3/9/2014 Encanto y belleza en los quarks más pesados ( introducción a la física de quarks pesados ) I- Motivación (teórica) II - Retos (experimental) Juan.

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1 3/9/2014 Encanto y belleza en los quarks más pesados ( introducción a la física de quarks pesados ) I- Motivación (teórica) II - Retos (experimental) Juan Pablo Fernández Ramos (CIEMAT)

2 Perito accidentes Su reconstrucción del suceso Simil : ¿Físico experimental de partículas = perito ?

3 Perito accidentes Su reconstrucción del suceso ¿Físico experimental de partículas = perito ? ¿ Qué colisión ha dado lugar a ese estado final ?

4 Perito accidentes Su reconstrucción del suceso Un perito (al igual que un Físico de Partículas) puede llevar a cabo un tratamiento estadístico de sus datos “SI BEBES NO CONDUZCAS” : ¿ES ESO CIERTO?

5 Hadrons are systems bound by the strong interaction, which is described at the fundamental level by Quantum Chromodynamics (QCD). While QCD is well understood at high energy in the perturbative regime, low-energy phenomena such as the binding of quarks and gluons within hadrons are more difficult to predict. High precision measurements are most useful to test the reliability of several models and techniques, such as constituent-quark models or lattice-QCD calculations, into predicting the mass spectrum and the properties of the hadrons. “factorization”, i.e. separating long and short-distance Physics, is important for B decays, because much of the theoretical progress in the subject relies on being able to separate the short-distance physics at scales 1/mW and 1/mb which determines the quark-level process (and for which perturbation theory is a useful tool) from the complex long distance physics of hadronization. Effective field theory is a tool which makes this factorization automatic. Nos vamos a centrar en estados finales concretos (con b) ¿Por qué estudiar los quarks más pesados bottom y top (b y t)? Heavy quark hadrons are the hydrogen atom of QCD Conceptos teóricos: masses, lifetimes, rare-decays, CPV Violación CP (CPV), sabor de quark, oscilación de hadron-b Nos ayudan a conocer mejor el Modelo Estándar (SM) Comprueban la existencia de nueva física [test de lo conocido y búsqueda de lo desconocido]

6 Violación CP: materia y antimateria se comportan de un modo diferente La violación de CP es la no-conservación de los nºs cuánticos de conjugación y paridad.

7 A t~10 -6 s a.B.B., había 10 10 -1 antiquarks por cada 10 10 quarks. La parte simétrica se aniquiló en γ y ν. La parte asimétrica dió lugar a nuestro universo CPV tiene algo que ver ( pequeña asimetría a~10 -6 s ) Violación CP es un ingrediente necesario (pero parece que insuficiente) ¿Por qué se estudia CPV? Estamos en un universo dominado por materia

8 El punto clave aquí está en que en la mecánica cuántica podemos expresar nuestros estados como combinaciones lineales de una base de estados que son, en general, estados propios de algún observable (realmente de un conjunto completo de observables que conmutan). En la física de los neutrinos podemos asumir que tienen masa y que por lo tanto tendremos la masa del neutrino tipo 1, del tipo 2 y del tipo 3. Es decir, tendremos unos autoestados dados por el tipo de neutrino de masa dada: El problema es que los estados con masa definida no son estados con sabor definido. Es decir, no podemos hacer una relación del tipo masa1 corresponde con neutrino electrónico, masa2 con el muónico, etc. El problema es que estamos usando diferentes bases y para relacionar las bases de sabor y las bases de masas tenemos que tomar una matriz de transformacion (esto es algebra lineal elemental). Uno puede entender eso dibujando un par de sistemas cartesianos de dos dimensiones, con dos ejes cada uno, donde en uno de ellos está el estado y otros dos ejes, con el origen común pero rotados un ángulo, con los estados. Por tanto, relacionamos las bases por una matriz de rotación, donde efectivamente escrito en la base de masas tendrá contribuciones de ambos neutrinos de masa definida. El ángulo de giro ese, se conoce como angulo de mixing y se puede medir en los experimentos. http://cuentos-cuanticos.com/2011/07/17/neutrinos-balancines/

