Risultati del fit cinematico

Utilizzando gli ingredienti descritti nelle precedenti sezioni, abbiamo implementato un fit unbinned di massima Likelihood che utilizza le informazioni sulla massa e sulla cinematica dei decadimenti e lo abbiamo applicato simultaneamente ai campioni CF e DCS selezio- nati con i tagli riportati nel Cap. 5.4. Ricordiamo che le parametrizzazioni usate nel fit richiedono che la traccia da B ed una da D0 abbiano superato la selezione del trigger. Gli intervalli di fit sono fissati a [5.17, 5.60] GeV/c2 _{per la massa, [8, 30] GeV/c per} l’impulso totale e [−0.8, 0.8] per α. La luminosit`a integrata del campione `e pari a L = 2.4 fb−1

Visto che questo fit non prevede ancora l’utilizzo dell’informazione della perdita di energia per ionizzazione (dE/dx), che permette di discriminare in modo corretto π da K, abbiamo nuovamente fissato le condizioni imposte al precedente fit di sola massa, cio`e che il rapporto tra la frazione di eventi B → D0CFK e B → D0CFπ sia:

R = N (B −_{→ D}0 CFK−) + N (B+→ D 0 CFK+) N (B−_{→ D}0 CFπ−) + N (B+→ D 0 CFπ+) = 0.0684 ± 0.0043 (5.7) e che la frazione di eventi B → DDCS0 K sia zero.

Con questo fit abbiamo ottenuto un numero di eventi CF pari a 4511 ±31, con il quale, sempre utilizzando il valore RADS trovato da Belle [21], ci aspettiamo di vedere un numero di eventi DCS pari a 15.

Il numero trovato `e 22 ± 7, in accordo con quello aspettato. La significativit`a del segnale `e di 3.6σ. Calcolando RADS otteniamo:

RADS(π) = (4.9 ± 1.5) · 10−3

nuovamente in accordo con il valore trovato da Belle, entro l’errore che `e puramente statistico e non tiene conto delle incertezze sistematiche.

Rispetto al precedente risultato con il taglio sullo pseudo Likelihood Ratio abbiamo dimezzato il numero di eventi e per questo la risoluzione `e pi`u grande di un fattore√2.

Dal nostro fit possiamo ottenere anche un valore per l’asimmetria CP del canale B → D0_DCSπ. A questo stadio iniziale dell’analisi, il risultato viene mantenuto “blind”, ma la risoluzione pu`o invece essere quotata ed `e:

5.6. Risultati del fit cinematico Ricordando che il risultato ottenuto da Belle `e:

AADS(π) = −0.023 ± 0.218(stat) ± 0.071(syst)

notiamo come la nostra incertezza statistica sia molto vicina a quella di Belle.

Riportiamo nelle Fig. 5.22 e 5.23 la proiezione in massa del fit rispettivamente sui campioni CF e DCS. ] 2 mass [GeV/c π 0 D 5.2 5.25 5.3 5.35 5.4 5.45 5.5 5.55 5.6 2

Frequency per 8.6 MeV/c

0 200 400 600 800 1000 -(+)

π

0

D

→

-(+)

B

-(+)

K

0

D

→

-(+)

B

-(+)

π

*0

D

→

-(+)

B

total

combinatorial background

Mass Projection

Figura 5.22: Proiezione in massa del fit di massima Likelihood con le informazioni sulla massa e

sulla cinematica per il campione CF. In verde abbiamo riportato il decadimento B− _{→ D}0_π−_{, in}

blu B−_{→ D}0_K−_{, in magenta B}− _{→ D}0∗_π−_{, in rosso la somma di tutti i contributi ed in nero il}

fondo combinatorio.

Notiamo come adesso le proiezioni siano in accordo con i dati, sia nel campione CF, dove, per la maggiore statistica sarebbe pi`u facile vedere discrepanze, che nel campione DCS. Questo ci dimostra l’affidabilit`a del fit che abbiamo implementato e la bont`a delle parametrizzazioni utilizzate per le distribuzioni dei dati.

