CP-Verletzung - Institut für Experimentelle Kernphysik

Verletzende
Verletzte
Schönheit
Michael Feindt
Antrittsvorlesung
Universität Karlsruhe
17. Juni 1998
http://wwwinfo.cern.ch/~feindt
Elementare Bausteine
der Materie
Atom
schwerer Kern,
leichtes Elektron
Kern
Protonen,
Neutronen
Nukleon
3 Quarks
Meson
Quark und
Antiquark
Quarks
Quarks
Leptonen
Leptonen
uu
cc tt
ee µµ ττ
dd
ss
ννee ννµµ ννττ
bb
AntiAnti
AntiQuarks
Anti--Quarks
AntiAnti
AntiLeptonen
Anti--Leptonen
uu
cc tt
ee µµ ττ
dd
ss
ννee ννµµ ννττ
bb
Quark-Massen
up,down:
Bestandteile der
stabilen Materie (p,n)
GeV 1000
100
m(W)
strange (seltsam):
K-Mesonen,Λ−Baryonen
10
1
Λ (QCD)
0.1
0.01
0.001
d
u
s
c
b
t
Quark Flavour
charm (charmant):
J/ψ(1974), D-Mesonen
beauty (schön):
Y(1977), B-Mesonen
top (spitze):
(1995 CDF), keine
gebundenen Zustände
Verletzend oder verletzt?
Schönheit:
Mesonen, die ein b-Quark enthalten.
1.Teil:
Verletzte Schönheit:
Teilchen - Antiteilchen- Oszillationen:
Aus schönen B0-Mesonen können
anti-schöne Anti-B0-Mesonen werden
und umgekehrt.
(Das b-Quark hat Schönheit -1)
2.Teil:
Verletzende Schönheit:
B-Mesonen können eine wichtige Symmetrie,
die sogenannte CP-Symmetrie, verletzen.
Mesonen sind gebundene Zustände aus
Quark und Antiquark. Die Grundzustände
(pseudoskalare Mesonen) sind:
dd
uu
ss
cc
bb
d
π0 , η
π+
K0
D+
B0
u
π−
π0 , η
K−
D0
B+
s
K0
K+
η, η'
Ds
Bs
c
D−
D0
Ds
ηc
B c+
b
B0
B−
Bs
B c−
ηb
Ladungskonjugation C vertauscht
Teilchen und Antiteilchen
total neutrale
Mesonen sind
Eigenzustände
vom Operator C
C( ηc ) = ηc
Eigenzustand
dd
uu
ss
cc
bb
d
π0 , η
π+
K0
D+
B0
u
π−
π0 , η
K−
D0
B+
s
K0
K+
η, η'
Ds
Bs
c
D−
D0
Ds
ηc
B c+
b
B0
B−
Bs
B c−
ηb
Erhaltung der elektrischen Ladung
verbietet Übergänge
von + nach -
C( π − ) = π + :
kein Eigenzustand von C
dd
uu
ss
cc
bb
d
π0 , η
π+
K0
D+
B0
u
π−
π0 , η
K−
D0
B+
s
K0
K+
η, η'
Ds
Bs
c
D−
D0
Ds
ηc
B c+
b
B0
B−
Bs
B c−
ηb
C(B 0 ) = B 0 :
k ein E ig en zu sta n d v o n C
dd
uu
ss
cc
bb
d
π0 , η
π+
K0
D+
B0
u
π−
π0 , η
K−
D0
B+
s
K0
K+
η, η'
Ds
Bs
c
D−
D0
Ds
ηc
B c+
b
B0
B−
Bs
B c−
ηb
B 0 → B 0 erlaubt
Erhaltung der
ladungsartigen
Quantenzahlen
S,C und B kann
jedoch durch
schwache
Wechselwirkung
verletzt werden.