9 Sabor de un quark: un ńumero cuántico importante en el SM Hay tres generaciones de pares de sabores de quarks Un quark de un determinado sabor es un autoestado de la parte débil del Hamiltoniano del SM (interactúa de un modo definido con los bosones W y Z) En el SM el número cuántico de sabor se conserva en las interacciones fuertes y E-M. Sólo puede cambiar en procesos de corriente cargada débil descritos por el intercambio de un boson W +-. El W se acopla en buena aprox. a pares de la misma generación pero son posibles transiciones Combinación de un quark b y 1 ó 2 quarks más Los hadrones resultado de combinaciones (b,s), (b,d), (s,d) y (c,u) sufren transiciones del tipo FCNC: oscilan, se mezclan +1/3 -1/3 - + +1/3 -1/3 -2/3 +2/3 - +1/3 -- ∄ hadrones-t Hadrones-b :

10 VCKM es compleja (tiene una fase). Esa fase viola CP, la invariancia de conjugación-paridad de la teoría, y en el SM es responsable de la violación de CP observada en los sistemas K y B. Rate of Bs0Bs0  Γ(B f ) Γ(anti-B anti-f ) VCKM describe cómo se llevan a cabo las transiciones de sabor Matriz VCKM : V tb V ud large CPV large small CPV small CPV

11  s SM  -arg[(V ts V tb * ) 2 / (V cs V cb * ) 2 ] + La fase de violación CP en el SM, β s SM  -arg[(V ts V tb * ) 2 /(V cs V cb * ) 2 ], es pequeña CPV procede de la interferencia entre las amplitudes de mezcla y desintegración ¿Por qué estudiar CPV en Hadrones-b ? Bs0Bs0 La fase CP entre los dos caminos de desintegración es β s Bs0Bs0 J/ Ψ  φ => sin (2 β s ) - La observación de una gran fase CP en B s 0  J/ Ψφ  sería un signo inequívoco de nueva física c _ s s __ s _

12 12 New Physics CPV in B s 0 Decays Under the existence of new physics... In B s 0  J/ , we would measure 2  s = (2  s SM  s NP ) ~ -  s NP Observation of large CP phase in B s 0  J/   unequivocal sign of new physics (new unknown contribution in the loop process? ) '' ' + unknown flavor structure Under the existence of new physics... In B s 0  J/ Ψφ, we would measure 2 β s = (2 ɸ s SM  ɸ s NP ) ~ - ɸ s NP Observation of large CP phase in B s 0  J/ Ψφ   unequivocal sign of new physics (new unknown contribution in the loop process? ) Precision Measurements and Flavour Physics: there are many reasons to believe that the standard model is not the correct description of nature at scales above a few hundred GeV or so. Historically, there have been two ways to discover new particles experimentally. The first is to build ever-larger colliders which can directly create more and more massive particles. The second is to perform precision lowenergy measurements, which corresponds to looking for new physics via virtual effects. While the first is usually preferable, because it’s easiest to study particles if you can actually make them, important complementary information can be found by following the second path. This is the course being pursued at the B factories at SLAC and KEK, as well as by many other precision low energy experiments, and has has a number of important successes in the past. Here are a few examples:

13 ¿ Cómo se realizan las medidas ? ¿ Cúales son los retos para hacerlo posible ? Acordaos del simil del perito... Lado experimental Producción (aceleradores) Selección (trigger) Medición (subdetectores)

14 Los accidentes están controlados por decenas de Físicos, ingenieros y técnicos que controlan constantemente haces de partículas que aceleran y posteriormente hacen colisionar. Son como “circuitos de carreras” donde controlas los coches y sus accidentes/colisiones Aceleradores de partículas. ¿Quien provoca los accidentes en Fª de Partículas?... pero no lo que resulta de la colisión... Túnel Bajo tierra

15 Eres un cámara y sólo quieres grabar en la carrera de indianápolis cuando del resultado de un choque surgen cierto tipo de partículas. Tienes que decidir muy rápidamente si interesa o no (si grabar o no) usando trigers selectivos basados en las caraterísticas peculiares de las partículas que te interesa grabar Como controlas las colisiones pero no lo que resulta de la colisión, se necesita un sistema/triger

16 Una vez elegido/grabado/almacenado la colisión de interés, como perito, se procede a la evaluación de la misma: - Con los restos (depósitos de energía de otras partícuas en las que se ha desintegrado la original) se tratan de recomponer las partículas producidas en la colisión ¿los pedazos de la colisión que tipo de auto forman? - Se realizan medidas de esas partículas ¿a qué velocidad iba el auto, qué tipo de auto (cuántas ruedas, de qué tipo, motor, marca, piloto, etc)?

