C(0,0) B(0,1) A(ρ,η) α γ β η ρ V*ub |λVcb| Vtd |λVcb| Bs→ Ksρ,DsK Bd→ J/ψKs,D*D Bd→ππ,ρπ B →ππ,ρπ,lνρ,... Bd→ B−d B → Dπ,lνD,...
Figure 3.4: Canaux de mesure des cots et des angles du triangle d'unitarit, dans le systme des msons B.
qui ne sont pas des tats propres de CP, ont une valeur propre qui dpend de la cinmatique des particules mises. Les taux d'vnements de valeur propre CP=+1 et CP=-1 doivent alors tre valus, par une tude des distributions angulaires par exemple. Cette superposition d'tats propres induit une dilution supplmentaire de l'asymtrie mesur, rendant plus dicile l'extraction des paramtres de violation de CP.
Pour certains canaux, les diagrammes pingouins n'ont pas la mme phase que le diagramme en arbre, leurs contributions respectives doivent alors tre values.
3.6 Conclusion
De toutes les mesures d'angles du triangle d'unitarit, celle de dans le canal
B0
!J=K0 est la plus prometteuse. Ceci pour trois raisons : 1. son taux de branchement est relativement important.
2. les diagrammes pingouins ont la mme phase faible que le diagramme en arbre. 3. la signature du J= dans le mode de dsintgrationJ= !l+l; est facilement
48 Chapitre 3. Violation de CP et Msons B
C'est ce canal, appel le canal roi, que nous nous proposons d'tudier dans la troisime partie de cette thse.
49
Partie II
51
Chapitre 4
L'Exprience
BaBar4.1 Le collisioneur PEP-II
4.1.1 Contexte physique
L'objectif principal de l'exprience BaBar est de mesurer les paramtres de la violation de la symtrie CP dans le systme des msons B et de sur-contraindre le triangle d'unitarit. Les msons B peuvent tre produits l'aide d'un collisioneur
e+e; au pic de production de la rsonance (4S) (10.58 GeV). L'(4S) est un tat libb dont la masse est lgrement suprieure au seuil de production des pairesB0
dB0
d
etB+B;. Il se dsintgre dans presque 100% des cas en une paire B0
dB0
d ouB+B;. La section ecace de productione+e;
!(4S)a t mesure par l'exprience CLEO avec des faisceaux de mme nergie (1:070:03)nb au pic de production (voir gure 4.1). Les msons B0
d produits lors de la dsintgration du (4S) sont mis dans un tat cohrent.
Pour deux msons B0
d (que nous noterons simplement B0 par la suite), produits l'instant t0 dans un tat cohrent, si l'un des deux B0 (B0 ou B0) se dsintgre l'instant t1 dans un canal spcique de sa saveur (canal d'tiquetage) alors au mme instant la saveur de l'autre B0 est xe la saveur oppose (B0 ou B0) (voir gure 4.2). Si cet autre B se dsintgre l'instant t2 en un tat propre de CP il est alors possible d'tudier la distribution du temps d'oscillation, t = t2
; t1, du B0 en fonction de sa saveur l'instantt1.
La rsolution que l'on peut obtenir sur les paramtres de violation CP est directement dpendante de la rsolution surt, ou plus exactement de la rsolution sur la distance parcourue par les msons B, z = ct. Dans le centre de masse du (4S) les msons B sont produits avec une impulsion de l'ordre de 325 MeV/c, leur distance de vol moyenne est alors de c =20m. Donc si l'(4S) est produit au repos, la distance de vol moyenne des B est trop faible pour tre mesure avec susamment de prcision avec les techniques actuelles. Pour rendre la lon-gueur de vol des particules mesurable on doit produire le (4S)avec une pousse de
52 Chapitre 4. L'Exprience BaBar
Figure 4.1: Section ecace e+e;
! bb dans la rgion du (4S) au (6S). Source CLEO50]
Lorentz consquente. Pour cela on utilise un collisioneure+e; asymtrique en nergie. Si z est mesur de manire exacte, alors l'incertitude que l'on peut obtenir sur
sin2 (o = ) est min(sin2 ). Le fait que z soit mesur par le dtecteur avec une certaine rsolution,(z), induit une dilution de l'asymtrie mesur et donc incertitude sur sin2 plus importante. Cette dilution dpend de la longueur de vol des msonsB dans le rfrentiel du laboratoire ou plus prcisment de la pousse de Lorentz du (4S). La gure 4.3 reprsente l'volution de l'incertitude sur sin2 en fonction de l'nergie du faisceau d'nergie la plus haute. Ceci pour 3 valeurs de(z). Actuellement avec un dtecteur de vertex il est possible d'atteindre des rsolutions sur z de l'ordre de 100 m 46]. Avec une nergie du faisceau de haute nergie suprieure 8 GeV la contribution de(z) sur l'incertitudesin2 est notablement rduite, et la rsolution sur la position enz n'est plus un problme critique.