Kopplung zwischen
Teilchen und
Antiteilchen
möglich
Quarks
Quarks bilden
bilden 33 Familien
Familien mit
mit je
je 22 Zuständen:
Zuständen:
schwacher
schwacher Isospin
Isospin IIzz== +1/2,
+1/2, -1/2
-1/2
elektrische
elektrische Ladung:
Ladung: +2/3,
+2/3, -1/3
-1/3
 u
 
 d
 c
 
 s
Übergänge
Übergänge zwischen
zwischen
IIzz== +1/2
+1/2 und
und -1/2
-1/2
durch
durch Emission
Emission oder
oder
Absorption
Absorption von
von W-Bosonen
W-Bosonen
 t
 
 b
u
d
W
W-Emission
W-Emission hauptsächlich
hauptsächlich innerhalb
innerhalb einer
einer
Familie,
Familie, aber
aber auch
auch Sprünge
Sprünge über
über eine
eine oder
oder
zwei
zwei Familiengrenzen
Familiengrenzen erlaubt:
erlaubt:
 u
 c
 t  parametrisiert
durch
 
 

 parametrisiert durch
Cabibbo-Kobayashi 
 

 Cabibbo-Kobayashi 
 

 MaskawaMaskawa- Matrix
Matrix
 d
 s
 b 
A = q + 1/ 2 γ µ (1 − γ 5 ) VCMK q − 1/ 2
Die CKM- Matrix
Semileptonische K-Zerfälle
charmlose B-Zerfälle
Nuklearer βb-Zerfall
Charm-Produktion
 Vud
in Neutrino-Reaktionen

VCKM =  Vcd

 Vtd
Vus
Vcs
Vts
semileptonische
B-Zerfälle
Vub 

Vcb 

Vtb 
BB-Mixing
BB-Mixing
elektromagnetische
B-Pinguin-Zerfälle
Semileptonische D- Zerfälle
Schwache
Schwache Wechselwirkung
Wechselwirkung 2.
2. Ordnung
Ordnung
erlaubt
erlaubt Kopplung
Kopplung zwischen
zwischen neutralen
neutralen
Teilchen
Teilchen und
und Antiteilchen
Antiteilchen (Box-Diagramme).
(Box-Diagramme).
b
Für
Für massenentartete
massenentartete
Familien
Familien verschwindet
verschwindet
die
die kohärente
kohärente Summe
Summe
(GIM-Mechanismus).
(GIM-Mechanismus).
Wegen
Wegen hoher
hoher Masse
Masse
des
des top-Quarks
top-Quarks bleibt
bleibt
jedoch
jedoch endlicher
endlicher Beitrag.
Beitrag.
B0
u , c, t
W
d
B0
W
d
u , c, t
b
b
W
d
u , c, t
B
B0
0
u , c, t
d
W
b
Analogie:
Gekoppelte
Wellenfunktion
Wellenfunktion
Schwingungen
ψ ∝ exp( imt ) exp( − Γ / 2t )
Masse
Masse==Schwingungsfrequenz
Schwingungsfrequenz
Breite
Breite==exponentieller
exponentiellerAbfall
Abfall(Zerfälle)
(Zerfälle)
B
0
B
b
0
uc
, ,t
d
uc
, ,t
Durch
DurchKopplung
Kopplungkann
kannSchwingungsenergie
Schwingungsenergie
von
einem
Pendel
zum
anderen
von einem Pendel zum anderenübergehen:
übergehen:
=>zeitabhängige
Schwebung
=>zeitabhängige Schwebung
B+ = B0 + B0 und B- = B0 − B0
d
sind
sindstationäre
stationäreZustände.
Zustände.
