S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar" 1 Résonances La violation de CP avec BaBar...

S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"1

RésonancesRésonances

La violation de CP avec BaBar La violation de CP avec BaBar

Premiers résultats de Babar sur la violation de CP

1. Qu’est ce que la physique des particules?

2. Qu’est ce que la violation de CP?

3. Qu’est ce que BaBar?

4. Premiers résultats

Violation de CP, Modèle Standard,matrice CKM, Triangle d’unitarité, sin2 (lumière Cerenkov, DIRC)

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Physique des particulesPhysique des particulesRecherche de la structure fondamentale de notre univers: Constituants élémentaires Interactions

Atomes olécules Réseaux cristallins Solides

e-

pn

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Encore plus élémentaire…Encore plus élémentaire…

Relativité E=mc2

Méca Quantique=probabilitésAvec de l’énergie on peut produire des particules (m)

Une flopée de nouvelles particules (e, …)

Se désintègrent …e,p,n

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Le Modèle Standard Le Modèle Standard

Notre compréhension ultime (aujourd’hui…)

Les briques:

e

e(56)

u

d

c(74)

s(64)

t(94)

b(77)

leptons

quarks

(61)

-1

0 (m=0)

+2/3

-1/3

Q

masse

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MSMS

Leptons Particules élémentaires Les neutrinos ont-ils une masse?

Quarks: jamais observés à l’état libre, toujours combinés sous

la forme (q q q) ou (q qbar):= confinement (pourquoi?) Ex: p=(uud),n=(udd),B0=(anti-b d)

Permet une classification de toutes les particules observées.

Observation de la granularité du proton

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MS (suite)MS (suite)

Pourquoi 3 familles?

LEP a confirmé 3 neutrinos (à 91 GeV). Mais au dessus?…

3 suffisant pour violation de CP Certains calculs théoriques (anomalies): annulation

des infinisavec 3 familles

Plus (probablement) possible loi de la « simplicité »

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Les interactionsLes interactions

La colle

Seulement 4

1. Forte ( cohésion entre quarks: confinement)

2. Électro-Magnétique

3. Faible (radioactivité)

4. Gravitation (quantique) non accessible expérimentalement Non comprise théoriquement

« électrofaible »

pas dans le MS

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La physique des La physique des particules aujourd’huiparticules aujourd’hui

MS 19 paramètres libres (ie. non prédits)

1. Mesurer ces paramètres

2. (sur-)contraindre ce modèle une théorie encore plus générale (« nouvelle physique ») ?

Aucune masse n’est prédite (9) comprendre la masse Des aspects non observés (boson de Higgs) Unification plus générale Gravitation…

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L’anti-matièreL’anti-matière

Relativité + Mécanique quantique (Dirac 1930)

anti-matière!

e- e+(observé en 1932)

Anti-particule= particule allant dans l’autre sens (P) et remontant le temps (T)

Théorème « CPT »

C

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Oui mais…Oui mais…

1. À la création de l’univers: particules=anti-particules

2. Notre univers (visible) est composé de matière Ou est passé l’anti-matière? Pourquoi existe-t-il quelque chose? (e+ e- lumière)

Il doit y avoir dissymétrie quelque part…

Sakharov (67): violation de CP nécessaire

Comprenons nous la violation de CP dans MS?

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C, P et TC, P et T

Recherche des « Lois de la physique »

Aidé par les invariances (symétries) Invariance dans le temps Invariance dans l’espace …

invariance sous C/P/T– P: on regarde dans un miroir– C: on échange en anti-particule on déduit les mêmes lois

– T: on passe le film à l’envers

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ViolationsViolations

C et P n’est pas conservé dans les désintégrations “faibles” (1957): neutrinos

T non plus (CPLear 90’s) CP?