17 g g Flavor Creation (gluon fusion) b Flavor Creation (annihilation) q b q b Flavor Excitation q q b g b b Gluon Splitting g g g b Los quarks se fragmentan en hadrones: B c - (bc),  b (bdu),  b + (buu),  b - (bdd), Ξ b - (bsd), Ω b - (bss), B s 0 (bs), B 0 (bd), B - (bu), tb. B*, B**, etc   Los hadrones B se desintegran débilmente y buscamos sus productos de desintegración (la desintegración débil de los quarks depende de parámetros fundamentales del SM) - - - - Gran sección eficaz  (pp  bb ) ~  b (vs ~ nb at the  (4s) resonance [B factories]) - b - - en factorías de B : e + e -  B0/B0 y B + /B - a la energía del ϒ (4S). - en col. Hadrónicos : pp  bb, pp  bb - - - - Producción de b:

18 Proceso de selección de b's QCD(lighter quarks): fondo enorme al proceso  (pp  bb) Para eliminar fondo-QCD los hadrones-b se filtran usando trigers selectivos basados en sus caraterísticas peculiares: events selected by a J  ψ  oriented dimuon trigger events selected by an impact parameter based trigger (SVT) - - calorimeter  chamber  stub Central tracker Central track Measurements : Central tracking chamber: - Track momentum - Trajectory Muon chambers: - Trajectory (stub) Require : - Central track - Muon stub - Position and angle match between central track and muon stub

19 Gracias a estos procesos de selección (triggers) de b's los experimentos acumulan grandes muestras ricas en b!

20 Medición : Masa y vida media de B +, B 0 & L b Violación de CP en B s 0  J/ψφ

21 ¿Cómo observar las colisiones? una de las “Catedrales” de la Física Como una cámara digital 3D de 80 Mpixel, de 12500 toneladas, 21x15x15 m 3 y a 100m bajo tierra. Compact Muon Solenoid Cada tipo de partícula deja una señal distinta en el detector. Esta cámara hace 40 millones de fotos/s ! Con las partículas cargadas, medimos el rastro dejado en algún material Producción (aceleradores) Desint./Selección (trigger) Medición (subdetectores) Se disponen de capas concéntricas de distintos detectores, donde las distintas partículas van depositando energía

22 Masa invariante: Reconstrucción individual de una traza Combinación de trazas para formar una hadron-b Reto : una medida precisa de la masa requiere una buena medida del momento de las partículas (trazas) del estado final. Para ello se requiere un sistema de detección de trayectorias de trazas con una excelente resolución Momento = trayectoria

23 Los hadrones-b decaen en SV lejos del PV Vidas medias de hadrones-b SVSV PVPV Ayuda de detectores de silicio con una extremedamente buena resolución en posición Con estas medidas de masa y SV se pueden hacer medidas de precisión de las vidas medias… Siguiente paso : tratamiento estadístico de los datos Reto : medir el vértice 2º con suficiente precisión ct

24 Análisis estadístico de los datos: método de ajuste o estimación por máxima verosimilitud (MLM) Tenemos N medidas de la cantidad x {x 1, x 2, … x n } (x es masa y ct). f(x|a,b) es una función de densidad o función de probabilidad o dns. de prob. Queremos determinar los parámetros a y b. MLM: dada cierta f-hipótesis/modelo, elegimos los valores de a,b que maximizan la probabilidad de obtener los valores (x i 's) que medimos. ¿Cómo se obtiene el MLM? La probabilidad de medir x 1 es f(x 1 | a,b )dx... La probabilidad de medir x n es f(x n | a,b )dx Si las medidas son independientes, la probabilidad de obtener ese conjunto de medidas es: L = f(x 1 | a,b )dx * f(x 2 | a,b )dx... f(x n | a,b )dx = f (x 1 | a,b ) * f (x 2 | a,b )... f (x n | a,b )dx n Podemos olvidarnos de los términos dx n pues se trata sólo de una constante de proporcionalidad L =Π i f(x i |a,b) Función de verosimilitud Queremos escoger el valor de los parámetros a,b que maximicen la función de verosimilitud, : δL/δα| α=α * = 0, donde α puede representar una matriz de parámetros (a,b,vida media,etc).