Abbiamo quindi dimostrato che per ottenere un risultato quantitativamente pi`u preciso `e necessario aggiungere ulteriori informazioni al fit. Esso pu`o risultare di non immediata

] 2 mass [GeV/c π 0 D 5.2 5.25 5.3 5.35 5.4 5.45 5.5 5.55 2

Frequency per 12.9 MeV/c

0 2 4 6 8 10 12 -(+)

π

0

D

→

-(+)

B

-(+)

π

*0

D

→

-(+)

B

total

combinatorial background

Mass Projection

Figura 5.23: Proiezione in massa del fit di massima Likelihood con le informazioni sulla massa e

sulla cinematica per il campione DCS. In verde abbiamo riportato il decadimento B−_{→ D}0_π−_{, in}

magenta B−_{→ D}0∗_π−_{, in rosso la somma di tutti i contributi ed in nero il fondo combinatorio.}

comprensione e sicuramente di maggiore complessit`a, ma, come abbiamo visto, `e anche pi`u efficiente.

Capitolo 6

Conclusioni

I

l risultato di questo lavoro di tesi `e stata la ricostruzione, per la prima volta ad un collisionatore adronico, del decadimento Doppio Cabibbo Soppresso B− _→ [K+_π−_]

D π−, in un campione di 2.4 fb−1 di dati raccolti dall’esperimento CDF II al collisionatore Tevatron del Fermilab.

Utilizzando una selezione ottimizzata basata su uno pseudo Likelihood Ratio ed un fit unbinned di Massima Likelihood dello spettro in massa, `e stato ricostruito un campione di 41 ± 12 eventi B−_{→ [K}+_π−_]

D π−, con una significativit`a di 3.9 σ.

Il numero di eventi stimato `e circa la met`a del pi`u grande campione attualmente dispo- nibile [21]. Calcolandone il rapporto di branching fractions con il decadimento Cabibbo Favorito B− <sub>→ [K</sub>−π+]D π− si ottiene: RADS(π) = BR(B−<sub>→ DDCS</sub>0 π−) + BR(B+<sub>→ D</sub>0DCSπ+) BR(B−<sub>→ D</sub>0 CFπ−) + BR(B+→ D 0 CFπ+) = (3.7 ± 1.1) · 10−3 . L’incertezza da noi quotata `e solo quella statistica, ma ci aspettiamo, in base a prece- denti misure effettuate su campioni simili [47], che le incertezze sistematiche non abbiano un impatto significativo nella misura.

Questo valore `e in accordo con la misura pubblicata dalla collaborazione Belle [21]: RADS(π) =



3.40+0.56_−0.54(stat)+0.13_−0.21(syst)_{· 10}−3 .

Notiamo come l’errore statistico da noi trovato sia pi`u grande di quello ottenuto dall’esperimento Belle, a causa della minore statistica presente nel nostro campione.

Abbiamo quindi implementato un fit di Massima Likelihood pi`u completo ed accurato, che include l’informazione cinematica del decadimento, e lo abbiamo applicato ad un

sottocampione di dati, ricostruito con tagli semplificati.

Questo fit ha portato ad una misura pi`u accurata, anche se con minore statistica, e ad un valore di risoluzione sull’asimmetria pari a:

AADS(π) = xxx ± 0.29 .

Pur lavorando su met`a del campione a disposizione, abbiamo ottenuto una risoluzione sull’asimmetria paragonabile a quella raggiunta dall’esperimanto Belle, che `e pari a:

AADS(π) = −0.023 ± 0.218(stat) ± 0.071(syst) .

Questo lavoro di tesi ha quindi dimostrato la reale fattibilit`a di questo genere di analisi anche ad un collisionatore adronico, quando sia disponibile un buon sistema di tracking ed un trigger selettivo.

Queste misure contribuiranno a determinare in modo pi`u accurato l’angolo γ, attual- mente ancora soggetto ad una notevole incertezza, migliorando la nostra comprensione sulla violazione di CP.

In particolare, includendo nel fit anche l’informazione del dE/dx, ed applicandolo al- l’intero campione di dati selezionati con lo pLR, ci aspettiamo di poter eseguire una misura di branching fractions e di asimmetria CP di qualit`a comparabile con le migliori misure esistenti.

Ci aspettiamo inoltre, grazie alla separazione tra π e K fornita dal dE/dx, di essere in grado di misurare, o comunque porre un limite, anche sul decadimento ancora pi`u raro B−_{→ D}0

DCSK−.

Ancora pi`u interessante sar`a il risultato con i 6-8 fb−1 di dati previsti per i prossimi due anni a CDF.

Bibliografia

[1] N. Cabibbo, Unitary Symmetry and Leptonic Decays, Phys. Rev. Lett., 10, 531-533, (1963).

