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Entdeckung der B -Entdeckung der B -Oszillation mit ARGUS Oszillation mit ARGUS
(1987)(1987)
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ÜberblickÜberblick
Kaonen Kaonen B-Mesonen B-Mesonen
Experimenteller AufbauExperimenteller Aufbau
MessungMessung
AuswertungAuswertung
AusblickAusblick
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KaonenzerfallKaonenzerfall
nzuständeMasseneige ,
0
0
SL
SL
SL
KK
KqKpK
KqKpK
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ZeitentwicklungZeitentwicklung
00
0
0
)(
: 1})(exp{Für
}exp{}exp{)(
}exp{}exp{)(
KTtK
Tmmi
timKqtimKptK
timKqtimKptK
LS
SSLL
SSLL
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Kaon OszillationKaon Oszillation
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B-MesonenB-Mesonen
sbB
dsKBdbB
s
d
0
000
Analoges Verhalten von B- und K-Mesonen
0 2
0 2
: (5279.4 0.5) MeV/c
: (5367.5 1.8) MeV/cs
B
B
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ZerfälleZerfälle
...
...
Leptonen Pions, z.B. ...
,)4(
Mesons) bb des (Resonanz )4(
0
0*
*0
00
KD
DD
DB
BBBBsY
sYee
e+
e-
(4s) b
b
du ,
du,
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Doris IIDoris II
DODOppel-ppel-RIRIng-ng-SSpeicherpeicher ee++ee-- - Collider - Collider Energie: 10,6 GeVEnergie: 10,6 GeV 300m Umfang300m Umfang Luminosität: 103 pbLuminosität: 103 pb-1-1 für Y(4s) von 1983 für Y(4s) von 1983
bis 1986bis 1986
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![Page 10: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/10.jpg)
ArgusArgus
Detektor an DorisDetektor an Doris
Universeller Detektor für Energien um Universeller Detektor für Energien um
10GeV10GeV
Notwendige KompromisseNotwendige Kompromisse
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![Page 12: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/12.jpg)
Haupt Drift KammerHaupt Drift Kammer
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Haupt Drift KammerHaupt Drift Kammer
|cos|cos|<0.76 für ganze |<0.76 für ganze TracksTracks
~25000 Kathodendrähte~25000 Kathodendrähte ~6000 Anodendrähte~6000 Anodendrähte Spannung: ~ 1NSpannung: ~ 1N Spurauflösung: 200Spurauflösung: 200mm Magnetfeld: B = 0,8TMagnetfeld: B = 0,8T
![Page 14: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/14.jpg)
EnergieverlustEnergieverlust
Abstand zwischen Anodendrähten: 18mmAbstand zwischen Anodendrähten: 18mm Ideal für Energieverlustmessung:15mm Ideal für Energieverlustmessung:15mm /K-Separation bis 0,7GeV in 3/K-Separation bis 0,7GeV in 3
![Page 15: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/15.jpg)
Time-Of-Flight (TOF)Time-Of-Flight (TOF)
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Time-Of-Flight (TOF)Time-Of-Flight (TOF)
Messung der Messung der GeschwindigkeitGeschwindigkeit
=220ps=220ps /K-Separation /K-Separation
bis 0,7GeV in 3bis 0,7GeV in 3 |cos|cos|<0.95 |<0.95
AbdeckungAbdeckung
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![Page 21: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/21.jpg)
MessungMessungErstes vollständig rekonstruiertes Ereignis
2222
202
*2
22*2
02
110
1
011
*1
11*1
01
KD
DD
DB
KD
DD
DB
![Page 22: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/22.jpg)
MessungMessungErstes vollständig rekonstruiertes Ereignis
M(D*)= 2008 MeV
M(D1)= 1873 MeV
M(D2)= 1886 MeV
P(P(11) = 2186 MeV) = 2186 MeV
P(P(22) = 1579 MeV) = 1579 MeV
Theorie:
M(D*)= 2010 MeV
M(D) = 1870 MeV
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Vollständige RekonstruktionVollständige Rekonstruktion
VorteilVorteil
minimaler Untergrundminimaler Untergrund
quasi kein systematischer Fehlerquasi kein systematischer Fehler
NachteilNachteil
sehr geringe Statistiksehr geringe Statistik
hoher statistischer Fehlerhoher statistischer Fehler
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2. Analysemethode2. Analysemethode
llBB
llBB
llBB
00
00
00
Idee: Keine vollständige Rekonstruktion
Begrenzung auf semileptonische Zerfälle
![Page 25: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/25.jpg)
FehlerquellenFehlerquellen
Messung der „falschen“ Leptonen:Messung der „falschen“ Leptonen: aus späteren Zerfällenaus späteren Zerfällen
aus J/aus J/ Zerfällen Zerfällen
aus Paarbildung durch Photonenaus Paarbildung durch Photonen
Missidentifikation der LeptonenMissidentifikation der Leptonen
Missidentifikation der B-Mesonen!!!Missidentifikation der B-Mesonen!!!
