Содержание к диссертации
Введение 6
1 СР-нарушение в Стандартной Модели 9
1.0.1 Структура слабого заряженного тока 9
1.0.2 Параметризация СКМ матрицы 10
1.0.3 Условия, необходимые для СР-нарушения 13
1.0.4 Унитарные треугольники СКМ матрицы 14
1.0.5 Косвенное определение параметров унитарного треугольника 17
1.1 Нелептонные распады 1?-мезонов 19
1.1.1 Предварительные замечания 19
1.1.2 Классификация нелептонных распадов 20
1.1.3 Низкоэнергетические эффективные гамильтонианы 20
1.1.4 Эффекты электрослабых пингвинных вкладов 25
1.1.5 Факторизация адронных матричных элементов 26
1.2 Осцилляции нейтральных В-мезонов 28
1.2.1 Решение уравнения Шредингера 28
1.2.2 Параметры смешивания и ширины распадов 30
1.2.3 Определение Rt из AMd 31
1.2.4 СР-нарушающие асимметрии 32
1.3 Важнейшие для ?-фабрики моды распада 34
1.3.1 Распад В - • J/фК 34
1.3.2 Распад В- фК 36
1.3.3 Распад В - тпг 37
1.4 СР-Нарушение в распадах заряженных В-мезонов 40
1.4.1 Общие положения 40
1.4.2 Извлечение угла 7 из В - - D распадов 41
1.5 Измерение СР-нарушения на установках с е+е" встречными пучками з
2 Коллайдер КЕКВ и детектор Belle 47
2.1 Коллайдер КЕКВ 49
2.2 Детектор Belle 2.2.1 Трековая система 52
2.2.2 Калориметры детектора Belle 54
2.2.3 Идентификация частиц 59
2.2.4 Магнит детектора 66
2.3 Электромагнитный калориметр 68
2.3.1 Основные принципы калориметрии 68
2.3.2 Энергетическое разрешение 72
2.3.3 Пространственное разрешение 75
2.3.4 Неоднородность светосбора 75
2.3.5 Испытание прототипа калориметра на пучке фотонов 77
2.3.6 Установка ROKK-1M и система регистрации рассеянных электронов (СРРЭ) детектора КЕДР 77
2.3.7 Радиационная стойкость кристаллов 93
2.3.8 Мониторирование потерь частиц во время инжекции 96
2.4 Система сбора данных детектора 98
2.4.1 Триггер 98
2.4.2 Оцифровка аналоговой информации 99
2.4.3 Реконструкция событий 100
2.4.4 Моделирование 102
3 Измерение зависящей от времени СР асимметрии в распадах В° мезонов 103
3.1 Отбор событий для последующего анализа СР-нарушения 104
3.1.1 Отбор ВВ событий 104
3.1.2 Реконструкция J/гр, ip{2S) и Ха Ю5
3.1.3 Реконструкция Ks и К 0 106
3.1.4 Реконструкция г\с 108
3.2 Реконструкция В°-мезонов 109
3.3 В0 - • J/фКг, реконструкция 109
3.3.1 Поиск KL Ш
3.3.2 В - J/rpKL Реконструкция 112
3.3.3 Определение числа событий эффекта 114
3.4 Контрольные события 114
3.4.1 В0 распады с фиксированным ароматом 115 3.4.2 В± распады 118
3.5 Определение аромата В-мезона 118
3.5.1 Алгоритм тегирования аромата 120
3.5.2 Проверка процедуры тегирования аромата на экспериментальных данных 123
3.6 Метод максимума правдоподобия для измерения СР-нарушения 127
3.6.1 Реконструкция вершины распада В-мезонов 128
3.6.2 Функция разрешения для событий эффекта 130
3.6.3 Функция разрешения для событий фона 132
3.6.4 Отношение сигнал/фон 135
3.6.5 Функция правдоподобия для J/ipK °(- К%к°) 136
3.7 Результаты измерения СР-асимметрии 137
3.7.1 Систематические ошибки 137
3.7.2 Дополнительные проверки 141
3.7.3 Обсуждение результатов 143
4 Результаты анализа трехчастичных распадов В-мезонов 145
4.1 Распады В в трехчастичные конечные состояния 145
4.1.1 Распады В-мезонов в двухчастичные резонансные промежуточные состояния 147
4.1.2 Трехчастичные распады В для поиска СР-нарушения 149
4.1.3 Поиск "Новой" Физики 1 4.2 Первоначальный отбор ВВ событий 152
4.3 Реконструкция событий 1 4.3.1 Реконструкция заряженных треков 153
4.3.2 Идентификация частиц 153
4.3.3 Реконструкция К$ 154
4.3.4 Отбор кандидатов в распады В-мезонов 155
4.4 Фон событий континуума 157
4.4.1 Переменные, характеризующие топологию события 157
4.4.2 Фишер Дискриминант 158
4.5 Извлечение числа сигнальных событий в трехчастичных распадах 161
4.5.1 Распады на К+к+/к и К°к+к 162
4.5.2 Трехкаонные распады 164
4.5.3 Распады на K+K ir+, K°SK+TT- И K0SK°STT+ 169
4.5.4 Распады на К -к+-к+ и К+К+п 170
4.6 Получение вероятностей трехчастичных распадов 171 4.7 Проверка процедуры 173
4.8 Систематические ошибки 174
4.9 Обсуждение результатов 175
5 СР-нарушение в В° - K°SK+K 180
5.1 Изоспиновый анализ 181
5.2 СР-Разложение 183
5.3 Угол /? в распаде B°d -» К°5К+К 184
Заключение 187
Литература 1
Введение к работе
Нарушение СР симметрии, С и Р обозначают операторы зарядового сопряжения и пространственной инверсии, является одним из наиболее замечательных и фундаментальных явлений в физике частиц. Такое простое соображение и было аргументом в пользу СР сохранения в слабых взаимодействиях. Однако в 1964 году, после обнаружения распада долгоживущего нейтрального каона К\, — 7г+7Г , стало ясно, что слабые взаимодействия не инвариантны и относительно СР преобразования [1]. Сразу после открытия СР несохранения появился целый ряд моделей, пытавшихся объяснить данное явление. В вьщающейся статье, опубликованной в 1973 году, Кобаяши и Маскава показали, что СР нарушение может быть естественно введено в Стандартную Модель, если предположить наличие трех поколений квасков ( в 1973 году даже с-кварк еше не был открыт )[2]. Последующее открытие в 1974 году с-кварка, а затем и &-кварка послужило весомым подтверждением этой догадки.