∆m ∝ Schwebungsfrequenz
Schwebungsfrequenz
0
B
W W
B
0
b
Simulation ===>
Shortcut to KarLOS.html.lnk
B-Physik Experimente
-- weltweit
Fermilab Cornell
DESY
KEK
SLAC
CERN
B-Erzeugung in e+e- Annihilationen
Z → bb (21%)
0
Wirkungsquerschnitt
1µ
µb
b → (B0 , B+ , Bs , Λ b )
+ Jet
100 nb
10 nb
Υ(4S) → B B (50%)
+
−
0
0
B B (50%)
B B - Schwelle
1 nb
100 pb
10 pb
1 pb
100 fb
BB − Schwelle
10 fb
1 fb
1
10
100
1000
Schwerpunkts-Energie/GeV
Symmetrische Y(4S) e+e- Collider
••ARGUS
ARGUS(DESY)
(DESY)
und
undCLEO
CLEO(Cornell):
(Cornell):
••Datennahme
Datennahmeseit
seit1979
1979
••CLEO
CLEOwird
wirdweiterhin
weiterhin
modernisiert
modernisiertund
undbekommt
bekommt
höhere
höhereLuminosität
Luminosität
••sehr
sehrviele
vieledetaillierte
detaillierte
Untersuchungen
Untersuchungenvon
von
B-Mesonen
B-Mesonen
Cornell
DESY
Fermilab
KEK
SLAC
CERN
••22B-Mesonen,
B-Mesonen,fast
fastin
inRuhe
Ruhe
••Zerfallsteilchen
Zerfallsteilchenbeider
beiderBs
Bs
nicht
nichtunterscheidbar
unterscheidbar
••keine
keineMessung
Messungder
der
Zerfallszeit
Zerfallszeitmöglich
möglich
Erste Evidenz für
B-B Mischung
ARGUS
ARGUS1987:
1987:
Schubert
µ + (aus B0 − Zerfall)
µ + (aus B 0 − Zerfall )
Y(4S)Y(4S)Zerfälle
Zerfällemit
mit22gleich
gleich
geladenen
geladenenLeptonen
Leptonen
17% aller B 0
zerfallen als B 0
( und umgekehrt)
DESY
Fermilab Cornell
KEK
SLAC
Erster
Erster Hinweis
Hinweis auf
auf
ein
ein schweres
schweres top-Quark
top-Quark
CERN
Z0 e+e- Collider
••e+ee+e-Kollisionen
Kollisionenbei
beihohen
hohen
Energien
Energien
(Z-Resonanz,
(Z-Resonanz,91
91GeV)
GeV)
••LEP
LEPam
amCERN:
CERN:27km
27km
••44große
großeDetektoren:
Detektoren:ALEPH,
ALEPH,
DELPHI,
DELPHI,L3,
L3,OPAL
OPAL
••SLD
SLDam
amLinearcollider
LinearcolliderSLC
SLC
••sehr
sehrviele
vieledetaillierte
detaillierte
Untersuchungen
Untersuchungenvon
von
B-Hadronen,
B-Hadronen,komplementär
komplementär
zu
zuY(4S)
Y(4S)
Cornell
Fermilab
DESY
KEK
SLAC
CERN
••22B-Hadronen
B-Hadronenmit
mitPP~~30
30GeV
GeVin
inb-Jets
b-Jets
••separierbare
separierbareSekundärvertices
Sekundärvertices
••Lebensdauer
Lebensdauerund
undZeitabhängigkeit
Zeitabhängigkeit
der
derTeilchen-Antiteilchen-Oszillation
Teilchen-Antiteilchen-Oszillationmeßbar
meßbar
Das Forschungslabor
CERN bei Genf
CERN und LEP von oben
CERN
--Daten
CERN-Daten
gegründet1957
1957
CERN
Daten:: gegründet
ca.
ca.3000
3000Angestellte
Angestellte(davon
(davon44Nobelpreisträger)
Nobelpreisträger)und
und6000
6000Gäste
Gäste
(incl.
