B Physics at CDF 受川 史彦 筑波大学 数理物質科学研究科 関東甲信越地方 B中間子の物理 研究会 東京大学 本郷キャンパス 2019/8/28 B Physics at CDF 受川　史彦 CDF Collaboration 筑波大学　数理物質科学研究科 関東甲信越地方　B中間子の物理　研究会 東京大学　本郷キャンパス August 31, 2009

B 粒子生成の環境

CDF design report (1981) では B physics について特に述べられていないが …

Run-II CDF Detector From inside outward Tracking system 2019/8/28 Run-II CDF Detector From inside outward Tracking system Silicon detectors : vertex Main drift chamber : p TOF system : K/p sep. Solenoid ： 1.5 Tesla EM calorimeters Hadron calorimeters Muon chambers Good lepton ID capabilities Excellent tracking (large solenoid) Not just high-pT physics, but also B physics.

Tevatron accelerator complex 2019/8/28 New 120/150 GeV Main Injector Higher intensity of protons and antiprotons. 36 x 36 bunches (had been 6 x 6) CM energy 1.8 TeV  1.96 TeV Main Injector & Recycler CDF DØ Booster p source Tevatron Run II in progress since 2001

Instantaneous luminosity Integrated luminosity Tevatron performance : Run-II 2019/8/28 Record peak luminosity 3.5 x 1032 cm-2 s-1　 (Dec 26, 2008) Delivered luminosity ~ 6.9 fb-1 Recorded luminosity ~ 5.7 fb-1 Instantaneous luminosity 2×1032 各年 Integrated luminosity

CDF di-muon triggers 2019/8/28 Near J/y Wide mass range

J/y → mm の信号と見かけの寿命 : Run-I data ビーム軸に垂直な平面で測定 原点 = 生成点 = 加速器のビーム位置 B → J/y X Combinatorial BG 原点で生成されたもの ~15% from B decays

Muon chambers Tracking EM cal. Hadron cal. 中心部 拡大図

固有崩壊時間の分布 Background は prompt 成分が主である  Lifetime cuts が有効

b c p u d J/y Bc

Single lepton triggers ’88 – 89 data

2019/8/28

CDF-II silicon detectors SVX II Radii from 2.5 cm to 11 cm 5 layers Double-sided, 90o and 1.2o stereo Main vertex detector Intermediate silicon layers (ISL) 3 more layers at R = 20 - 29 cm Construction similar to SVX II Precision tracking to higher eta. Aid linking from COT to SVX. Layer 00 At radius ~1.6 cm, on beam pipe. Minimize multiple scattering effects. Single-sided.

SVX II 　広島大学，岡山大学 ISL　　筑波大学，大阪市立大学

Layer 00 Installation

Run-II Silicon Vertex Trigger : SVT Use silicon information at the 2nd level of trigger Find a track in the main tracker COT. Extrapolate toward the SVX. Find SVX hits along the road. Calculate impact parameter wrt the primary vertex (beam spot). Resolution ∼50 mm for > 2 GeV/c. Typical trigger : two tracks above 2 GeV/c, | d | > 120 mm, Lxy > 500 mm.

高統計の信号を得ている

CDF実験での B physics の意味・目標 2019/8/28 標準理論（CKM）は実験事実を よく記述する CKMの検証  新物理の探索へ FCNC b  s 遷移に兆候？ B-factory実験では不可能・難しいもの

中性中間子の粒子・反粒子振動 クォーク・フレイバーの固有状態 時間発展

時間発展 unmixed mixed

2019/8/28

2019/8/28 解析の手順

Silicon trigger crucial 2019/8/28 Silicon trigger crucial

One of the challenges : resolving very quick oscillations 2019/8/28 One of the challenges : resolving very quick oscillations Proper time resolution Real data, hadronic mode Roughly 20 times better than Belle/BaBar

2019/8/28 Fourier 解析

D ln(L) の深さ : BG が信号に見える確率 非対称度を時間の関数として見ると： （周期分を重ね合わせ） 2019/8/28 D ln(L) の深さ : BG が信号に見える確率 非対称度を時間の関数として見ると： 　（周期分を重ね合わせ）

Impact on the unitarity triangle 2019/8/28 Summer 2005 Fall 2006

2019/8/28

崩壊時間に依存した偏極度（角分布）とCP位相の解析 ～3200 events 崩壊時間に依存した偏極度（角分布）とCP位相の解析

確率密度分布 角分布 時間依存性

角分布

2019/8/28 SM predictions for B.F. もし予言より大きな値が観測されれば新物理の寄与の可能性あり

B.R. < 7.6 x 10-9 for B0d B.R. < 4.3 x 10-8 for B0s @ 95% C.L. 8 and 7 candidates in the B0d and B0s mass windows. B.R. < 7.6 x 10-9 for B0d B.R. < 4.3 x 10-8 for B0s @ 95% C.L. 永野間淳二 (筑波大学）　他

三宅秀樹 （筑波大学），解析中

Summary CDF実験は，energy frontier 実験として，high-pT の物理を念頭においてその検出器が設計・建設された。 2019/8/28 Summary CDF実験は，energy frontier 実験として，high-pT の物理を念頭においてその検出器が設計・建設された。 しかし，結果として B 粒子の物理にも適していることが明らかとなり，さらに幾度もの upgrades を経て， 数多くの重要な結果を得ている。 近未来に興味深い結果を得る可能性がある。

2019/8/28 Backup slides

LO NLO （の寄与は大きい）

XFT : COT の飛跡を再構成 e.g. pT > 2 GeV/c SVT : シリコン検出器の情報 Imp. param, decay length

チャーム粒子の信号 Run II, only 5.8 pb-1

Signal reconstruction 2019/8/28 Signal reconstruction Flavor tagging :

Flavor tagging summary 2019/8/28 Flavor tagging summary D2 Hadronic (%) D2 Semileptonic (%) Muon 0.48 ± 0.06 (stat) 0.62 ± 0.03 (stat) Electron 0.09 ± 0.03 (stat) 0.10 ± 0.01 (stat) JQ/Vertex 0.30 ± 0.04 (stat) 0.27 ± 0.02 (stat) JQ/Prob. 0.46 ± 0.05 (stat) 0.34 ± 0.02 (stat) JQ/High pT 0.14 ± 0.03 (stat) 0.11 ± 0.01 (stat) Total OST 1.47 ± 0.10 (stat) 1.44 ± 0.04 (stat) SSKT 3.42 ± 0.98 (syst) 4.00 ± 1.02 (syst) Big improvement came from same-side kaon tagging using TOF information.

2019/8/28 ユニタリ条件から

2019/8/28

2019/8/28

2019/8/28 他の情報を総合すると，21.5°のほう

2019/8/28 Penguin Tree

Statistical separation using mass, kinematics, dE/dX 2019/8/28 Expectation from MC Combinatorial background Partially Reconstructed Statistical separation using mass, kinematics, dE/dX

2019/8/28

2019/8/28

Angle g in a longer term (given Dms) 2019/8/28 Angle g in a longer term (given Dms)

Three new modes observed 2019/8/28 Rarer modes MC Three new modes observed

Agree, though errors are large 2019/8/28 Mode 2 Mode 1 Gronau, PL B 492, 297 (2000) Agree, though errors are large Lipkin, PL B 621, 126, 2005