Roma Tre & INFN Lab. Nazionali di FrascatiSilvia Martellotti

19/09/2012

Babar Collaboration

Misura del momento di dipolo elettrico del τ con l'esperimento

BaBar

Silvia Martellotti

Outline

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Il momento di dipolo dei leptoni

Metodo di misura del momento di dipolo elettrico del tau all’esperimento Babar

Silvia Martellotti

Violazione di CP nel settore leptonico

La violazione di CP nel settore dei quark è nota e prevista dal Modello Standard: ⇒ fase presente nella matrice di mixing CKM

SETTORE ADRONICO

La violazione di CP nel settore leptonico: ⇒ non è stata mai misurata/quantificataLa predizione del Modello Standard è estremamente piccola (correzioni a tre loop della QCD). Tuttavia

SETTORE LEPTONICO

Molti modelli oltre il Modello Standard prevedono una violazione di CP maggiore, osservarla sarebbe una prova di nuova fisica

Migliorare il limite superiore di esclusione pone nuovi vincoli alle teorie oltre il Modello Standard

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Silvia Martellotti

La più semplice estensione dello SM che si può fare è quella di considerare una lagrangiana efficace generica, model-independent, che viola CP

Momento di Dipolo

Questa Lagrangiana non-standard può essere parametrizzata, al primo ordine, con un momento di dipolo che quantifica la violazione di CP:

In analogia con il caso classico, il momento di dipolo è una quantità che caratterizza una “anisotropia” nel sistema e quindi una violazione di parità

il limite non relativistico indica chiaramente una interazione da

momento di dipolo

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Leff = LSM + Ln.s.CPV

Ln.s.CPV = ! i

2!̄"µ!#5!dEMFµ! !

i

2!̄"µ!#5!dEW Zµ!

LEDM = ! i

2!̄"µ!#5!dFµ! " !d$" · $E

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Il rivelatore Babar è situato nel punto di interazione di un collider

asimmetrico e+e- e lavora ad un’energia del centro di massa

10.58 GeV

Esperimento BABAR

All’energia di Babar possiamo essere sensibili al momento di

dipolo elettrico(EDM)

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Ln.s.CPV = ! i

2!̄"µ!#5!dEMFµ! !

i

2!̄"µ!#5!dEW Zµ!

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Ricerca dell’effetto a livello albero del

momento di dipolo elettrico del τ nella

produzione di coppie e+e- → τ+τ-

Momento di dipolo elettrico del τ

Ci si aspetta che l’effetto di violazione di CP sia maggiore

per il leptone tau a causa della sua grande massa

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d! ! (m! )3[2]d! ! mem! [1]

LEDM = ! i

2!̄"µ!#5!d"Fµ!

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Misure precedenti e valori attesi

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L’analisi di Babar attualmente in corso sarà realizzata con:

∼ 500 fb-1 → ∼ 460 milioni di coppie di τ

Teorie di Nuova Fisica:

Modello Standard:

può raggiungere valori accessibili sperimentalmente

troppo piccoli per essere misuratid! ! 3" 10!37e cm

VALORI ATTESI

d! ! 10!17e cm[2]d! ! 10!19e cm[1]

Attuale sensibilità all’EDM del tau

30 fb-1 → 26 milioni di coppie di τ (2002)

Re(d! ) = (1.15± 1.70)! 10!17e cm[3]Im(d! ) = (!0.83± 0.86)" 10!17e cm[3]

d! ! 10!25e cmEffetto del Mixing Leptonico:

e+(!p) + e!(!!p)" "+(!k, !S+) + "!(!!k, !S!)

Se calcoliamo la sezione d’urto differenziale di questo processo tenendo conto del termine dovuto al momento di dipolo elettrico, essa risulta proporzionale alla

matrice di densità di spin quadra:

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Come si misura l’EDM del tau

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In che modo il momento di dipolo influisce sulla

sezione d’urto

Termine Standard

Termini di interferenza

CPTCP

d!prod

d!!M2

prod = M2SM + Re(d! )M2

Re + Im(d! )M2Im + |d! |2M2

d2

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Grandezze da misurare

Espressione esplicita delle grandezze da calcolare per l’analisi:

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⇒ impulso del τ+ nel sistema di riferimento a riposo della coppia τ+τ-

⇒ vettori di spin del τ+ e del τ- (nel SR a riposo della coppia τ+τ-)

Per calcolarle è necessario ricavare:

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Ricostruzione dell’impulso del τ

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Belle calcola i valori dimediando su tutte le possibili configurazioni cinematiche.

M2SM ,M2

Re,M2Im

Decadimento adronico a due corpi (τ→hν)

Decadimento leptonico a tre corpi (τ→lνν)

L’impulso del τ è vincolato sulla superficie del cono costruito attorno alla direzione di volo della particella carica con il seguente angolo di apertura

Il possibile angolo di apertura tra la direzione di volo del leptone e l’impulso del τ non è univocamente determinato:

la regione cinematica permessa per il τ è vincolata all’interno del cono

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Per effettuare l’analisi si utilizzano gli “osservabili ottimali” dati da:

Si utilizzano questi rapporti perché i loro valori medi sono funzioni lineari delle parti rispettivamente reale e immaginaria del momento di dipolo

OffsetsSensitivity

Osservabili e metodo di misura

Sensibilità e Offset vengono estratti dall’andamento del valor medio degli osservabili al variare del momento di dipolo utilizzando una simulazione MC completa che tiene conto anche degli effetti del rivelatore, all’interno della quale vengono introdotti dei valori di momento di dipolo diversi da zero

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!+ ! "+#̄!

!! ! "!#!

Risultato dello studio effettuato su un campione MC preliminare ridotto ottenuto con un generatore di eventi che non tiene conto del rivelatore

Osservabili

<Osservabile_Im> vs Im(dτ)<Osservabile_Re> vs Re(dτ)

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Estrapolazione del momento di dipolo

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Una volta estrapolati i valori di ai e bi dal MC verranno calcolati i valori medi degli osservabili sul campione di dati sperimentali e, utilizzando le relazioni:

è possibile stimare il valore del momento di dipolo

Questa analisi è attualmente in corso di sviluppo e si dovrebbero avere i primi riultati entro la fine dell’anno prossimo...

Silvia Martellotti

Bibliografia

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[1] T.Huang, W. Lu, and Z.Tao, Phys. Rev D55 (1997) 33.

[2] W.Bernreuther and O.Nachtmann, Phys. Rev. Lett. 73 (1989) 2787.[3] Search for the Electric Dipole Moment of the tau Lepton, Belle Collaboration. arXiv:hep-ex/0210066.

Grazie per l’attenzione!