(incl.Nobelpreisträger)
Nobelpreisträger)aus
aus 500
500Instituten
Institutender
derganzen
ganzenWelt
Welt
Jahresbudget
Jahresbudgetca.
ca.1.000.000.000
1.000.000.000CHF
CHF
Stromverbrauch
Stromverbrauchca.
ca.1.000.000
1.000.000MWh/
MWh/Jahr
Jahr (40%
(40%vom
vomKanton
Kanton
Genf)
Genf)
LEP-Tunnel
LEP-Tunnelund
undMaschine
Maschine1.300.000.000
1.300.000.000CHF
CHF(über
(über10
10Jahre)
Jahre)
LEPLEP-Bauzeit
Bauzeit77Jahre
Jahre
Operation
Operationvoraussichtlich
voraussichtlich12
12Jahre
Jahre((1989
1989-- 2000
2000))
44LEP-Experimente
LEP-Experimente480.000.000
480.000.000CHF
CHF
Zukunftsprojekt
ZukunftsprojektLHC
LHCim
imLEP
LEPTunnel,
Tunnel,Betrieb
Betriebab
abca.
ca.2005
2005
Zugang zum DELPHI Experiment
100 Meter tiefer: DELPHI
Blick in den Tunnel: 27 km
Magnete und Kavitäten
de Boer, M.F.,
Fries, H.Müller
Die Komponenten des
DELPHI-Detektors
DELPHI--Daten:
Daten
ca. 550 beteiligte Physiker
größter supraleitender Magnet der Welt: Durchmesser 6.2m,
7.4 m lang, Magnetfeld B=1.2 T, Strom I=5000 A
Detektordurchmesser 10 m
Gewicht 3200 t (ca. 50% des Eiffelturms)
totale Kabellänge:1100 km
Auflösung des Vertexdetektors: 7 µm ( < 1/1.000.000 der
Detektorabmessungen)
191 Veröffentlichungen (Stand Juni 1998)
2-Jet-Ereignis in DELPHI
Quarks
Quarkssind
sindnicht
nichtfrei
freibeobachtbar.
beobachtbar.
Beobachtet
Beobachtetwerden
werdenvon
vonihnen
ihnen
erzeugte
Teilchenbündel
erzeugte Teilchenbündel(Jets)
(Jets)
Der DELPHI- SiliziumVertexdetektor
σ ≈ 7µm
Lebensdauer
Lebensdauer
von
vonb-Hadronen
b-Hadronen
(ca.
(ca.1.5
1.5ps)
ps)führt
führt
zu
zubeobachtbarer
beobachtbarer
Zerfallslänge
Zerfallslänge
B-Zerfalls-Vertex
B-Zerfalls-Vertex
Haupt-Vertex
Haupt-Vertex
B-Zerfalls-Vertex
B-Zerfalls-Vertex
Teilchenidentifikation
in DELPHI
Spezifischer
SpezifischerEnergieverlust
Energieverlust
in
inder
derZeit-Projektions-Kammer
Zeit-Projektions-Kammer
Ring-imaging
Ring-imagingCerenkov-Counter:
Cerenkov-Counter:
Photonenabstrahlung
Photonenabstrahlungbei
bei
Überlichtgeschwindigkeit
Überlichtgeschwindigkeit
im
imMedium
Medium
B-Oszillationsanalysen
Benötige
Benötige
••B-Meson-Anreicherung
Möglichst
B-Meson-Anreicherung
Möglichsthohe
hoheReinheit
Reinheit
••Klassifizierung
Klassifizierung
Möglichst
Möglichstgroße
großeEffizienz
Effizienz
oszilliert
nicht
oszilliert
oszilliert - nicht oszilliert
••Zerfallslängenmessung
Zerfallslängenmessung Lebensdauer
Lebensdauer
••Energiemessung
Energiemessung
Möglichst
Möglichstgute
guteAuflösung
Auflösung
Verknüpfung (2) mit B0mixing.lnk
B0-Oszillations-Resultate
∆md = 0.472 ± 0.018 ps -1
Bs-Oszillations-Resultate
Daten
Daten konsistent
konsistent mit
mit sehr
sehr schneller
schneller Oszillation.
Oszillation.