25 ¿Cómo ajustar(modelar) estos datos? La funcion L =Π i f(x i |a,b) para e l caso de medida de la vida media de una partícula depende de más de una variable pero se puede factorizar en producto de funciones f que dependen de cada variable x (asumiendo que son variables independientes). El truco, está en acertar con el modelo : las funciones de densidad f o densidades de probabilidad para cada variable x. Las funciones f pueden ser a su vez combinación de varias funciones debido a la contribución de varios agentes físicos (por ejemplo, varias partículas, varios tipos de fondo, etc)... Hablemos de modelos (f)

26 Flavor Creation (annihilation) + B-decay to Modeling the signal : x is mass and ct  +  - Results are typically shown in logaritmic scale q b (B  J/ψX) b q _ q b q b (B  J/ψX )  +  - Mass ct

27 l l q q p p - qc,b(D,B') q c,b Modeling the background Mass ct Results are typically shown in logaritmic scale

28 x is Mass f f' f'' + + + x is ct Results are typically shown in logaritmic scale

29 We get the parameters for the resolution model from sideband events The parameters (a,b) are the particle's mass, lifetime, etc

30 CP Violation in B s 0  J/ψφ ¿Qué medimos experimentalmente? Miramos cualquier diferencia en propiedades como vida media, descomposición angular de la amplitud, etc entre una desintegración y su “imagen especular” como resultado de aplicar las transformaciones de C y P Medimos Γ(Bf)-Γ(anti-Banti-f), diferencia de tasas de desintegración Bs0Bs0  Rate of

31 Flavor Creation (annihilation) q b q b Reto : Determinar partícula/antipartícula en producción CP Violation in B s 0  J/ψφ Γ(B s 0 J/ψφ ) [cτ] - Γ(anti-B s 0 J/ψφ ) [cτ] ~sin(2β s ) Γ(B s 0 J/ψφ ) [cτ] + Γ(anti-B s 0 J/ψφ ) [cτ]

32 Same Side Opposite Side The final tag is the combination (properly weighted) of all the different tagging methods Output: decision (b-quark or b-quark) and the quality of that decision - b quarks generally produced in pairs at Tevatron Tag either the b quark which produces the J/ ψ ϕ (SST), or the other b quark (OST) SST is based on flavor-charge correlations, i.e. tag on the leading fragmentation track OST searches lepton (either an electron or a muon) in the other side coming from the semileptonic decay of the other B. Etiquetado de sabor (flavor tagging)

33 33 Overview of fit Single event likelihood decomposed and factorized in: : probability distribution functions (PDFs) for signal : PDFs for background f s : signal fraction (fit parameter) Single event likelihood decomposed and factorized in:

34 34 P s (m|s m ) : Gaussian N(m,s m ) P b (m) : 1 st order polynomial Mass: discriminate signal against background Measured quantities that enter in the fit and their probability function (I) reconstructed mass of B s 0,B s 0 and its error, decay time and its error, transversity angles, flavor tag decision, dilution D

35 35 Measured quantities that enter in the fit and their probability function (II) reconstructed mass of B s 0,B s 0 and its error, decay time and its error, transversity angles, flavor tag decision, dilution D Angles: Separate CP-even from CP-odd final states  ={-1,0,+1}: tag decision D: event-per-event dilution  (  ): detector effects  - Decay-time: Lifetime of each CP and flavor state Bs0Bs0 Bs0Bs0 P b ( t |  t ) : delta function at t = 0 + one (two) exponentials for t 0)  Gaussian resolution function P b (  ) = P b (cos  T ) P b (  T ) P b (cos  T ) ; P b ’s from sidebands events _ ξ ={-1,0,+1}: tag decision D: event-per-event dilution  P b ( t | σ t ) : delta function at t = 0 + one (two) exponentials for t 0)  Gaussian resolution function

36 La mejor herramienta que tenemos para describir la naturaleza son las matemáticas. La Física de Partículas (a pesar de ser una ciencia fundamentalmente experimental) no es una excepción Dualidad teoría-experimento Dualidad teoría-experimento Teoría y experimento : cara y cruz de la misma moneda Las teorías surgen a partir de lo que se observa en la naturaleza o de lo que vemos en los experimentos. Del mismo modo, para comprobar las nuevas teorías, se necesitan nuevos experimentos… Teórico Experimental ¿ Por qué hacer esto?