4.1.2 Param tres du collisioneur
Le collisioneur PEP-II est situ sur la zone exprimentale IR2 du laboratoire de l'acclrateur linaire de Stanford (SLAC) (voir gure 4.4). C'est un collisioneur asymtrique form de deux anneaux de stockage indpendants. L'anneau de haute
4.1. Le collisioneur PEP-II 53 0 zCP zTAG z= ∆ -B0(t )1 B0(t )2 B0(t )1 Partie etiquetage B0B0 t Etat CP de la violation de CP d’observation z oscillations Etat coherent zTAG z
Figure 4.2: Dsintgration d'un tat cohrent B0
;B0. Dans ce schma un des deux msons s'est dsintgr l'instant t1 en un tat spcique de saveur tandis que l'autre s'est dsintgr l'instant t2 en un tat propre de CP.
nergie, pour le faisceau d'lectrons d'une nergie de9:000GeV, utilise l'ancien anneau de PEP-I amlior pour pouvoir supporter un faisceau de haute intensit. L'anneau de basse nergie qui stocke un faisceau de positons d'nergie3:109GeV est quant lui en cours de construction au dessus du premier anneau. L'injection dans les anneaux se fait partir d'lectrons et de positons extraits de l'acclrateur SLC l'nergie dsire. Les travaux de construction du collisioneur PEP-II s'achveront en Octobre 1998. Actuellement le faisceau de haute nergie circule dj avec une intensit de 750 mA.
L'nergie dans le centre de masse, Ecm = 10:58 GeV, est lgrement suprieure la masse de l'(4S). La pousse de Lorentz cr par l'asymtrie des faisceaux est de =0:5568. La distance de vol moyenne des B dans le rfrentiel du laboratoire est alors c = 260m. La gure 4.5 illustre l'eet de l'asymtrie du collisioneur sur les angles d'missions des particules. Pour une meilleure couverture angulaire, le dtecteur BaBar est donc, lui mme, asymtrique.
La luminosit annonce de PEP-II est de L=310
33 cm;2s;1 pour commencer. Soit peu prs3210
6 pairesbbattendues par an. A comparer avec les310
6 paires
bb de CLEO, les 10
6 paires bb d'ARGUS et les0:610
6 par exprience du LEP. La section ecace moyenne de production du (4S) autour du pic mesure par CLEO est de (1:07 0:03) nb (voir gure 4.1). Le continuum est principalement constitu de pairesccetuu( 1:2nb chaque) et dans une moindre mesure de pairesss
54 Chapitre 4. L'Exprience BaBar 6 7 8 9 10 1 2 3 4 5
Energie du faisceau (GeV)
(sin 2 ) min σ σ Φ/ σ(∆ )= µ σ(∆ )= µ σ(∆ )= µz 80 m z 50 m z 110 m
Figure 4.3: Incertitude atteinte sur l'angle du triangle d'unitarit en fonction de l'nergie du faisceau de haute nergie. Pour 3 valeurs de la rsolution sur z. etddavec une section ecace de production des pairesqq totale d'approximativement 3 nb. Le collisioneur PEP-II produira aussi de nombreuses paires +; avec une section ecace de 0.91 nb.
Les paramtres principaux du collisioneur PEP-II sont rappels dans le tableau suivant :
nergie dans le centre de masse 10.580 GeV nergie des faisceaux e; et e+ 9.000 et 3.109 GeV Intensit du faisceau de haute nergie 986 mA Intensit du faisceau de basse nergie 2140 mA Luminosit nominale 3:010
33 cm;2s;1
Dimension horizontale du spot 155 m Dimension verticale du spot 6:5 m Temps entre de croisements 4.2 ns Temps de vie de la luminosit 2.5 h
Fonction au point d'interaction e; : 0.5 m (V) 0.02 m (H)