LHCb. Large Hadron Collider beauty Experiment. Jens Frech

Transkript

1 LHCb Large Hadron Collider beauty Experiment Jens Frech

2 Gliederung Einleitung Aufbau des LHCb-Experiments Ergebnisse X (3872) Z (4430) Pentaquark

3 Einleitung Größe: Länge: 21 m Höhe: 10 m Breite: 13 m Gewicht: 5600 t Knapp 1000 Mitarbeiter aus 17 Ländern Schwerpunktsenergie von 13 TeV

4 Ziele des Experiments Untersuchung von Antimaterie Warum gibt es im Universum fast nur Materie? Genauere Vermessung von Parametern der CP-Verletzung Dazu werden Zerfälle von B-Mesonen beobachtet

5 Cabibbo-Kobayashi-MaskawaMatrix Die CKM-Matrix ist eine unitäre 3 3-Matrix Gibt an, mit welchen Übergangswahrscheinlichkeiten Quark dreier Flavour-Generationen in andere Quark unwandeln können Die Umwandlung geschieht durch Wechselwirkung mit einem W-Boson

6 CP-Verletzung CP-Verletzung resultiert aus komplexer Phase der CKM-Matrix Ist stärker ausgeprägt in Zerfällen, an denen schwere Quarks beteiligt sind

7 Aufbau des Detektors VELO LHCb-Magnet Spurkammern RICH1 und RICH2 ECAL HCAL Myonspektrometer

8 Aufbau des Detektors

9 Vertex Locator (VELO) Genaue Positionsbestimmung des Zerfallsorts Besteht aus 42 halbkreisförmigen Siliziummodulen Die Hälften haben einen Abstand von 3 cm vom Strahl, um Schäden zu vermeiden Wird für Messungen auf 7 mm an den Strahl herangefahren Auflösung von 10 µm

10 Die Bahn eines Teilchens muss mindestens 3 Module kreuzen

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12 LHCb-Magnet Besteht aus 2 Spulen mit einem Gewicht von 27 t Integriertes Magnetfeld von 4 Tm auf 10 m Länge Das Feld in den RICH-Detektoren darf 2 mt nicht überschreiten

13 Spurkammern Dienen der Spurrekonstruktion Tracker Turicensis vor dem Magneten für Impulsmessung niederenergetischer Teilchen

14 Tracker Turicensis Von der LHCb Gruppe der Universität Zürich Ist ein Siliziumdetektor Positionsbestimmung auf 0,05 mm genau Ist in 512 Auslesestreifen unterteilt

15 Inner Tracker Ist hinter dem Magneten Ebenfalls ein Siliziumdetektor mit Positionsbestimmung auf 0,05 mm genau

16 Outer Tracker Besteht aus mehreren Proportionalzählrohren Gasmischung aus aus 70% Ar und 30% CO2 Hat Driftzeit von ca. 75 ns

17 RICH-Detektor Ring Imaging Cherenkov-Detektor Es gibt 2 RICH-Detektoren Dienen zur Teilchenidentifikation Messen verschiedene Impulsbereiche Werden durch Hybrid Photon Detekoren (HPD) ausgelesen

18 RICH1 Liegt vor dem Magneten Misst Impulse von 160 GeV/c Nutzt Aerogel und C4F10 Deckt Winkel von ±25 mrad bis ±300 mrad horizontal und bis ±250 mrad vertikal ab

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20 RICH2 Misst Impulse von GeV/c Deckt Winkel von ±15 mrad bis 120 mrad horizontal und bis 100 mrad vertikal Aufgrund der hohen Impulse reicht dieser Bereich aus Nutzt CF4

21 HPD Zeitauflösung von 25 ns Pixelgröße von mm² Der Siliziumdetektor besteht aus 1024 Pixeln

22 Elektromagnetisches Kalorimeter (ECAL) Besteht aus abwechselnden 4 mm dicken Szintillatoren und 2 mm dicken Bleiplatten Die elektromagnetischen Schauer werden von 3300 Photomultipliern detektiert

