babar调研报告

BABAR/PEPII调研报告组员：龚伟李龙武丽伟姚立雯于泽源张晓杰提纲–BABAR物理目标–BABAR探测器•BABAR/PEPII总体概况•子探测器的功能和结构–数据流程和分析软件简介–例子•中性B介子到CP本征态的衰变，研究CPV。BABAR的主要物理目标•测量CP破缺，验证标准模型，以及研究超出标准模型的新物理。–中性B介子的衰变中有显著的CP破缺现象。•精确测量含b、c夸克的介子和tau轻子衰变，以及稀有过程研究。–PEP-II的高亮度，BABAR有效的重建，提供大量的事例样本。PhysicsatPEP-II•CPViolationinB0Decays–DecayAsymmetries–TheUnitarityTrianglePhysicsatPEP-II•BPhysics–CKMMatrixElements：B半轻子衰变，|Vub|；B纯轻子衰变分支比；研究等。–BeyondtheStandardModel–PenguinModesPhysicsatPEP-II•OtherPhysicsOpportunities–BsPhysics：产生，研究混合。–CharmPhysics：混合；directCPV;半轻子衰变和一些常数的测量等。–TauPhysics：taufactory；tau中微子质量。–Two-PhotonPhysicsBABAR/PEPIIBABAR/PEPII•PEPII不对称的e+e-对撞。•设计亮度3×10^33cm^-2s^-1。•束流能量9.0GeV(e-)3.1GeV(e+)。•质心系能量10.58GeV，ΥΥ(4s)。•Lorentzboostβγβγ=0.56=0.56。。BABAR/PEPII••ΥΥ(4s)到一对B介子的衰变。•重建B衰变顶点，测量Δt。（βγβγ=0.56=0.56）•研究B介子的混合和CP破坏。•一个B介子（CP本征态）被全重建，另一个B介子根据衰变产物（带电轻子、Kaon、其它能表征味道的末态粒子）被标记味道。BABARthedetector•覆盖角，在boost方向上接受度大。•重建效率高。•动量分辨高。大量本底中的小信号。•对光子能量分辨、角分辨好。•顶点分辨好。•电子、muon鉴别。•强子鉴别。•触发系统灵活可选择。•电子学噪声小的可靠的DAQ和控制系统。•监控系统、自动刻度。•在线计算机网络，数据流控制、处理、存储。•探测器能够承受辐射剂量，在高本底条件下运行稳定可靠。BABARthedetector•SiliconVertexTracker(SVT)•DriftChamber(DCH)•DetectorofInternallyRefectedCerenkovradiation(DIRC)•ElectromagneticCalorimeter(EMC)•Solenoid•InstrumentedFluxReturn(IFR)子探测器性能指标SVT•B重建顶点位置分辨要求80um。•低动量的带电粒子(120MeV/c)。•Double-sidedsiliconstrips。•测量dE/dx和径迹。DCH•测量带电粒子径迹和dE/dx。•40层。10个超层。轴丝层和斜丝层。•氦-异丁烷混合气体。DIRC•粒子鉴别。(kaon/pion：500MeV/c~4.5GeV/c)•融熔石英棒，PMT阵列。•高动量带电粒子，Kaon/pion鉴别特别重要。EMC•电磁簇射。•沉积能量和簇射形状。•CsI(Tl)晶体，两个硅二级管。IFR•Muon、中性强子鉴别。•RPC。桶部19层，端盖18层。Trigger•Level1(L1)inhardware：DCH一定横动量的带电径迹、EMC的簇射团、IFR径迹等。•Level3(L3)insoftware：事例重建、分类、选择，和监控。•总事例率120Hz。Simulation–Generationofthephysicsevent•B-pairs，di-muon，bhabha.，四维向量。–Particletransportandhitscoring•BaBarObject-orientedGeant4-basedUnifiedSimulation•GHits：能量、电荷、角度信息等。–DetectorResponseandBackgroundMixing–Reconstruction•Database中取得rawdigis，组合成候选事例。Track，cluster，PID，etc.•fourmainstagesinproducingasimulatedeventReconstruction•Tracking–Patternrecognition–Fitting•ReconstructioninEMCPID•带电粒子PID：重建衰变链，标记味道。•探测器：SVT、DCH、DICH、EMC、IFR。每个子探测器各自给出PID，再由算法综合判断。•Pions:Kaons:Protons=7:1:0.2(inBdecay)。Kaon/Pion•DIRC•dE/dx（SVT&DCH）Electron•E/p–e：~1•lateralshowershape–e：smalloneElectrone-efficiencyvs.pionmis-idPion0/Photon•EMC重建簇射团横向形状。•低于1GeV的pion0，两个光子可以完全分辨。•高能pion0，–S：secondmoment，描述一个簇射团的形状。VertexingandKinematicFitting•Primaryvertexreconstruction–x：150um，y：6um，z：1cm。（束团参数）–x-y平面IP1mm内的径迹，用来拟合初级顶点。–x：63um，y：7um，z：62um。（轻夸克）–x：101um，y：10um，z：115um。