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

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1 19/09/2012 Misura del momento di dipolo elettrico del τ con l'esperimento BaBar Roma Tre & INFN Lab. Nazionali di Frascati Babar Collaboration

2 Outline Il momento di dipolo dei leptoni Metodo di misura del momento di dipolo elettrico del tau all esperimento Babar 2/13

3 SETTORE ADRONICO 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 LEPTONICO La violazione di CP nel settore leptonico: non è stata mai misurata/quantificata La predizione del Modello Standard è estremamente piccola (correzioni a tre loop della QCD). Tuttavia 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 3/13

4 Momento di Dipolo La più semplice estensione dello SM che si può fare è quella di considerare una lagrangiana efficace generica, model-independent, che viola CP L eff = L SM + L n.s. CP V Questa Lagrangiana non-standard può essere parametrizzata, al primo ordine, con un momento di dipolo che quantifica la violazione di CP: L n.s. CP V = i 2 ψσ µν γ 5 ψd EM F µν i 2 ψσ µν γ 5 ψd EW Z µν 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 L EDM = i 2 ψσ µν γ 5 ψdf µν d σ E il limite non relativistico indica chiaramente una interazione da momento di dipolo 4/13

5 Esperimento BABAR Il rivelatore Babar è situato nel punto di interazione di un collider asimmetrico e + e - e lavora ad un energia del centro di massa GeV All energia di Babar possiamo essere sensibili al momento di dipolo elettrico (EDM) L n.s. CP V = i 2 ψσ µν γ 5 ψd EM F µν i 2 ψσ µν γ 5 ψd EW Z µν 5/13

6 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 d τ m e m τ [1] d τ (m τ ) 3 [2] L EDM = i 2 τσµν γ 5 τd τ F µν Ricerca dell effetto a livello albero del momento di dipolo elettrico del τ nella produzione di coppie e + e - τ + τ - 6/13

7 Re(d τ ) = (1.15 ± 1.70) e cm[3] Im(d τ )=( 0.83 ± 0.86) e cm[3] 30 fb milioni di coppie di τ (2002) Misure precedenti e valori attesi L analisi di Babar attualmente in corso sarà realizzata con: 500 fb milioni di coppie di τ Attuale sensibilità all EDM del tau VALORI ATTESI Modello Standard: d τ e cm Teorie di Nuova Fisica: d τ e cm[1] d τ e cm[2] Effetto del Mixing Leptonico: troppo piccoli per essere d τ e cm misurati può raggiungere valori accessibili sperimentalmente 7/13

8 Come si misura l EDM del tau In che modo il momento di dipolo influisce sulla sezione d urto e + ( p)+e ( p) τ + ( k, S + )+τ ( 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: dσ prod dω M2 prod = M 2 SM + Re(d τ )M 2 Re + Im(d τ )M 2 Im + d τ 2 M 2 d 2 Termine Standard CP Termini di interferenza CPT 8/13

9 Espressione esplicita delle grandezze da calcolare per l analisi: Grandezze da misurare Per calcolarle è necessario ricavare: 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 - ) 9/13

10 Decadimento adronico a due corpi (τ hν) 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 Ricostruzione dell impulso del τ Decadimento leptonico a tre corpi (τ lνν) 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 Belle calcola i valori di M 2 SM, M 2 Re, M 2 Im mediando su tutte le possibili configurazioni cinematiche. 10/13

11 Osservabili e metodo di misura 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 Sensitivity Offsets 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 11/13

12 Osservabili τ + π + ν τ τ π ν τ <Osservabile_Re> vs Re(d τ ) <Osservabile_Im> vs Im(d τ ) Risultato dello studio effettuato su un campione MC preliminare ridotto ottenuto con un generatore di eventi che non tiene conto del rivelatore 12/13

13 Estrapolazione del momento di dipolo Una volta estrapolati i valori di a i e b i 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... 13/13

14 Bibliografia [1] T.Huang, W. Lu, and Z.Tao, Phys. Rev D55 (1997) 33. [2] W.Bernreuther and O.Nachtmann, Phys. Rev. Lett. 73 (1989) [3] Search for the Electric Dipole Moment of the tau Lepton, Belle Collaboration. arxiv:hep-ex/ Grazie per l attenzione! 13/13