37 Hadrons are systems bound by the strong interaction, which is described at the fundamental level by Quantum Chromodynamics (QCD). While QCD is well understood at high energy in the perturbative regime, low-energy phenomena such as the binding of quarks and gluons within hadrons are more difficult to predict. High precision measurements are most useful to test the reliability of several models and techniques, such as constituent-quark models or lattice-QCD calculations, into predicting the mass spectrum and the properties of the hadrons. “factorization”, i.e. separating long and short-distance Physics, is important for B decays, because much of the theoretical progress in the subject relies on being able to separate the short-distance physics at scales 1/mW and 1/mb which determines the quark-level process (and for which perturbation theory is a useful tool) from the complex long distance physics of hadronization. Effective field theory is a tool which makes this factorization automatic. Heavy quark hadrons are the hydrogen atom of QCD masses, lifetimes, rare-decays, CPV Los resultados de los análisis sobre las colisiones, nos ayudan a conocer mejor el Modelo Estándar (SM, modelo teórico): el SM dice que p y n tienen estructura interna Comprueban la existencia de nueva física Test de lo conocido y búsqueda de lo desconocido ¿ Por qué hacer esto?

38 38 Results φ s = 0.07 ± 0.09 (stat) ± 0.01(syst) rad ΔΓ s = 0.100 ± 0.016 (stat) ± 0.003 (syst) ps -1 SM: φ s ≈ -2β s = - 0.036 ± 0.002 rad, ΔΓ s = 0.087 ± 0.021 ps -1

39 39

40 El programa de hadrones pesados enriquece la física dentro y fuera del SM : - Heavy baryons - Precision lifetimes of all B hadrons - CPV - top mass, width, σ, etc Conclusions EWQCD New Physics top Precise measurements of φs and ΔΓs, will put severe constraints on NP in Bs mixing Large, well understood data samples from experiments.

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42 Quién es el quark top? Masivo m t = 173.34  0.75 GeV/c 2 Anchura  t = 2.0 +0.3 -0.6 GeV tiempo de vida media muy corto  10 -25 s Su sección eficaz es grande en el LHC (debido al gran flujo de gluones) La que más se acopla al bosón de Higgs. m t y m W constriñen m H Contribución dominante en correcciones radiativas Medidas de precisión del quark top pueden dar información sobre ruptura de la simetría EW. Nuevas partículas pueden desintegrarse en quarks top (portal para nueva física) Quién es el quark top?  La partícula elemental más masiva hasta el momento (incluído el bosón de Higgs!!) m t = 173.34  0.75 GeV/c 2  la que más se acopla al bosón de Higgs  El quark top es ubicuo. Su sección eficaz es grande en el LHC ( debido al gran flujo de gluones )  Anchura  t = 2.0 +0.7 GeV  Medidas de precisión del quark top pueden dar info sobre ruptura de la simetría electrodébil.  O incluso nuevas partículas pue- den desintegrarse en quark tops  portal para nueva física? Masa de los quarks  ħ/  ħ  ∙    eV s

43 Diagrama dominante en Tevatron (pp) LHC Diagramas dominantes en LHC (pp) Modo de producción predominante: pares tt (int. fuerte)  W+ b W- b q q  t t ud e - ν e __ gg ~85% ~15% qq ~10% ~90% _

44 Desintegración del quark top Estados finales: siempre 2 quarks b  jets según desintegración de W: tt  bb l + l -  di-leptónico tt  bb qq’ l  leptónico + jets tt  bb qq’ q’’q’’’ hadrónico----- ---- Se desintegra antes de hadronizar a t  Wb (V tb  0.998) t  W + b t  W - b W es real (no es un propagador) W  l  (l=e, ,  ) BR: (10.80± 0.09)% por leptón W  qq’ BR: (67.60± 0.27)% -- Proceso creación pares t anti-t __