（Bmesons）•Reconstructionofthetagging-Bvertex–1.VertexFit(VF)–2.SimpleImpactParameter(SIP)–3.LeptonImpactParameter(LIP)•KinematicalFitting–usingkinematicconstraints,masses,andenergyandmomentumconservation.Ks重建•B0&Dmeson。•Cut条件–不变质量。–顶点拟合的chi-square。–动量，从B介子衰变的Ks高动量。BABAR探测器B介子混合以及CP破坏相角的测量一简介•使用了BABAR在1999到2001年采集的6200万个事例样本。•CP破缺的振幅，SM预言的正比于sin2β，在实验中由衰变时间的分布得出。测出的sin2β=0.75±0.09（stat）±0.04（syst）二测量的引言•一般来说，CP破缺缘自不同相位的衰变振幅的干涉。比如，一个确定的初态如B0，可以衰变到J/Ψ+K0s,也可以振荡到B0bar再衰变到J/Ψ+K0s。•在微小的理论不确定性下，不同振幅的相位差异等于2β，β=arg【-VcdVcb*/VtdVtb*】。在这个模型下，可以由CP破坏直接定出sin2β,从而对SM做一个非常关键的检验。•Υ（4S）产生的一对B0B0bar之间存在P波的关联，直到其中的一个衰变。假设对于一个B，记为Btag，可以由其衰变确定味道，那么因为波色子的对称性，同一时间的另一个B必须是另一个味道，记为Brec。而Brec重建为CP本征态的末态，而且能够自己标定味道。从而，在Υ（4S）的末态里观测到B0B0bar、B0B0和B0barB0bar的振荡几率是Δt=trec-ttag的函数，当它已知是，就可以确定混合频率和CP破坏。•Brec和Btag之间的衰变寿命差Brec的理论寿命的关系如下：•上式中的正负号表示tag的B是B0还是B0bar。式中的分辨因子D=1-2w来自于mistag。w就是mistag的几率。•因为探测器时间分辨的问题，所以上式还要再卷积分辨率的函数•实际中，事例被划分到不同的tag类里面，每个不同的tag类都有自己的Di，对每个类都要单独确定•定义一个于CP破缺相关的可观测量：•它正比于sin2β：•在PEPⅡ不对称正负电子对撞机上，共振产生的Υ（4S）对末态的B0B0bar产生一个沿z轴平均为βγ=0.56的洛伦兹平移。则衰变时间的差异Δt正比于两个衰变定点在z轴上投影的距离差Δz≈Δt*cβγ。Δz的平均值是260微米。三分析的一般步骤•选择和的信号事例•顶点重建，测量两个B介子顶点之间沿Z轴的距离差•确定Btag的味道•从各个tag类中确定Di•利用unbinnedlikelihoodfitting确定CP破缺的振幅以及sin2β的值四分析的一般方法•1.PID•2.事例数据的分类•3.CP事例的挑选•4.Δt的确定•5.B介子味道的标定：Btag1.PID•1）电子•在多于三个CsI晶体内产生电磁簇射•0.88E/P1.3,E：量能器沉积能量，p：径迹动量•DCH和DIRC给出的信息应与理论相符1.PID•2）muon•主要由IFR测得穿透距离决定：至少为2.2倍相互作用距离，高动量时要大于Nexpλ-1倍，其中Nexpλ为理论上得到的。•为了避免强子簇射的影响，对穿透层数做了限制•如果muon可以在量能器中沉积能量，则要求50MevE400Mev1.PID•3）Kaon的鉴别•如果一个事例，假设为K时算出联合似然函数，除以假设为π时的联合似然函数，得到的比值大于15，则认为是kaon•联合似然函数是SVTDCHDIRC独立的似然函数的联合2.事例数据的分类•CP本征态：B0到•tag的B介子：含有B0介子的半轻子衰变和可确定末态味道的强子衰变的B介子•粲夸克偶素态的控制样本：包含两体衰变的中性或带电的B介子，而且其中的一个衰变产物是粲夸克偶素态，即J/Ψ3.CP样本的挑选标准•重建至少有四条带电径迹，同时做了衰变顶点约束。最终重建出来的质量要大于5Gev•CP样本有B0ÆJ/Ψ+K0s和B0ÆΨ（2S）+K0s。•J/Ψ和Ψ（2S）通过正负电子或者正负muon重建，而Ψ（2S）也通过J/Ψπ+π-重建。K0short通过π+π-。•1）J/Ψ和Ψ（2S）Æe+e-•至少有一个衰变产物被量能器鉴别为肯定是电子•如果量能器没给出信号，则要求漂移室中的信息与电子一致•2）J/Ψ和Ψ（2S）Æμ+μ-•至少有一个衰变产物被鉴别为肯定是muon•如果量能器也有信号，则要求与最小电离粒子的表现相符质量约束•J/Ψ：在e+e-下不变质量要求大于2.95Gev,在μ+μ-下要求大于3.06Gev，两种情况下都要小于3.14Gev•Ψ（2S）：在轻子衰变道下，要求重建的不变质量在其质量50Mev之内，但是如果是正负电子衰变，则下限被放低了250Mev3）Ψ（2S）ÆJ/Ψπ+π-•要求有一个被不变质量约束了的J/Ψ事例，并且有一对相反电荷的被鉴别为π的事例•Ψ（2S）重建后的质量限制在3.0Gev到4.1Gev•计算重建出来的Ψ（2S）和J/Ψ的质量差，并与理论上已知的质量差比较，要求差别要小于15Mev4）K0short重建•不变质量的约束：•通过π+π-重建后，对于B0ÆJ/Ψ+K0s，要求K0s的质量在486到510Mev之间；•对于B0ÆΨ（2S）+K0s，要求K0s的质量在491到505Mev之间5）BCP事例的选择•将不变质量限制的J/Ψ或Ψ（2S）和不变质量限制的K0s组合起来•K0s的三动量与连接J/Ψ和K0s的衰变定点的矢量的夹角的cos要为正•对于Ψ（2S）+K0s，K0s与Ψ（2S）的衰变顶点的距离要大于1mm，即顶点约束4.时间分辨函数与Δt的确定•两个B的寿命差由Δz（两个B的顶点在z轴投影的间隔）决定。对每一个事例，因为B的飞行方向的差异，都要对Δz进行修正。•Btag的顶点重建由除去Brec的重建使用的带电径迹后的所有径迹