[2] M. Kobayashi, T. Maskawa, CP-Violation in the Renormalizable Theory of Weak Interaction, Prog. Theor. Phys., 49(2), 652-657, (1973).

[3] R. Aleksan, B. Kayser, D. London, Determining the Quark Mixing Matrix from CP- violating Asymmetries Phys. Rev. Lett. 73, 18, (1994).

[4] M. Gronau, D. Wyler, “On determining a weak phase from CP asymmetries in charged B decays”, Phys. Lett. B 265, 172, (1991).

[5] M. Gronau, “Weak phase γ from color-allowed B → DK rates”, arXiv:9802315v1 [hep-ph], (1998).

[6] D. Atwood, I. Dunietz, A. Soni, “Enhanced CP violation with B → D( ¯D) modes and extraction of the Cabibbo-Kobayashi-Maskawa angle γ.”, Phys. Rev. Lett. 78, 3257, (1997).

[7] D. Atwood, I. Dunietz, A. Soni, “Improved methods for observing CP violation with B±_{→ KD and measuring the CKM phase γ.”, Phys. Rev. D 63, 036005, (2001).} [8] A. Giri, Y. Grossman, A. Soffer, J. Zupan, “Determining γ using B± _{→ DK}± with

multibody D decays.”, Phys. Rev. D 68, 054018, (2003).

[9] J. Charles et al.[CKMFitter Group], Eur. Phys. J. C41, 1 (URL: http://ckmfitter.in2p3.fr), (2005).

[10] S. L. Glashow, Nucl. Phys. 22, 579 (1961); A. Salam, Elementary Particle Physics, (1968); S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 19, 1264, (1967).

[11] D. Griffiths, Introduction to elementary particle, Wiley ed., (2008);

F. Halzen, A. D. Martin, Quarks and leptons: an introductory course in modern particle physics, Wiley ed., (1984).

[12] M. E. Peskin, V. Schroeder, An introduction to quantum field theory, Westview Press ed., (1995);

[13] Q. Ho-Kim, X. Y. Pham, Elementary particles and their interactions, Springer ed., (1998).

[14] I. I. Bigi, A. I. Sanda, CP Violation, Cambridge University Press, (1999).

[15] L. L. Chau and W. Y. Keung, Comments on the Parametrization of the Kobayashi- Maskawa Matrix, Phys. Rev. Lett. 53, 1802 - 1805, (1984).

[16] L. Wolfenstein, Parametrization of the Kobayashi-Maskawa matrix, Phys. Rev. Lett. 51, 1945-1947, (1983).

[17] C. Amsler et al., Physics Letters B667, 1 (URL: http://pdg.lbl.gov/) PDG (2008).

[18] M. Bona et al.[UTfit Collab.], JHEP 0603, 080 (URL:

http://babar.roma1.infn.it/ckm/), (2006).

[19] E. Barberio et al.[HFAG Collab.], arXiv:0704.3575 [hep-ex] (URL: http://www.slac.stanford.edu/xorg/hfag).

[20] BABAR Collaboration, P.F. Harrison, ed. et al, “The BABAR physics book: Physics at an asymmetric B factory.”, SLAC-R-0504, SLAC-R-504, SLAC-0504, SLAC-504, (1998).

[21] BELLE Collaboration, Y. Horii, K. Trabelsi, et al, “Study of the Suppressed B meson Decay B−_{→ DK}−_{, D → K}+_π−_{”, arXiv:0804.2063v1 [hep-ex], (2008).}

[22] BABAR Collaboration, B. Aubert et al, “Search for b → u transitions in B− → D0_K− _{and B}−_{→ D}∗0_K−_{.”, Phys. Rev. D 72, 032004, (2005).}

[23] CDF II Collaboration, R. Blair et al. “The CDF II Detector, Tecnical Design Report” FERMILAB-PUB-96/390-E CDF, (1996)

BIBLIOGRAFIA

[24] Fermilab Beams Division, “Run II Handbook.”, (URL:

http://www-bd.fnal.gov/runII/index.html).

[25] Operation department, “Rookie Books.”, (URL: http://www- bdnew.fnal.gov/operations/rookie books/rbooks.html).

[26] A. Shemyakin et al., “The Fermilab 400 MeV Linac upgrade.”, FERMILAB-CONF- 93-111, (1993).

[27] C. W. Schmidt, “Electron cooling in the recycler ring.”, FERMILAB-CONF-06-147- AD, (2006).

[28] C. S. Hill et al., “Operational experience and performance of the CDF II silicon detector.”, Nucl. Instrim. Methods, A530, 1-6, (2004).

