「フレーバー物理の新展開」研究会@大洗2010.2.23

p Tevatron as“Hadronic” B-factoryp SM、BSMに迫るユニークな実験場
p BSM直接探索やe+e- B-factoryと相補的

p あらゆるbハドロンが生成(B0, B+, Bs, Bc,Λb,∑b, etc…)

p e+e- B-factoryの約1000倍のbハドロン生成断面積p 但しQCD背景事象はその1000倍

p ルミノシティに応じたトリガーの改良がカギ

p 新粒子発見から精密測定まで、多種多様なプログラムp データ量増大中…まさに今が旬
三宅 秀樹

フレーバー物理の新展開@大洗 2010.2.23

2

p 本年度の成果より、かいつまんで…
p B中間子希少崩壊(崩壊分岐比、AFB)
p BàK(*)μμ, Bsàφμμ, B(s)àμμ

p CP非対称度測定(βs)
p BsàJ/ψφp bハドロン解析(質量、寿命、偏極度)
p Ωb, Y(1s)don’t cover…Bsàφφ, Λb and so on

http://www-cdf.fnal.gov/physics/new/bottom/bottom.html
三宅 秀樹

フレーバー物理の新展開@大洗 2010.2.23

3p

BR(B0àK*0μμ)=[1.06±0.14(stat)±0.09(syst)]×10-6BR(B+àK+μμ)=[0.38±0.05(stat)±0.03(syst)]×10-6BR(Bsàφμμ)=[1.44±0.33(stat)±0.46(syst)]×10-6bàsll FCNC

pp New Physicsに敏感
p

BR, AFB…

これまでに観測された中で最も希少なBs中間子崩壊の発見

BsàφμμB0àK*0μμ

B+àK+μμ

1st observation!
統計有意度~6σ5J/ΨvetoΨ’veto運動量移行の二乗(q2)の関数で崩壊率を見る
2

但し q =Mμμ2- より細密な理論構造の検証
6個のq2 binでそれぞれ崩壊率を測定(binの定義はBelleと同じ)

B0àK*μμSM allowed band

- SMと矛盾しない- B-factory実験とも矛盾せず、同等の感度を示す
B+àK+μμ

三宅 秀樹- BaBar, PRL102:091803 (2009)- Belle, PRL103:171801 (2009)

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6

μ-

B

μ+K+

F B0π-

B0àK*0μμ decay plane
Forward-Backward Asymmetry :比を取る事で、理論の不定性をキャンセル- BSMの影響を敏感に反映àBSM探索の有望なプローブ
Kμμの場合, AFB(Kμμ)~0三宅 秀樹

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FL: K* polarization

AFB: FB asymmetry

FL=1 for Kμμ- B-factory実験と矛盾せず、同等の感度を示す:
BaBar 384M BB, PRD79,031102(R) (2009) andBelle 657M BB, PRL103,171801(2009)

統計量の向上がカギ
à解析の改良を予定- SM及びBSMの一例とも矛盾しない- 三実験とも同様の傾向がみられており、非常に興味深い
三宅 秀樹

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8bp SMにおいて極めて強く抑制

sWμW

μA. J. Buras, arXiv:0904.4917v1bWp 様々なNPモデルがBRの亢進を予言

s

W

μb

H0/A0μp

特にMSSM large tanβ～BR∝(tanβ)6p

逆にNPモデルのパラメータ空間に対する強力な制限を与える~χ±sZμμüCurrent world’s best upper limit:
üBR(Bsàμμ)<4.7(5.8)x10-8
üBR(Bdà μμ)<1.5(1.8)x10-8 90(95)% C.L.
PRL 100,101802 (2008)

三宅 秀樹

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SES<SM prediction!

p 既に実験感度はSM予言値に到達(limitは背景事象で制限)
Dimuon massp NP事象が見え出す可能性

p 2010年度にSMの6倍、

üü
ü

à
à

三宅 秀樹

D0とのcombinationで4～5倍程度の分岐比測定を期待
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BB混合に誘起される、時間に依存したCPの破れ～same as B0àJ/ψKs

Bs中間子質量固有状態: BsL, BsH
質量差:
崩壊幅差:

CP非保存位相:A. Lenz and U. Nierste, JHEP 06, 072(2007)- φsNP はφsとβsの両方に寄与する

大きなCP位相の測定→NPの発見及びCP位相の決定

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CDF note 9458
(2.8fb-1)
PRL100,161802 (2008)(1.35fb-1)

SM p-value=7%
標準理論からのずれ: 1.8σ
三宅 秀樹

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DØ note 5928,
CDF note 9787

Combined
likelihood finds 2.1σ
deviation from SM

データ量を増やした解析が両実験で進行中…
乞うご期待
三宅 秀樹

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p Bottom spectroscopyはここ数年で急速に発展

2006 Σb(*)+ and Σb(*)p 2007 Ξbp 2008 Ωbp

p 発見から各種性質(質量、寿命…)の測定へ

三宅 秀樹

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pD0は18Ωb (15Ξb)事象を観測@1.3fb-1p

質量: 6165±10±13 (5774±11±15) MeV/c2
PRL101,232002 (PRL99,052001)

p

CDFは16Ωb (66Ξb)事象を観測@4.2fb-1
pp

質量: 6054.4±6.8±0.9 (5790.9±2.6±0.8) MeV/c2
寿命: 1.13+0.53-0.40±0.02 (1.56+0.27-0.25±0.02) ps
arXiv:0905.3123

ààppΞb mass: 一致Ωb mass: 不一致

Puzzle!

J/Ψ polarization

p 一次生成vector中間子偏極度測定
p NRQCDの検証 (color-octet model)p Ψ(nS)において、実験と不一致

PRL99,132001(2007)

p 重いbb系であるΥ(nS)でなら一致するかも?

α=+1: transverse
α=-1: longitudinal
三宅 秀樹Dimuon mass

フレーバー物理の新展開@大洗 2010.2.2318

CDF Public Note 9966

PRL101, 182004 (2008)

D0はΥ(1S)とΥ(2S)を用いて偏極度を測定@1.3fb-1
p 今回、CDFはΥ(1S)を2.9fb-1のデータで測定
ppp

NRQCDとの不一致
CDFとD0も不一致(…BG偏極度の問題?)

両実験共Υ(nS)及びΨ(nS)を測定し、結果を比較する予定
p D0からのJ/Ψ測定結果が間もなく出るそうです
p

三宅 秀樹

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p 現在CDFでは様々なボトム解析プログラムが遂行中
p 希少崩壊(崩壊分岐比, AFB)

p CP非対称度測定(βs)
p bハドロン解析(質量、寿命、偏極度)

p その特性を生かした、B-factory実験や直接探索実験と競合もしくは相補的な結果が多く出ている
p 2010年度において、統計の大幅な向上が期待される
p 2011年度データ取得が認可されれば、さらなる精度向上

20

三宅 秀樹フレーバー物理の新展開@大洗 2010.2.23

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Di-Muon• Conventional trigger
at hadron collider

1-Displaced track +lepton (e, m)• Wide mass range

120 mm < I.P.(trk) < 1mm

Sillicon Vertex Trigger: SVTPT(lepton) > 4 GeV• Online selection of displaced tracks using SVX• UNIQUE at hadron colliders

Semileptonic modes
2-Displaced tracks
PT(trk) > 2 GeV

Lxy ~ 1 mm

120 mm < I.P.(trk) < 1mm
Primary Vertex

B decay
Secondary Vertex

Impact Parameter ( ~100mm)
Level-2 SVT trigger

SpT > 5.5 GeV

fully hadronic modes

pbàs FCNCpPromising tool to search for new physics

Tree diagram is forbidden in the SM
p May occur via higher order loop diagrampp

NP could enhance the amplitude
pInterference with SM amplitude— Various observables are available— BR, K* polarization, and AFB

W-b

ucts b~ 0g,χχ-

Hucts b~~~uct

s b~dsb~~sγ,Zbuds

EW penguins

μμsb

W

uds udsμμWsuds

W box diagram

Rare decay : bàsll
üB+àK+μ+μ- : [0.52+0.08-0.07]×10-6 (HFAG)

üB0àK*0μ+μ- :[1.05+0.15-0.13 ]×10-6

ü

Bsà φμ+μ- :1.61×10-6 (C.Q.Geng and C.C.Liu, J.Phys.G29:1103-1118,2003)
üü(HFAG)