1964: KL « viole » CP

NA48, kTev: K0 anti-K0 (cf Louis F.)

toujours avec des K…

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La violation de CP dans MSLa violation de CP dans MS

Matrice:

Non prédit par MS.

u

d

c

s

t

bfréquent

Moins fréquent

rareTrès rare

u c t

d Vud Vcd Vtd

s Vus Vcs Vts

b Vub Vcb Vtb

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Matrice « CKM »Matrice « CKM »

4 nombres indépendants 3 angles de « rotation entre familles » 1 nombre complexe CP

Kobayashi et Maskawa (en 73) + Cabbibo:

« matrice (C)KM »

( connuprécisément A assez précisément moins bienconnusliés à CP–représentés sur la même figure= «Triangle d’Unitarité »

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Triangle d’unitaritéTriangle d’unitarité

Les mesures jusqu’à présent : cotés du triangle

Avec BaBar on a accès à

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Pourquoi Babar ?Pourquoi Babar ?

1. Vérifier que « CKM »marche bien (véritable pré-diction des théoriciens: violation de CP pour les particules B0(b+anti-d)

2. CP sensible à la « nouvelle physique »: les angles pourraient ne pas coller avec les cotés…(0?)

3. Mesurer les paramètres du MS

4. + pleins d’autres mesures avec b, c, …

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La violation de CP avec BabarLa violation de CP avec Babar

Violation de CP dépendant du temps On produit par collision e+e- à 10 GeV un B0 et un B0 (« BaBar ») Chacun se désintègre On mesure le temps entre les 2 désintégrations

Pour certaines désintégrations rares (qq fois par millions):

N(B0f)(t) N( anti-B0 f)(t) +

On a accès à l’un des angle du Triangle d’Unitarité (on espère aussi mesurer les autres)

sin2sin(.47 t)

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Machine asymétrique en énergieMachine asymétrique en énergie

Pour mesurer t, le B0 et anti-B0 ne doivent pas se désintégrer au même endroit on veut un mouvement relatif entre les 2 B0s:

Accélérateur: e+(9 GeV) e-(3.1 GeV)

z 250 microns – OK pour un détecteur au silicium

e- e+

B0

B0

9 GeV

z

3.1 GeV

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Voyage au Etats-Unis Voyage au Etats-Unis

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SLACSLAC

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L’accélérateur (PEPII)L’accélérateur (PEPII)

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Pourquoi des détecteurs?Pourquoi des détecteurs?

Mesurer précisément les caractéristiques des particules

produites:

1. Particules chargées: se courbe dans un champs magnétique vitesse (impulsion)

2. Particules électriquement neutres: scintillent dans certains matériaux (calorimètres)

3. Particules instables (p.ex B0): peut se reconstruire à partir des produits de désintégration

« Analyse »= chercher l’aiguille dans la botte de foin.

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Le détecteur BaBar

Détecteur de vertex au silicium

DIRC Identification traces chargées

Chambre à dérive Traces chargées

Calorimètre électromagnétique .(

e-

(9 GeV)

e+

(3.1 GeV)

1 m

Champs magnétique 1.5TChamps magnétique 1.5T

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Le détecteur de siliciumLe détecteur de silicium

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La chambre à dériveLa chambre à dérive

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Le calorimètreLe calorimètre

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Un détecteur: le DIRCUn détecteur: le DIRC

Il existe plusieurs particules « stables » chargées (5)

Il est utile de savoir les reconnaître.Comment (identification)? On connaît leur impulsion p (courbure dans champ magnétique) Utilise l’effet « Cerenkov »: une particule qui va plus vite que la

lumière (dans un milieu!) effet « mur du son » : émet des photons sur un cône le long de sa trajectoire.

L’angle d’ouverture du cône dépend de l’énergie Énergie+impulsion masse (E2=p2c2+m2c4)

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Principe du DIRCPrincipe du DIRC

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A quoi ça ressemble? A quoi ça ressemble? 1 Les barres de quartz1 Les barres de quartz

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S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"33

Résultats: asymétrie CPRésultats: asymétrie CP

S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"34Toujours compatible avec MS et 0 avenir?

Premiers résultats de BabarPremiers résultats de Babar

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RésuméRésumé

La matrice CKM décrit la violation de CP dans le Modèle Standard.

Intérêt à tester à fond ce secteur qui peut réveler des surprises

Les premières mesures des angle du triangle d’unitarité sont compatibles avec les cotés et avec 0! À suivre …

Mesures de précision du secteur des quarks lourds (b,c)

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La revanche de La revanche de Pearl-Harbor?Pearl-Harbor?

Concurrent Japonais : « BELLE »

Attention à la contre-attaque!