Frequenz
Frequenz bisher
bisher nicht
nicht auflösbar.
auflösbar. Resultat:
Resultat:
Untere
Untere Grenze
Grenze für
für Massendifferenz:
Massendifferenz:
∆ms > 10.2 ps -1 bei 95% c.l.
Γs > ∆m ≈ ΓS
∆Γ sehr gross
K-und B-Mischung
im Energie-Raum
Breit-Wigner-Resonanzkurven
Breit-Wigner-Resonanzkurven
∆m >
∆Γ
K0
∆m ≈
Γ
<≈ 20%
Bs
Γ
∆Γ klein
B
0
D 0 − D 0 − Mischung :
∆m sehr klein. Kurven
ununterscheidbar
FEHLER
ES IST EIN IRREPARABLER
FEHLER AUFGETRETEN.
CODE 033-XX-983/3**334240@.
RUFEN SIE DIE HOTLINE UNTER
001-353-9348546-23345 AN.
######
## ### ### ############
###### ###########.
#### ###-##-###/#**#######.
##### ### ### ####### #####
###-###-#######-##### ##.
DISKRETE SYMMETRIEN
C:
ηψ
C:Ladungskonjugation
LadungskonjugationTeilchen
Teilchen>>Antiteilchen
>>Antiteilchen CCψψ==ηψ,
ηψ,
η=1,−−11
ηψ,,η=1,
P:
rechts
PPψψ==ηψ,
ηψ
P:Parität
Parität
rechts >>
>>links
links
ηψ,
η=1,−−11
ηψ,,η=1,
T:
vorwärts
ηψ
T:Zeitumkehr
Zeitumkehr
vorwärts>>
>>rückwärts
rückwärts TTψψ==ηψ,
ηψ,
η=1,−−11
ηψ,,η=1,
CPT-Theorem: in allen Feldtheorien gilt:
|ψ∗ψ|
|ψ∗ψ|((Teilchen
Teilchenim
imRechtssystem
Rechtssystemmit
mitnormaler
normalerZeitrichtung)
Zeitrichtung)==
|ψ∗ψ|
|ψ∗ψ|((Antiteilchen
Antiteilchenim
imLinkssystem
Linkssystemmit
mitumgekehrter
umgekehrterZeitrichtung)
Zeitrichtung)
Schwache Wechselwirkung (Experiment von Wu et al. 1957):
Paritätsverletzung
Paritätsverletzung::PPψψ∗ψ
∗ψ ((Rechtssystem)
Rechtssystem)=/=
=/=ψ∗ψ
ψ∗ψ(Linkssystem)
(Linkssystem)
außerdem
:
C
ψ
∗ψ
(
Teilchen)
=/=
ψ∗ψ
(Antiteilchen)
außerdem :
Cψ∗ψ (Teilchen)
=/= ψ∗ψ(Antiteilchen)
aber CP ist erhalten:
|ψ∗ψ|
|ψ∗ψ|((Teilchen
Teilchenim
imRechtssystem)
Rechtssystem)==
|ψ∗ψ|
|ψ∗ψ|((Antiteilchen
Antiteilchenim
imLinkssystem)
Linkssystem)
ParitätsSpiegel
tt
h
h
c
iic
n
n
tt
r
r
e
iie
t
t
s
i
s
EExxi
iigg
l
l
l
l
ö
vvö
)
t
)
s
t
aas ltt
f
(
f
(
sstt pppeel
i
i
r
ooddeer ennttkkoop
e
Linksdrehendes
Linksdrehendes Neutrino
Neutrino
Rechtsdrehendes
Rechtsdrehendes Neutrino
Neutrino
LadungskonjugationsSpiegel
tt
h
h
c
iic
n
n
tt
r
r
e
i
e
i
t
t
s
iis
x
x
EE
)
t
)
t
s
s
a
ffa eelltt
(
(
t
sst opppp
i
i
r
r
ooddee eennttkko
g
i
g
l
i
l
l
l
ö
vvö
Linksdrehendes
Linksdrehendes Neutrino
Neutrino Linksdrehendes
Linksdrehendes Antineutrino
Antineutrino
CP-Spiegel
n
e
t
n
l
e
a
t
l
h
a
r
h
e
r
PP e
C
C
…
t
r
…
eexxiissttiieert
Linksdrehendes
Linksdrehendes Neutrino
Neutrino
Rechtsdrehendes
Rechtsdrehendes Antineutrino
Antineutrino
CP im K0-System
Erwarte :
CP +
1
CP +
K =
( K 0 + K 0 ) → 2π
2
1
CP −
CP −
0
0
0
KL =
( K − K ) → 3π
2
0
S
Christensen et al 1964:
K 0L kann auch in 2π zerfallen
Im
-System ist
ImK0
K0-System
istCP
CPnicht
nichtexakt
exakterhalten!