BR(Bsàφμμ)/BR(BsàJ/Ψφ)<2.3(2.6)×10-3 @90(95%) C.L. CDF 0.92fb-1<4.4×10-3 @95% C.L.
DØ 0.45fb-1

CDF updated the analysis with 4.4fb-1

BR
ü AFB
H.Miyakeü

KEKPH2010,Tsukuba, Feb.18th, 201024

ü

Relative BR : normalized BR by control channel (J/Ψh)
h=K,K*

Rare channel yield

Control channelyieldüReconstruction
efficiency

Absolute BR(x10-6)

BaBar (384M BB)

Belle (657M BB)

K+μμ 0.41+0.16-0.15(stat)±0.02(syst)
K*0 μμ 1.35+0.40-0.37(stat) ±0.10(syst)
0.39±0.07(stat)±0.02(syst)
Kll
1.11+0.19-0.18(stat)±0.07(syst)
K*ll
PRL102:091803 (2009)

CDF (4.4fb-1)

0.53+0.08-0.07 (stat)±0.03(syst) 0.38±0.05(stat)±0.03(syst)
1.06+0.19-0.14(stat) ±0.07(syst) 1.06±0.14(stat)±0.09(syst)
0.48+0.05-0.04(stat)±0.03(syst) Same as K+μμ
1.07+0.11-0.10(stat)±0.09(syst) Same as K*0μμ
PRL103:171801 (2009)

The best measurement for single final state!!
{Kπ, Ksπ, Kπ0}*{ee, μμ}{K, Ks}*{ee, μμ}FL: K* polarization

AFB: FB asymmetry

FL=1 for KμμFL: K* polarization

AFB: FB asymmetry- 1st and 2nd bin are merged (prior unblinding AFB and FL)

657M BB, PRL103:171801 (2009)

384M BB, PRD79,031102(R) (2009)

H. Miyake

HCP2009, Evian, France

28

mSUGRA, D. Toback,arXiv:0911.0880v1 (2009)

DØ expected@5fb-1

Expected
performance@8fb-1BR<1x10-8
Assumedanomalousmuon g-2

BR<2x10-8

SES<SM prediction!

p2010 (approved, ongoing : ~8fb -1)
ppp

CDF Expected limit: 2x10 -8@8fb-1 (6xSM)
Combined with DØà5xSM

2011 (proposal, likely 10fb -1)
pCombined limit ~O(10-8)

Strong constraint on NP
parameters :Could rule-out mSUGRA with
Tevatron combination at 10fb-1

Yield fit
N(Bs0)DØ ~ 2000
N(Bs0)CDF ~ 3200

Lifetime fit

βs=0, no flavor tag :τ(Bs0) = 1.53 ± 0.04 (stat) ± 0.01 (syst) psΔΓ = 0.02 ± 0.05 (stat) ± 0.01 (syst) ps-1
PRL 102, 032001 (2009)

τ(Bs0) = 1.487 ± 0.060 (stat) ± 0.028 (syst) psΔΓ = 0.085 +0.072
0.006th(syst)
KEKPH2010,Tsukuba,, 2010 ps-1
-0.078 (stat) ± Feb.18

30

time dependence terms

Present CDF result
doesn’t fully utilize dataÞ No particle ID in
Neural Network selection
Þ No SSKT after 1.3 fb-1

Beauty 200932

pCharm resonant decay channelpp

CDF observed resonant semileptonic decay channel: ΔbàXc(π)μν

First observation of ΔbàΔc+π-π+π-

PRD 79, 032001 (2009)848 signals@2.4fb-1
Relative BRp

Dominated by bàsss (same as BàφK(*))
p

BR is sensitive to NP due to the loop diagrampp

Previous result: (1.4+0.6-0.5±0.6)x10-5 by 8 signal@180pb-1

Various BR expectations
pp

QCDF: (2.18±0.1+3.04-1.78)x10-5
NPB774,64 (2007)
pQCD: (3.53+0.83-0.69+1.67-1.02)x10-5 PRD76,074018 (2007)

Control channel: J/Ψφpp

Updated by 2.9fb-1 from 180pb-1~significant improvement
BR: Consistent with SMNext step: Polarization measurement34