23 Hadronisches Kalorimeter (HCAL) Besteht aus abwechselnden 4 mm dicken Szintillatoren und 16 mm dicken Eisenplatten

24 Myonspektrometer Es gibt 5 Myonspektrometer, von denen eines vor dem ECAL liegt Jede Einheit besteht aus 1400 Myonenkammern Bestehen aus VieldrahtProportionalzählern und Driftröhren

25 Die Kammern sind mit einem Gasgemisch aus Kohlendioxid, Argon und Tetrafluormethan gefüllt. Nahe dem Strahl liegt eine feinere Granultation vor, da dort der Teilchenfluss größer ist

26 Trigger Der Level-0-Trigger nutzt nur Daten aus VELO, den Kalorimetern und Myonen-System Rate von 40 MHz Reduziert Rate auf 1 MHz für weitere Auswertung im High Level Trigger

27 Quantenzahlen des X (3872) 2003 Entdeckung durch Belle Ergebnisse des Fermilabs lassen JPC 1++ und 2-+ zu Bei 1++ wäre das X (3872) ein exotisches Teilchen 2-+ würde für den η2c(11d2)-zustand sprechen

28 Untersuchung am LHCb Durchführung der Messung im Jahr 2011 Der betrachtete Zerfallsprozess lautet B+ X (3872) K+, X (3872) π+π-j/ψ,j/ψ µ+µ- Die Schwerpunktsenergie betrug 7 TeV

29 JPC=2+- wurde mit einer Signifikanz 8,2σ abgelehnt Die Quantenzahlen konnten zu 1++ bestimmt werden Daher ist das X (3872) ein exotisches Teilchen wie z.b. ein Tertaquark oder ein CharmoniumMolekül

30 Z (4430) - Ist eine Resonanz, die bei Belle entdeckt wurde JP wurde zu 1+ bestimmt Die Resonanz liegt bei einer Masse von 4485 ± 22 MeV Bei BaBar konnte sie allerdings als Reflektion eines K*-Zustandes erklärt werden

31 Messung am LHCb Die betrachtete Zerfallskette war B0 ψ' K+π-,ψ' µ+µ Die Schwerpunktsenergie betrug anfangs 7 TeV und später 8 TeV

32 Die rote Linie stellt die Amplitude mit dem Z(4430)- dar Die braunen Punkte stellen die Amplitude des Untergrunds dar Die Kurve im ArgandDiagramm entspricht grob dem Verlauf einer Breit-WignerResonanz

33 Abweichungen wurden durch Effekte im Detektor ausgelöst Damit ist es die erste gefundene Resonanz eines Tetraquark-Kandidats

34 Pentaquark Bei der Untersuchung des Zerfalls Λb0 J/ψpKsind diese Prozesse möglich:

35 Hierbei wurden 2 Pentaquark-Kandidaten nachgewiesen Die Masse des Pc+(4450) beträgt ±1.7±2.5 MeV Die des Pc+(4380) liegt bei 4380±8±29 MeV

36 Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit

37 Quellen LHCb collaboration (2014). "Observation of the resonant character of the Z(4430) state". arxiv: v1 LHCb collaboration. Determination of the X(3872) meson quantum numbers. ArXiv: v1 The LHCb Collaboration et al 2008 JINST 3 S The LHCb Detector at the LHC. iopscience.iop.org/article/ / /3/08/s08005/pdf;jsessionid=c a3 478C35069EF70FDCFA113E.ip

38 LHC.LHCb. page=lhcb LHCb.Welcome to the LHCb experiment.lhcbpublic.web.cern.ch/lhcb-public/ Anna Phan. velo.png. LHCb. lhcb-x.gif. lhcb.web.cern.ch/lhcb/geometry/images/lhcbx.gif

39 utfit. _MathModePlugin_e2a38f040dbc9af5d f363abf.png. hmodeplugin_e2a38f040dbc9af5d f36 3abf.png CERN. img92.gif. widhalm.web.cern.ch/widhalm/diss/img92.gif