[29] T. K. Nelson et al., FERMILAB-CONF-01/357-E, (2001). [30] A. Sill et al., Nucl. Instrim. Methods, A485, 6-9, (2002). [31] T. Affolder et al., Nucl. Instrim. Methods, A447, 1-8, (2000).

[32] T. Affolder et al., “CDF Central Outer Tracker.”, Nucl. Instrim. Methods, A526, 249, (2004).

[33] D. Tonelli et al., “Track based calibration of the COT specific ionization.”, CDF note 6932, (2004).

[34] Shin-Shanyo et al., “COT dE/dx measurement and corrections.”, CDF note 6361, (2003).

[35] D. Acosta et al., “A time of flight detector in CDF II.”, Nucl. Instrim. Methods, A518, 605-608, (2004).

[36] L. Balka et al., “The CDF Central Electromagnetic calorimeter.”, Nucl. Instrim. Methods, A267, 272, (1988).

[37] M. Gallinaro, “A new scintillator Tile/Fiber Preshower Detector for the CDF Central Calorimeter.”, IEEE Trans. Nucl. Sci. 52, 879, arXiv:physics/0411056v3 [physics.ins- det], (2005).

[38] E. J. Thomson et al., “Online Track Processor for the CDF upgrade.”, IEEE Trans. Nucl. Sci. 49, 1063, (2002).

[39] W. Ashmanskas et al., FERMILAB-CONF-02/035-E, (2002). [40] A. Bardi et al., Nucl. Instrim. Methods Phys Rev A485, 6, (2002).

[41] C. Avila et al., “A measurement of the proton-antiproton total cross section at √s = 1.8 T eV .”, Phys. Lett. B445, 419, (1999).

[42] K. Anikeev, C. Paus, P. Murat, “Description of Bgenerator II.”, CDF note 5092, (1999).

[43] W. Bell, J. P. Fernandez, “User guide for EvtGen at CDF.”, CDF note 5618, (2003). [44] R. Brum, R. Hgelberg, M. Hansroul, J. C. Lasalle, “Geant: Simulation Program for Particle Physics Experiments: user guide and refernce manual.”, CERN DD78-2 REV. [45] G. Punzi, “Sensitivity of searches for new signals and its optimization.”,

arXiv:0808063v2 [physics.data-an], (2003).

[46] M.A. Ciocci, G.Punzi, P. Squillacioti, “Measurements of branching fractions and CP asymmetries in B±_{→ DCP}0 K±.”, CDF note 8993, (2007).

[47] CDF Collaboration , “Measurements of branching fractions and CP asymmetries in B±_{→ D}0

CPK±.”, CDF note 9109, (2008).

[48] Karen Gibson, “Measurement of CP Observables in B+ _{→ D}0_K+ _{Decays at CDF”,} 34th International Conference on High Energy Physics (ICHEP 2008).

[49] E. Baracchini, G. Isidori, “Electromagnetic corrections to non-leptonic two-body B and D decays.”, arXiv:0508071v1 [hep-ex], (2005).

[50] M.J. Morello, G. Punzi, G. Volpi, “A Fast Monte Carlo for generation of accurate kinematic templates of non-leptonic B and D decays.”, CDF note 8800, (2007). [51] CDF Collaboration, “Measurement of b hadron masses in exclusive J/ψ decays with

BIBLIOGRAFIA [52] CDF Collaboration, Observation of Bs → K+K− and Measurements of Branching Fractions of Charmless Two-body Decays of B0 and Bs Mesons in p-pbar Collisions at √_{s=1.96 TeV Phys. Rev. Lett. 97, 212802, (2006).}

[53] CDF Collaboration (P. Squillacioti for the Collaboration), CKM physics at CDF FERMILAB-CONF-06-362-E, Oct 2006. 4pp. Prepared for 13th International Con- ference in QCD (QCD 06), Montpellier, France, 3-7 Jul 2006. Published in Nucl.Phys.Proc.Suppl.174:173-176,2007., (2006).

[54] G. Punzi, “Comments on Likelihood fits with variable resolution.”, ar- Xiv:physics/0401045v1 [physics.data-an], (2004).

[55] M. Casarsa et al., “A method to disentangle distribution of kinematical variables of different particle species.”, CDF note 8453, (2006).

Nel documento Ricostruzione del decadimento B^- -> D^0_{DCS} pi^- a CDF (pagine 108-117)