erhalten!
Es
-Verletzung
Esgibt
gibteine
einekleine
kleineCP
CP-Verletzung
(0.3%
(0.3%Effekt)
Effekt)
CP-Verletzung und
die Entwicklung
des Universums
CP-Verletzung
CP-Verletzung notwendig
notwendig
(aber
(aber nicht
nicht hinreichend)
hinreichend)
für
für die
die Entwicklung
Entwicklung des
des
heutigen
heutigen Universums
Universums
(nur
(nur Materie,
Materie,
keine
keine Antimaterie)
Antimaterie)
aus
aus einem
einem ursprünglich
ursprünglich
symmetrischen
symmetrischen Zustand.
Zustand.
StandardmodellStandardmodellMechanismus
Mechanismus ausreichend?
ausreichend?
3 Arten von CP-Verletzung:
indirekt -- direkt -- Mixing-induziert
Masseneigenzustände sind nicht
exakt CP-Eigenzustände:
K S0 ∝ (1 + ε )K 0 + ( 1 − ε ) K 0
ε = 2.3 ⋅ 10 −3
3 Arten von CP-Verletzung:
indirekt -- direkt -- Mixing-induziert
CP-Verletzung direkt in der Zerfallsamplitude:
z.B. durch Interferenz von
Baum-Graph
und
reell
reell
g,Z,γγ
s
c
b
c
komplex
komplex
c
W
Pinguin-Graph.
b
c
u,c,t
s
W
Keine Zeitabhängigkeit, kann auch im B+ Zerfall auftreten
Bisher keine klare experimentelle Evidenz, auch nicht im K-System
Zukunft: NA48 (CERN) Blümer
, KLOE (Frascati) Kluge
3 Arten von CP-Verletzung:
indirekt -- direkt -- Mixing-induziert
CP-Verletzung
CP-Verletzung durch
durch Interferenz
Interferenz von
von gemischten
gemischten
und
und ungemischten
ungemischten B-Zerfällen
B-Zerfällen in
in denselben
denselben Endzustand
Endzustand ::
J/ψ
B0
reell
reell
K0
K S0
J/ψ
B0
B0
K
Phase
Phase
vom
vom B-Mixing
B-Mixing
0
K S0
CP-Verletzung im Standardmodell:
Phase in der CKM-Matrix
Im
Im Standardmodell
Standardmodell mit
mit 33 Familien
Familien muss
muss V
V unitär
unitär sein.
sein.
Unitäre
Unitäre 3x3
3x3 Matrix
Matrix wird
wird durch
durch drei
drei reelle
reelle
Parameter
Parameter und
und eine
eine Phase
Phase definiert.
definiert.
