Прямое наблюдение странного b-бариона Ξ b ± в эксперименте D0 на Тэватроне Г.Д.Алексеев(ОИЯИ), от коллаборации D0

Статус спектроскопии b-адронов Мезоны: –B +, B 0, B s, B c + (установлено существование) –B* (установлено существование), –B d **(направ. в PRL DØ, предварительно CDF) –B s ** (предварительно DØ и CDF) Барионы: – b (установлено существование) – b +, and b *+ PRL99 (2007) - CDF Цель поиска заряженный b (первая частица, содер- жащая по одному кварку из каждого поколения) Теор. предсказание b - в обл ГэВ Иерархия масс M(Λ b )< M( b ) < M( b ): GeV < M( b ) < GeV Время жизни b (LEP): 1.42±0.28±0.24 ps

Прелестные барионы До 2006 г. о них почти не было данных: –Прямо наблюдался только Λ b ; –Косвенное указание на Ξ b : избыток пар Ξ- одного знака в струях (ALEPH, DELPHI); –Теор. предсказания массы Ξ b : M(Ξ b ) = ± 8.1 МэВ/с 2 ; M(Σ b ) = ± 9.0 МэВ/с 2 ; M(Ξ b ) = 5762 ÷ 5788 МэВ/с 2 ; N.Mathur a.o., Phys.Rev. D66 (2002) ( КХД расчеты на решетке ) M(Ω b ) = ± 11.1 МэВ/с 2 ; E. Jenkins, Phys.Rev. D55 (1997) R10-R12 M(Ξ b ) = 5790 ÷ 5800 МэВ/с 2 ; M.Karliner a.o., arXiv.org:hep-ph/ ( сумма масс кварков с учетом КХД поправок )

Лаборатория для изучения непертурбативной КХД и потенциальных моделей тяжелый b-кварк заметное упрощение теор. описания базовая модель: легкая дикварковая система qq вокруг тяжелого b-кварковогоядра Q аналогия с атомом водород/гелий Зачем изучать b-барионы ?

Как искать b ? В настоящее время, Тэватрон – единственный ускоритель, на котором рождаются b - барионы. На электрон-позитронном коллайдере LEP это было тоже возможно, но сечение рождения b-кварков там в 1000 раз меньше, хотя фон посторонних треков значительно ниже. Золотой канал для изучения b-адронов распады с образованием J/ +. Хотя это довольно редкий канал распада (BR ~ ), это очень чистый канал и для него есть эффективный триггер. Установка D0 с её отличным мюонным детектором адэкватна для поиска bJ/, J/ +,Λ + заряженный пион,

Тэватрон и DØ детектор Интегральная светимость fb -1 От коллайдера>3 DØ Run IIa1.3 D0 Run IIb1.3 =2 В Run IIb добавлен Silicon слой Ø Широкоапертурные мюонный спектрометр и триггер. Большая статистика полулептонных Bμ и BJ/ψ+X Здесь приведен анализ данных для Run IIa

Характерные особенности b - J/ + - Надо реконструировать 3 дочерних частицы: –J/ + – p+ – + Продукты распада (p, -, - ) имеют заметный параметр соударения по отношению к вершине события. Корреляция зарядов: оба пиона должны иметь заряд одинакового знака (правильная комбинация) ~5 см c =7.89 см ~5 см c =4.91 см

Отбор по прицельному параметру ~5 см c =7.89 cm ~5 см c =4.91 cm p При реконструкции треков задается максимальный прицельный параметр (IP) с целью увеличения её скорости и понижения доли ложных треков. В результате могут быть потеряны треки протона и - мезонов от распадов and - Результат изменения IP: (До) ( После ) Позтому данные Run IIa (~35 млн. событий) были пересчитаны с IP = 10 см (стандартный IP = 2.5 см)

Реконструкция b и предварительный отбор Реконструируем вершину J/ + (P 2 > 1%, p T > 5 ГэВ/с 2, масса 2.80÷3.35 ГэВ/с 2 ) Реконструируем вершину p (P 2 > 1%, масса 1.105÷1.125 ГэВ/с 2 ) Реконструируем + (P 2 > 1%, масса 1.305÷1.340 ГэВ/с 2 ) Ошибки длин распада и в XY плоскости < 0.5 см, а расстояние вершины распада от вершины события больше четырех ошибок Комбинируем J/ и (P 2 > 8%, угол в XY пл. < /2) Ошибка собственной длины распада J/ < 0.05 см После отбора осталось 2308 соб. с правильными знаками пионов и 1124 с ложными Вводим поправку M = M( b ) M( ) M(J/ ) + M PDG ( ) + M PDG (J/ ) для каждого события, чтобы уменьшить влияние аппаратурных эффектов на шкалу масс.

Предварительный отбор по массе События с «ложной» комбинацией знаков заряда пионов: Λ(p - ) + J/ + -

Какой ожидается фон? Фон «прямых» J/ : –~80% J/ рождается непосредственно в соударении. Реальные bадроны: –Остальные ~20% J/ возникают из распадов bадронов. Комбинаторный фон: –Реальный J/ с ложным - –Ложный J/ с ложным - –Ложный J/ с реальным - –Реальный J/ с реальным -, но не от b - Входят в события с ложными комбинациями зарядов пионов.