45 Reconstrucción (identificación) tt Objetos (partículas) reconstruidos Leptones (e, ,  ) aislados (sin actividad alrededor) Jets b-jets : etiquetado (b-tagging) Energía faltante : MET ¿Qué es b-tagging? Identificación de jets (b-jets) originados en el proceso de hadronización de un quark b Se usan las propiedades que distinguen al quark b de los demás Masa del b-quark 4.18 GeV > c-,light-quark τ B > resto hadrones. Multiplicidad trazas en b-jet~ 5 Trigger: e, ,  aislados, MET b-jet

46 Fondos irreducibles Fondos instrumentales Debido a mala reconstrucción de objetos ( falsa MET, falsos e, μ, mistag b )

47 Medidas sobre el quark top Necesitamos medir (parametros fundamentales del SM): m, Г spin carga Acoplos a W, Z, γ,G y H σ y d σ / d x Búsquedas m t = 173.34  0.75 GeV/c 2

48 Sección eficaz de producción t anti-t N data, cuántos candidatos a quark tops se reconstruyen requiere : *gran precisión y conocimiento de calibración de detectores *gran control de otros procesos del SM que tengan un estado final similar: fondos, N bkgd ; tener en cuenta posibles candidatos de otros procesos exóticos (nueva física) en la muestra *L: dado por acelerador *A, ∈ : factores corrección donde estudio previo de bosones W, Z, nos asegura estos 2 puntos (leptones, fakes…)

49 Secciones eficaces a  s = 7,8 TeV Medidas dominadas por incertidumbres sistemáticas  LHC es una factoría de quarks top Buen acuerdo datos -predicciones teóricas del SM

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51 El programa de hadrones pesados enriquece la física dentro y fuera del SM : - Heavy baryons - Precision lifetimes of all B hadrons - CPV - top mass, width, σ, etc Conclusions El top será estudiado con mucho detalle en LHC - Top decays before it has time to hadronize; no top mesons. - Top production is perturbatively calculable because of the large mass of the top. - Single top production rate are substantial and give sensitivity to V tb. - Associated production of vector bosons Z,H, gamma, jet will give information about the top couplings. EWQCD New Physics top

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53 Precise measurements of φs and ΔΓs, will put severe constraints on NP in Bs mixing Large, well understood data samples from experiments ΔG s = G L – G H

54 Modo de producción no predominante: t (int. debil) Establecido y medido por Tevatron y LHC  = 42 pb  s = 7 TeV Establecido y medido por CMS en 2014  = 8.1 pb  s = 7 TeV Establecido y medido por D0 (Tevatron) en 2013  = 3.2 pb  s = 7 TeV t channel s channel W-associated channel

55 Reconstrucción cinemática t anti-t Reconstrucción es compleja, no existe pico de masa (como en Z). Existen partículas (ν, ¿materia oscura?) que escapan indetectadas Aplicar conservación mom. en plano ⊥ productos finales de colisión Se realizan todas las posibles permutaciones de asignación de jets/partículas a cada rama (top) Ajuste de las medidas disponibles, maximizando la probabilidad de la desintegración y la cinemática resultante:  2 Sólo el caso hadrónico es resoluble totalmente (dentro de incertidumbre sistemáticas de medidas y calibraciones) En el resto, asunción de ciertas igualdades, en cada rama de desintegración: m W, m t, m t1 =m t2, m W1 =m W2