Интересно, что из космологии тоже можно получить косвенную информацию о СР-нарушении. Одной из характерных особенностей нашей Вселенной является преобладание материи над антиматерией. Из наблюдаемого отношения количества баритонов к числу фотонов во Вселенной можно заключить, что несколько микросекунд после Большого Взрыва превышение материи над антиматерией было лишь на величину порядка Ю-10. Как впервые было отмечено Сахаровым [3], одним из условий появления баритонной асимметрии, в дополнение к несохранению барионного числа и требованию нестационарности Вселенной, является СР-нарушение во взаимодействии элементарных частиц [4]. Модельные вычисления, однако, указывают на то, что в Стандартной Модель величи на СР-нарушения слишком мала, чтобы объяснить наблюдаемую асимметрию 0(10-10) между материей и антиматерией [5]. Вполне возможно, что новая физика, лежащая в основе нарушения барионной симметрии, связана с очень малым масштабом расстояний и поэтому приводит к малым СР-нарушающим эффектам в электрослабых распадах. Поиск проявлений новой физики и составляет одну из задач современной экспериментальной физики частиц, а исследование СР-нарушения является существенной частью этих усилий.
Начиная с открытия в 1964 году, практически до настоящего времени, экспериментально доступным явление СР-нарушения было только в распадах нейтральных ка-онов. Новая эра в этих исследованиях наступила с началом работы так называемых Я-фабрик в СЛАКе и КЕКе [б, 7], которые были построены специально для изучения СР-нарушения в распадах В-мезонов. Особенно чистые условия для этого в распаде В-мезона в шармоний и короткоживущий нейтральный каон Вд — З/фКя,. Данная работа посвящена описанию первых результатов, полученных в эксперименте Belle на В-фабрике в КЕКе.
В настоящий момент эксперименты на В-фабриках находятся в начальной стадии, летом 2000 года BaBar (SLAC) и Belle (КЕК) коллаборации доложили их первые результаты, летом 2001 года оба эксперимента сообщили о первом, статистически значимом, наблюдении СР-нарушения в распадах нейтральных В-мезонов, и сегодня мы можем говорить о начале планомерного изучения разнообразных проявлений СР-нарушения в системе В-мезонов. Этому способствует непрерывный прогресс в параметрах обеих установок, в первую очередь в светимости.
В чем же причина, почему изучению СР-нарушения уделяется большое внимание? Ответ прост: обычно любые теоретические схемы, дополняющие Стандартную Модель, приводят к появлению новых источников СР-нарушения. Например, модели с расширенной суперсимметрией, лево-правой симметрией, с расширенным Хиггсовским сектором и множество других сценариев "новой" физики [8] предсказывают эффекты, влияющие на величину СР-нарушения в различных процессах. Более того, косвенные ограничения на эффекты СР-нарушения в распадах В-мезонов, следующие из СР-нарушения в ка-онах и величины В%-В% смешивания могут возникать и в сценариях "новой" физики, не приводящих к прямым источникам СР-нарушения, например, как это происходит в модели с "минимальным нарушением аромата" (MFV) [9, 10]. Поэтому детальное исследование СР-нарушения может дать указания на отклонения от Стандартной Модели или может быть полезным при выборе между различными вариантами "новой" физики в случае прямого обнаружения, скажем, суперсимметричиых частиц или других прямых проявлений нестандартной физики. В этой связи можно отметить, что недавнее обнаружение осцилляции нейтрино является прямым следствием эффектов, выходящих за рамки Стандартной Модели [11], что в свою очередь открывает возможность поиска в отдаленном будущем СР-нарушения в нейтринном секторе [12]. Данная работа организована следующим образом: после краткого введения в Главе 1 приводится обзор основных физических принципов, необходимых для описания СР-нарушения и слабых распадов ?-мезонов. Устройство и основные принципы работы 2?-фабрики и детектора Belle приведены в Главе 2. Более детально описан электромагнитный калориметр, поскольку новосибирская группа внесла значительный вклад в разработку и изготовление именно этой части детектора.
Результаты эксперимента по измерению зависящей от времени СР-асимметрии в распадах Б-мезона в шармоний и нейтральный каон представлены в Главе 3.
Глава 4 посвящена изучению распадов Б-мезонов в трехчастичные нешармованные конечные состояния, а Глава 5 - поиску СР-нарушения в распаде Б на К+К К%.
Перечень основных результатов, полученных в работе, представлен в Заключении.
