Analysis of the decay Bs → J/ψ φ Tomáš Jakoubek IoP ASCR, FNSPE CTU, CERN
[email protected]
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok 18. 01. 2013
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
1/21
Úvod Time-dependent angular analysis of the decay Bs → J/ψ φ and extraction of ∆Γs and the CP -violating weak phase φs by ATLAS (arXiv:1208.0572 [hep-ex])
Motivace
Použitá data
Maximum likelihood fit
Testy a systematika
Výsledky
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
2/21
Motivace
Očekává se, že kanál Bs → J/ψ φ bude citlivý na případné narušení CP za hranicema Standardního Modelu (SM) CP narušení díky/kvůli interferenci mezi přímými rozpady a rozpady z oscilací Bs – Bs, jejichž frekvence je charakterizována ∆ms mezi BH a BL vlastními stavy a fází φs
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
3/21
Motivace
Bez narušení CP by BH odpovídaly přesně CP-lichým a BL CP-sudým stavům Ve SM je fáze φs malá a může být vztažena k CKM matici; pak φs = 0.0368 ± 0.0018 rad Modely za SM předpovídají větší φs a to i při splnění všech podmínek, včetně již přesně změřené ∆ms (CDF a LHCb, různé kanály) U veličiny ∆Γs není případný rozdíl oproti SM nijak velký
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
4/21
Použitá data
7 TeV pp z roku 2011, celkem cca 4.9 fb-1 Kompletně rekonstruvaný rozpad Bs → J/ψ (μ-μ+) φ (K-K+) Triggery založeny na indentifikaci J/ψ → μ-μ+, buď mu4mu4 nebo asymetricky 4-10 GeV pro tvrdší mion a < 4 GeV pro měkčí MC: signál 12 M Bs →J/ψ φ s PYTHIÍ vyladěnou dosavadními ATLAS daty, potom GEANT4 a převážení simulovaných dat podle triggerů (které se během nabírání měnily); pozadí: bb → J/ψ X
B0 → J/ψ K0* pp → J/ψ X
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
5/21
Výběr kandidátů
Event:
Di-mion (J/ψ kandidát)
Alespoň jeden Primární Vertex (PV) “vyrobený” minimálně ze 4 drah Alespoň jeden opačně nabitý mionový pár, kde miony jsou “Combined” (nicméně parametry vzaty z ID) Vertex dimionu χ2/n.d.o.f. < 10 Kvůli různému rozlišení detektoru byli J/ψ kandidáti rozděleni do tří skupin podle pseudorapidity mionů
Oba miony |η| < 1.05: di-mion (2959 − 3229) MeV
Jeden mion 1.05 < |η| < 2.5 a druhý |η| < 1.05: (2913−3273) MeV
Oba miony 1.05 < |η| < 2.5: (2852 − 3332) MeV
Di-kaon (φ kandidát) Všechny páry opačně nabitých ne-mionových drah s pT > 0.5 GeV a |η| < 2.5
1008.5 MeV < m(K-K+) < 1030.5 MeV
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
6/21
Výběr kandidátů
Bs kandidát
Všechny 4 dráhy: nPixel > 0 a nSCT > 3 Vertex χ2/n.d.o.f. < 3 5150 MeV < m(Bs kand.) < 5650 MeV
Celkem 131 k Bs kandidátů Pro další fit použita PDG hmotnost J/ψ Pro každého Bs kandidáta refitován PV (bez použití vybraných 4 drah) a spočítána vlastní doba života L xy m PDG (B s ) t = p Τ (B s )
Průměrně 5.6 PV/event – správné přiřazení PV hrálo velkou roli; použil se PV s nejmenší 3D vzdáleností pT(Bs) od daného PV; MC studie ukázaly, že chyba je < 1 %
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
7/21
Maximum likelihood fit
Nebinovaný ML fit, funkce definovaná jako kombinace PDF (probability density function)
0
0
B ... specifické B pozadí bkg... ostatní pozadí Celkem 27 volných parametrů Signal PDF
s... signal
Diferenciální četnost rozpadů (bez detektorových efektů)
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
8/21
Signál
Příspěvek CP-lichého Bs→J/ψ K-K+ (f0) přidá další 4 členy (k=7-10)
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
9/21
Signál
Při analýze nebylo použito tagování – každé Bs má stejnou šanci být anti/částicí Velké zjednodušení časově závislých amplitud, viz tabulka AT(t) – CP-liché stavy, A0(t) a A||(t) – CP-sudé stavy; normalizace na 1 “Acceptance maps” - zahrnují úhlové vlastnosti detektoru v závislosti na 4 proměnných (3 úhly a pT), mapy jsou binnované, použité event-by-event Fit hmotnosti Gaussem rozostřeným event-by-event hmotnostím rozlišením se škálovacím faktorem (stejně tak u fitu doby života)
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
10/21
Pozadí
Specifické pozadí (B0 → J/ψ K0* a B0 → J/ψ K+π-, kde pion je mylně identifikován jako kaon) – tyto eventy jsou mylně identifikovány jako Bs a tudíž mají špatnou hmotnost; zastoupení tohoto pozadí je ve fitu fixováno podle PDG Hmotnost – polynom prvního stupně Doba života – “prompt” pík + 2 pozitivní exponenciály + 1 negativní exponenciála, to celé opět rozmazáno event-by-event Úhlové závislosti detektoru určeny empiricky
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
11/21
Systematické nepřesnosti
ID alignment: vliv na přesnost Lxy, PV, porovnání s MC, max. nepřesnost 10 μm Úhlové pokrytí: určeno z binovaného fitu MC, crosscheck s různou velikostí binu Účinnost triggeru: viz další slide Fit model: použití pseudoexperimentů s různým nastavením parametrů a porovnání s defaultním nastavením; 2x Gauss na hmotnost, exponenciální pozadí, 2 škálovací faktory místo jednoho, alternativní úhly v pozadí (bez korelace) 0
0*
Kontaminace B → J/ψ K : změna frakce o ± 1σ
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
12/21
Časová závislost účinnosti mionového triggeru
Ukázalo se, že mu trigger posouvá impact parametr k nižším hodnotám, doba života posunuta o 0.013 ± 0.004 ps Byla určena účinnost triggeru pomocí naměřených dat a MC a eventy pak byly převáženy
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
13/21
Stabilita fitu - MC
MC data: 16M signálních eventů, ploché úhly Rekonstrukce a selekce rozdělena do jednotlivých kroků, pokaždé mass-lifetime fit V rámci statistické přesnosti vše konzistentní s generovanou hodnotou Γs = 0.652 ps-1
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
14/21
Stabilita fitu - data
Stabilní v rámci statistických chyb
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
15/21
Výsledky
Počet signálních eventů 22690 ± 160 (z 131000 kandidátů celkem)
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
16/21
Výsledky
Zelený pás – teoretická předpověď CP-narušení způsobeného mixováním stavů
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
17/21
Porovnání s ostatními experimenty
Parametr ∆Γs
Fit úhlů, ATLAS vs. LHCb
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
18/21
Závěr, shrnutí
S použitím 4.9 fb-1 7 TeV pp srážek byly změřeny hlavní parametry popisující CP-narušení Všechna meření jsou konzistentní se světovým průměrem Zlepšení dosavadních výsledků...
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
19/21
BACKUP
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
20/21
Definice úhlů
Workshop EJČF 2013, Bílý Potok
T. Jakoubek: Analysis of the decay Bs → J/ψ φ
18. 01. 2013
21/21