56 Time evolution of B s flavor eigenstates from Schrödinger equation: Neutral B s system Experimentally accessible The magnitude of the box diagram gives the oscillation frequency  m s = m H - m L ≈ 2|M 12 | ;  m s = 17.77  0.12 ps -1 (CDF) Diagonalize mass and decay matrices → obtain mass eigenstates (mixture of flavor eigenstates) Mass eigenstates have different decay widths (lifetimes)  =  L –  H ≈ 2|  12 | cos  s ; DG = 0.08  0.06 ps -1 (CDF) [part of this analysis] The phase of the diagram gives the complex number q/p = e -i  s where  s = arg (-M 12 / G 12 ) [ CP-violating phase] Mass eigenstates have different decay widths (lifetimes)  ΔG s = G L – G H ≈ 2|G 12 | cos  s ; DG = 0.08  0.06 ps -1 The magnitude of the box diagram gives the oscillation frequency Δ m s = m H - m L ≈ 2|M 12 | ; Δ m s = 17.77  0.12 ps -1 Diagonalize mass and decay matrices → obtain mass eigenstates (mixture of flavor eigenstates) Diagonalize mass and decay matrices → obtain mass eigenstates (mixture of flavor eigenstates) Diagonalize mass and decay matrices → obtain mass eigenstates (mixture of flavor eigenstates) Time evolution of B s flavor eigenstates from Schrödinger equation: Neutral Bs system

57 Collider sigma (pb) Tevatron 7.26 LHC 7 127.7 LHC 8 248.1 LHC 14 977.5

58 Secciones eficaces diferenciales Mejor descripción con NNLO que NLO, en dileptones y semileptónico Resultados acordes con SM Junto con mW permitió poner límites indirectos a mH Masa del quark top Spin del quark top y sus correlaciones

59 Identificación de jets (b-jets) originados en el proceso de hadronización de un quark b o antiquark bbar puede ser más o menos eficiente según el algoritmo de identificación que se use. Hay que calcular es eficiencia. Se calcula el cociente entre la eficiencia medida en datos / eficiencia MC B-Tagging Efficiency

60 Se calcula el cociente entre la eficiencia medida en datos / eficiencia MC

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62 b-hadrons Lifetime: largely determined by charged weak decay of b quark Interactions of quarks inside hadrons change these lifetimes by up to about 10%. In  B+ /  B0 = 1.063  0.027, In  Lb /  B0 = 0.88  0.05 HQE predicts   (B u )>  (B d ) ~  (B s ) >  (L b )>>  (B c ) Why b-hadron lifetimes ? The measurement of lifetimes (and ratios) can be used to evaluate deviations from the naive spectator quark model : b quark decays like free “particle” => all B hadron lifetimes are equal In reality QCD => lifetimes of B hadrons study the interplay between strong and weak interaction

63 Results φ s = 0.07 ± 0.09 (stat) ± 0.01(syst) rad ΔΓ s = 0.100 ± 0.016 (stat) ± 0.003 (syst) ps -1 SM: φ s ≈ -2β s = - 0.036 ± 0.002 rad, ΔΓ s = 0.087 ± 0.021 ps -1 ΔG s = G L – G H

64 Peak at 0 comes from prompt J/ ψ (main source: Drell Yan) Long lived tail is mostly our B s 0  J/ ψ ϕ Signal B s 0 Lifetime Reconstruction - l l q q p p - B s 0 travels ~ 450  m before decaying into J/ Ψφ Properties of decay depend on decay time, CP at decay, and initial flavor of B s 0 / B s 0

65 Overview of fit Single event likelihood decomposed and factorized in: : probability distribution functions (PDFs) for signal : PDFs for background f s : signal fraction (fit parameter) Single event likelihood decomposed and factorized in:

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69  0 b lifetime measurement t (  0 b ) = 1.537±0.045±0.014 ps t (  0 b )/ t (B 0 )=1.020  0.030  0.008 Theory: t ( L 0 b )/ t (B 0 ) =0.88  0.05 Some theories favour higher ratio 0.9-1.0 Measurement of t (B + ), t (B 0 )& t (B + )/ t (B 0 ) t (B + )= 1.639 ± 0.009± 0.009 ps t (B 0 )= 1.507 ± 0.010± 0.008 ps t (B + )/ t (B 0 )= 1.088 ± 0.009± 0.004 In agreement with theoretical prediction:  t (B + )/ t (B 0 ) =(1.063  0.027) (theory) B hadron lifetimes

70 Mass: discriminate signal against background Tratamiento estadístico. Modelo y variables x: cantidades medidas que forman parte de la función de probabilidad reconstructed mass of B s 0,B s 0 and its error, decay time and its error, transversity angles, flavor tag decision, dilution D Angles: Separate CP-even from CP-odd final states Output: parámetros α (siguiente transp.) 

71 Reto : medir el vértice con precisión