Критерии отбора для подавления фона (распределение b - ) Из соображений эффективности брались «мягкими» Для выбора критериев и оценки фона использовались: –Данные для b J/ –События с «ложными» комбинациями зарядов –События вне пика J/ –События вне пика - –Монте Карло b - события, когда нет других вариантов (напр., для пиона от )

P T ( - ) от Λ b J/ (μ+μ ) (p )

P T ( - ) от - Монте Карло b - J/ + - События с «ложной» комбинацией зарядов пионов: Λ(p - ) +

коллинеарность Λ Коллинеарность в XYплоскости: сos( ) pT( ) Монте Карло b - J/ + - События с «ложными» знаками пионов: Λ(p - ) + Cos( )>0.99 Эфф.100%

В итоге, отбор b p : –P T (p)>0.7 ГэВ/с –P T ( )>0.3 ГэВ/с подавление: - : сигнал 39.7%, фон 91.6% –P T ( )>0.2 ГэВ/с –Поперечная длина распада>0.5 cm сиг. 1.7%, фон 56.4% –Коллинеарность> b : время жизни/ошибка >2 сигнал 18%, фон 56.1%

Основной результат измерение массы Фит: Метод максимума правдоподобия, Гаусс+плоский фон Число событий сигнала: 15.2 ± 4.4 Среднее гауссиана: ± 0.011(стат.)ГэВ/с 2 Ширина гауссиана: ± ГэВ/с 2 Сравни с шириной для Mонте Карло: ± ГэВ/с 2

Монте Карло генерация b Среднее гауссиана: ± ГэВ/с 2 Ширина гауссиана: ± ГэВ/с 2 Монте Карло события b J/ + - исходная масса при генерации = ГэВ/с 2

Продукты распада Виден сигнал для всех продуктов распада J/ m( ) m(p ) m( )

Сравнение с теорией

Y Z Событие из пика распределения

Y Z То же событие без посторонних частиц

XY-проекция события

Влияние поправки в массу b на её распределение (MC события)

Systematic Uncertainties on Mass Fitting models –Two Gaussians instead of one for the peak. Negligible. –First order polynomial background instead of flat. Negligible. Momentum scale correction: –Fit to the b mass peak in data, < 1 MeV. –Fit to B 0 signal peak. Negligible effect < 1 MeV –Study of dE/dx corrections to the momentum of tracks finds a maximum deviation of 2 MeV from the measured mass. Event selection: –From the mass shift observed between the cut-based and BDT analysis, once removing the statistical correlation, a 15 MeV variation is estimated.

J/ (p - ) + Фон ложных комбинаций зарядов Нет пиков в этой контрольной выборке

Фон: события вне пика J/ J/ (p - ) + Нет пиков в этой контрольной выборке

Фон: события вне пика - J/ (p - ) - Нет пиков в этой контрольной выборке

Значимость пика Проведены 2 фита методом макс.пр.: 1.Гипотеза сигнал + фон (L S+B ) 2.Гипотеза только фон (L B ) Оцениваем значимость: Значимость наблюд. сигнала: 5.5

Альтернативная оценка В интервале масс с центром в фитированной массе и шириной 2.5 × фитированной, наблюдалось 19 событий, а фит дал 14.8 ± 4.3 (стат.)+1.9/0.4 (сист.) соб. для сигнала и 3.6 ± 0.6 (стат.) +0.4/1.9 (сист.) для фона. Вероятность того, что флюктуация фона даст 19 или более событий равна 2.2 ×10 7, что эквивалентно гауссовой значимости 5.2σ

Отношение выходов Дополнительно измерялось отношение: f(bX) : доля адронизации b кварка в X

Отношение выходов Использовались Монте Карло события: – b - J/ + - – b J/ + Моделировались в D0 детекторе Затем проводилась их реконструкция и отбор по тем же критериям, что и для данных. Необходимо учесть различие pT спектров данных и Монте Карло, а также влияние триггера. Соответствующий фактор взвешивания определялся из сравнения кинематических распределений b в данных и Монте Карло и затем использовался для b

Отношение выходов Теоретически ожидается одинаковое значение BR для b и Λ b, поэтому f ~1/4 или меньше.

Распределение длин распада

Mass distribution for K 0,Λ 0 and - signals for the standard (bottom histograms) and extended (opening up IP) tracks reconstruction. K 0 S + - p -

Mass distribution for - signal for the standard (bottom histograms) and extended (opening up IP) tracks reconstruction.

Now lets look at background MC We investigated with high MC statistics, B decay channels such as: No peaking structure observed any these B decays MC samples

Systematic uncertainties in the relative production ratio SourceUncertainty (%) b / b hadronization models Negligible MC stat. on b / b 10 pT( ) reconstruction 7 Effect of mass difference between data and MC 5 b / b MC reweighting 27 Syst. uncertainties on the number of b in data +13, -3 Conservatively take difference between reweighting result and no reweighting.

Measurement in 1.2 fb -1 of data, in the decay: To compute the ratio of lifetimes B 0 lifetime is measured in the same data using the decay channel: D0 Λ b lifetime measurement

В фоновых выборках нет пиков Фон боковых полос Фон боковых полос J/ Фон ложных комбинаций заряда пионов

Submitted to PRL 6/12/07 arXiv: ,Fermilab-Pub-07/196-E