di B_{s}^{0} . L&#39;accesso simultaneo ai decadimenti di mesoni B neutri di entrambi i &#34;sapori&#34;, offre l&#39;opportunità di una parziale cancellazione delle incertezze sulle previsioni teoriche, mediante il confronto di canali legati da simmetrie di sapore. In particolare, è stato recentemente messo in evidenza che la violazione di CP nel Modello Standard implica una relazione precisa tra l&#39;entità dell&#39;asimmetria CP nel decadimento B_{d}^{0}\rightarrow K^{+}\pi^{-} e quella nel decadimento B_{s}^{0}\rightarrow K^{-}\pi^{+} , relazione che vale indipendentemente da specifici modelli o assunzioni sui contributi adronici. D&#39;altra parte, questa sarebbe invece assolutamente accidentale in qualunque altro meccanismo di violazione di CP; la sua verifica sperimentale costituisce perciò un test di rara utilità per mettere in evidenza la presenza di nuova fisica.<br><br>Questo lavoro di tesi è dedicato alla misura della violazione di CP in entrambi questi canali nell&#39;ambito dell&#39;analisi dei decadimenti adronici di mesoni B_{d}^{0} e B_{s}^{0} in coppie di K e \pi carichi ( B^{0}\rightarrow h^{+}h&#39;^{-} ) a CDF. CDF è uno spettrometro solenoidale circondato ermeticamente da calorimetri e rivelatori di muoni, installato sul collisionatore Tevatron; qui si producono tutte le specie di adroni B con notevoli sezioni d&#39;urto ( \sim100\,\mu b), ma con fondi di QCD mille volte maggiori, che richiedono particolari accorgimenti nell&#39;analisi di questi decadimenti rari, e un sistema di trigger dedicato.<br><br>La misura si articola in tre passi principali: l&#39;estrazione del segnale del B^{0}\rightarrow h^{+}h&#39;^{-} 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&#39;identità delle particelle nello stato finale, e le correzioni di efficienza per l&#39;estrazione delle misure di asimmetria CP ( A_{CP} ) e delle frazioni di decadimento (BR).<br><br>L&#39;analisi dei primi 180 pb ^{-1} raccolti da CDF ha già prodotto una misura preliminare di A_{CP} ( B_{d}^{0}\rightarrow K^{+}\pi^{-} ) e la prima osservazione del decadimento B_{s}^{0}\rightarrow K^{-}K^{+} , mentre il canale B_{s}^{0}\rightarrow K^{-}\pi^{+} rimane tuttora inosservato.<br><br>In questa tesi si affronta l&#39;analisi di un campione tre volte maggiore, raccolto tra febbraio 2002 e luglio 2004 . Il punto cruciale di questa nuova analisi, che ha costituito la parte maggiore del lavoro di tesi, è la determinazione della selezione ottimale del campione ai fini della risoluzione statistica sulle misure di A_{CP} . La complessità della procedura di fit usata e il gran numero di variabili utilizzate nella selezione, alcune delle quali nuove rispetto alla misura precedente, rendono questa operazione non banale e richiedono il ricorso a una combinazione di tecniche analitiche e numeriche. <br><br>Il risultato è stato un notevole miglioramento della risoluzione statistica rispetto alla prima versione di questa analisi, che ha portato a misurare A_{CP} ( B_{d}^{0}\rightarrow K^{+}\pi^{-} ) con una risoluzione del 3.9% , da confrontare con la migliore misura esistente, al 2.2% (Belle); estrapolando questa misura a tutto il campione attualmente disponibile a CDF, ci si aspetta una misura con la risoluzione del 2.5%.<br><br>L&#39;analisi del canale B_{s}^{0}\rightarrow K^{-}\pi^{+} è ancora in corso; tuttavia la procedura messa a punto permette di prevedere in maniera affidabile una risoluzione sul BR minore di 1\times10^{-6} che, date le aspettative teoriche di BR( B_{s}^{0}\rightarrow K^{-}\pi^{+} ) &gt;5\times10^{-6} , implicherebbe una probabile osservazione in tempi brevi.
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