(Wolfenstein-Parametrisierung)
(Wolfenstein-Parametrisierung)
VCKM
 1 − λ2 / 2
λ
Aλ 3 ( ρ - iη )

1 − λ2 / 2
=
-λ
Aλ2
 Aλ3 ( 1 − ρ − iη ) − Aλ2
1






T
:
V
(
*)
V
V
=1
Unitarität
von
Unitarität von CKM
*
⇒ Vud
Vub + Vcd* Vcb + Vtd* Vtb = 0
⇒ (ρ + iη) + 1 + (1 − (ρ + iη)) = 0
geometrisch:Dreieck in komplexer Ebene:
iη
η
A
α
C
0
γ
β
1
B
ρ
Das Unitaritätsdreieck
heute
Messung
Messung der
der Seiten
Seiten aus
aus
B-Oszillationen,
B-Oszillationen,
b-->ub-->u- Zerfällen
Zerfällen und
und
CP-Zerletzung
CP-Zerletzung im
im K-System
K-System
Die Winkel alpha und
beta heute
Annahme:
Standardmodell
ist korrekt
CP-Verletzungs-Experimente erlauben die
Messung der Winkel des Unitaritätsdreiecks.
Beispiele:
sin
sin22ββ
aus
B 0 → J / ψ K 0s
sin
sin22αα
aus
B0 → π+π−
plus viele weitere Reaktionen...
Ziel:
Überbestimmen des Unitaritätsdreiecks
durch Messung der Seiten und Winkel
erlaubt stringenten Test des Standardmodells
und vielleicht Evidenz für neue Physik
Winkelmessung im
Unitaritätsdreieck
Verknüpfung (2) mit CPviol.lnk
Amplitude = sin 2β
HERA-b (DESY,Hamburg)
Fixed-Target-Experiment
Fixed-Target-Experiment
44Drähte
Drähteim
imHalo
Halodes
desHERA-Protonenstrahls
HERA-Protonenstrahls
DESY
Fermilab Cornell
KEK
SLAC
CERN
Asymmetrische Y(4S)Maschinen (SLAC und KEK)
Energie
Energiedes
desPositronenstrahls
Positronenstrahlshöher
höherals
alsdie
diedes
desElektronenstrahls
Elektronenstrahls
==>
==>Lorentz-Boost
Lorentz-Boostdes
desY(4S)
Y(4S)und
undder
derZerfalls-B-Mesonen
Zerfalls-B-Mesonen
Start der Zeitmessung
•Y(4S)
•Y(4S)Zerfall
Zerfallkohärent.
kohärent.
•Zeitnullpunkt
•Zeitnullpunktwird
wirddurch
durch
Zerfall
des
tag-B-Mesons
Zerfall des tag-B-Mesonsdefiniert
definiert
Ende der Zeitmessung
Fermilab Cornell
DESY
KEK
==>
==>Rekonstruktion
Rekonstruktionvon
vonZerfallsvertices
Zerfallsvertices
und
unddamit
damitMessung
Messungvon
vonZerfallszeiten
Zerfallszeiten
möglich
möglich
SLAC
CERN
Der
Detektor
DIRC:
DIRC:dünner
dünnerQuartz-Cerenkov-Detektor,
Quartz-Cerenkov-Detektor,
Photonen
Photonenwerden
werdendurch
durchTotalreflexion
Totalreflexion
aus
ausdem
demDetektor
Detektorgeleitet.
geleitet.
Fermilab Cornell
DESY
KEK
SLAC
Lorentz-boost
Lorentz-boostsichtbar
sichtbar
CERN
Der BELLE-Detektor
B 0 → J / ψ K S0 - Ereignis,
mit Lepton - Markierung
(Monte - Carlo Simulation )
other
otherBB
other
otherBB
other
otherB,
B,
Fermilab Cornell
DESY
KEK
SLAC
CERN
other
otherBB
Der pp-Collider Tevatron II
Relativ
Relativkleiner
kleinerbb-Anteil
bb-Anteil
Zusätzlicher
ZusätzlicherUntergrund
Untergrund
von
vonProton-Fragmentation
Proton-Fragmentation
Riesiger
RiesigerWirkungsquerschnitt
Wirkungsquerschnitt
(Starke
(StarkeWechselwirkung)
Wechselwirkung)
Trigger
Triggerauf
aufJ/psi
J/psiK0
K0
und
undpi+pipi+pi-moglich
moglich
σ(e + e − → Z0 → bb)
Fermilab
Cornell
DESY
KEK
SLAC
CERN
Das CDF- Experiment
Th. Müller, M.F.