![Page 26: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/26.jpg)
LösungsansätzeLösungsansätze
Passende Eventauswahl:Passende Eventauswahl: E (eE (e--, e, e++) ) ≥ 1,4 GeV≥ 1,4 GeV
E (eE (e-- + e + e++) ) ≠≠ E(J/ E(J/))
(e(e--, e, e++) ) ≥ 32°≥ 32°
UntergrundmessungUntergrundmessung Messung bei EMessung bei EBeamBeam ≤ 10,6 GeV≤ 10,6 GeV
![Page 27: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/27.jpg)
ErgebnisErgebnis
Events mit gleich geladenen Leptonen: Events mit gleich geladenen Leptonen:
N (lN (l+ + ll+ + / l/ l- - ll--) = 24,8 ) = 24,8 ±± 7,6 7,6 ±± 3,8 3,8
Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen:Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen:
N (lN (l- - ll++) = 270,3 ) = 270,3 ±± 19,4 19,4 ±± 5,0 5,0
Umwandlungsrate r:Umwandlungsrate r:
r = 0,22 r = 0,22 ±± 0,09 0,09 ±± 0,04 0,04
)]()([)(
)1)](()([
llNllNllN
llNllNr
![Page 28: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/28.jpg)
Semileptonische ZerfälleSemileptonische Zerfälle
VorteilVorteil
geringerer statistischer Fehlergeringerer statistischer Fehler
ermöglicht Bestimmung einer Umwandlungsrateermöglicht Bestimmung einer Umwandlungsrate
NachteilNachteil
Höherer UntergrundHöherer Untergrund
höherer systematischer Fehlerhöherer systematischer Fehler
![Page 29: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/29.jpg)
3. Analysemethode3. Analysemethode
Kombination der beiden ersten MethodenKombination der beiden ersten Methoden
ein B-Meson wird rekonstruiert, das andere ein B-Meson wird rekonstruiert, das andere
über semi-leptonischen Zerfall bestimmtüber semi-leptonischen Zerfall bestimmt
Analoges VorgehenAnaloges Vorgehen
![Page 30: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/30.jpg)
ErgebnisErgebnis
Events mit gleich geladenen Leptonen: Events mit gleich geladenen Leptonen:
N (lN (l+ + ll+ + / l/ l- - ll--) = 4,1 ) = 4,1 ±± 0,3 0,3
Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen:Events mit unterschiedlich geladenen Leptonen:
N (lN (l- - ll++) = 20,8 ) = 20,8 ±± 1,1 1,1
Umwandlungsrate r:Umwandlungsrate r:
r = 0,20 r = 0,20 ±± 0,12 0,12
8,20
1,4
)()(
)()(00
00
lBNlBN
lBNlBNr
![Page 31: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/31.jpg)
3. Methode3. Methode
VorteilVorteil
Geringerer UntergrundGeringerer Untergrund
Zusätzliche Ereignisse zur AuswertungZusätzliche Ereignisse zur Auswertung
NachteilNachteil
Geringere StatistikGeringere Statistik
höherer statistischer Fehlerhöherer statistischer Fehler
![Page 32: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/32.jpg)
Kombiniertes ErgebnisKombiniertes Ergebnis
Aus Kombination aller drei Methoden:Aus Kombination aller drei Methoden:
r = 0,21 r = 0,21 ±± 0,8 0,8
Sehr viel größer als erwartetSehr viel größer als erwartet
![Page 33: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/33.jpg)
TheorieTheorie Erwartung: r Erwartung: r ≈ 0,01≈ 0,01
mmtoptop>50GeV >50GeV heute: m heute: mtoptop=(170,9=(170,9±±1,8)GeV1,8)GeV
QCDtdtbbtopBB
B
VVm
mmBfmX
2*5
22
32
42
2
2 topmX
Xr
![Page 34: Entdeckung der B - Oszillation mit ARGUS (1987). Überblick Kaonen B-Mesonen Experimenteller Aufbau Messung Auswertung Ausblick](https://reader036.vdokument.com/reader036/viewer/2022062623/55204d8649795902118d9e05/html5/thumbnails/34.jpg)
B-OszillationB-Oszillation
1/1/= 0,71= 0,71psps
m=0,507m=0,507±±0,005 ps0,005 ps-1-1
m m << nur geringer Effekt!nur geringer Effekt!
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BBss-Oszillationen-Oszillationen
Deutlich schnellere Deutlich schnellere
OszillationOszillation
mmss=(17,8=(17,8±±0,1)ps0,1)ps-1-1
Stimmt mit SM Stimmt mit SM
übereinüberein
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VergleichVergleich
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ZusammenfassungZusammenfassung
Argus:Argus:
Beobachtung der B-OszillationBeobachtung der B-Oszillation
Unerwartet große UmwandlungsrateUnerwartet große Umwandlungsrate
Untere Schranke für top-Quark MasseUntere Schranke für top-Quark Masse
Heute:Heute:
Suche nach „Neuer Physik“ bei BSuche nach „Neuer Physik“ bei Bss-Mesonen-Mesonen
Nicht gefunden!!! Nicht gefunden!!!
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ReferenzenReferenzen „„b-quark physics at Doris“ von Dietrich Wegenerb-quark physics at Doris“ von Dietrich Wegener „„Oszillation zwischen Teilchen und Antiteilchen bei B-Mesonen“ von Oszillation zwischen Teilchen und Antiteilchen bei B-Mesonen“ von
Walter Schmidt-ParzefallWalter Schmidt-Parzefall „„Observation of B Bbar Mixing“ von Albrecht et al. (Argus)Observation of B Bbar Mixing“ von Albrecht et al. (Argus) „„Argus: A universal detector at DorisII“ von Albrecht et al. (Argus)Argus: A universal detector at DorisII“ von Albrecht et al. (Argus) „„Advanced Particle Physics“ Skript von Prof. Schultz-CoulonAdvanced Particle Physics“ Skript von Prof. Schultz-Coulon „„Detektoren in der Kern- und Teilchenphysik“ Skript von Prof. Detektoren in der Kern- und Teilchenphysik“ Skript von Prof.
HerrmannHerrmann „„Observation BObservation Bss-B-Bssbar Oscillation“ von CDF-Collaborationbar Oscillation“ von CDF-Collaboration
http://pdg.lbl.gov/pdg.htmlhttp://pdg.lbl.gov/pdg.html