••läuft
läuftseit
seit1987
1987
••hat
hatdas
dastop-Quark
top-Quarkentdeckt
entdeckt(1995)
(1995)
••besitzt
besitztschon
schonweltgrößte
weltgrößteSammlung
Sammlung
an
aninteressanten
interessantenB-Zerfällen
B-Zerfällen
••Beschleuniger
Beschleunigerund
undDetektor
Detektorwerden
werden
z.Z.
z.Z.vollständig
vollständigmodernisiert
modernisiert
B 0 → J / ψ K 0s B + → J / ψ K +
Das CDF- Experiment
Teilchenpaket-Kollisionen alle 400, später 100ns
2-5 Wechselwirkungen pro Kollision L ≈ 10 32 cm
−2
s −1
16 − 40 pb -1 / Woche
Das CDF- Experiment
6-7
6-7lagiger
lagiger doppelseitig
doppelseitig
ausgelesener
ausgelesenerSiliziumSiliziumVertexdetektor,
Vertexdetektor,
bis
bis2.5
2.5cm
cm
an
andie
dieStrahlachse
Strahlachse
Ausleseelektronik Faktor 20 schneller
Softwareprojekt:
Softwareprojekt:
Objektorientiertes
Objektorientiertes
Programmieren
Programmierenin
inder
der
Fremdsprache
FremdspracheC++
C++
(nach
(nach15
15Jahren
Jahren
mit
mitFortran)
Fortran)
Spurrekonstruktion im
CDF II-Vertexdetektor
C++
C++Vererbungs-Klassenbaum
Vererbungs-Klassenbaum
für
fürCDF-Spurrekonstruktion
CDF-Spurrekonstruktion
Ein b-Ereignis in pp-Kollisionen
(CDF II-Vertexdetektor)
Visualisierung
bbar_demo root.lnk
Zusammenfassung und
Ausblick
LEP (ALEPH, DELPHI, L3, OPAL), SLD und CDF: Messung der
B0 und Bs- Teilchen-Antiteilchen-Oszillationen schränken das
Unitaritätsdreieck der CKM-Matrix ein.
Spannendes, weltweites Rennen um die Entdeckung der
CP=Verletzung im B-System: BaBar,Belle,CDF,CLEO,D0,HERAb.
1999-2001 erste Evidenz erwartet.
Gibt es wirklich direkte CP-Verletzung?
Ist die CKM-Matrix unitär? Oder gibt es doch mehr als 3 Familien?
Ist das Standard-Modell in der Lage, eine konsistente Beschreibung
zu liefern? Oder werden die Experimente Hinweise auf neue Physik
jenseits des heutigen Standardmodells bringen? Als Interferenzeffekt kann CP-Verletzung auch sehr kleine Abweichungen vom
Standardmodell aufspüren.. Es wird spannend…
Schicksal
Schicksal von
von physikalischer
physikalischer
Grundlagenforschung?
Grundlagenforschung?
Zum
Zum Vortrag
Vortrag von
von Erwin
Erwin Mirkes:
Mirkes:
Physik
Physik >>>>
>>>> Finanzwesen
Finanzwesen
Vielen Dank für die Hilfe beim Vorbereiten des
Vortrags und/oder die Organisation des bald folgenden Buffets:
unseren HiWis
Christian Ceelen, Tobias Dussa, Michael Klein,
Marcus Voelp
unseren Diplomanden
Thomas Zoltan Albrecht, Thomas Allmendinger,
Hans-Jacob Grimm, Markus Moch,
Kurt Rinnert, Patrick Schemitz, Cornelius Fritz Vollmer
unseren Doktoranden
Armin Köngeter und Ulrich Schwickerath
unseren Postdocs
Dirk Neuberger, Christian Weiser
unserer Sekretärin
Waltraut Weißmann
meiner Frau
Gerda