LHCb Large Hadron Collider beauty Experiment Jens Frech
Gliederung Einleitung Aufbau des LHCb-Experiments Ergebnisse X (3872) Z (4430) Pentaquark
Einleitung Größe: Länge: 21 m Höhe: 10 m Breite: 13 m Gewicht: 5600 t Knapp 1000 Mitarbeiter aus 17 Ländern Schwerpunktsenergie von 13 TeV
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
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
CP-Verletzung CP-Verletzung resultiert aus komplexer Phase der CKM-Matrix Ist stärker ausgeprägt in Zerfällen, an denen schwere Quarks beteiligt sind
Aufbau des Detektors VELO LHCb-Magnet Spurkammern RICH1 und RICH2 ECAL HCAL Myonspektrometer
Aufbau des Detektors
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
Die Bahn eines Teilchens muss mindestens 3 Module kreuzen
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
Spurkammern Dienen der Spurrekonstruktion Tracker Turicensis vor dem Magneten für Impulsmessung niederenergetischer Teilchen
Tracker Turicensis Von der LHCb Gruppe der Universität Zürich Ist ein Siliziumdetektor Positionsbestimmung auf 0,05 mm genau Ist in 512 Auslesestreifen unterteilt
Inner Tracker Ist hinter dem Magneten Ebenfalls ein Siliziumdetektor mit Positionsbestimmung auf 0,05 mm genau
Outer Tracker Besteht aus mehreren Proportionalzählrohren Gasmischung aus aus 70% Ar und 30% CO2 Hat Driftzeit von ca. 75 ns
RICH-Detektor Ring Imaging Cherenkov-Detektor Es gibt 2 RICH-Detektoren Dienen zur Teilchenidentifikation Messen verschiedene Impulsbereiche Werden durch Hybrid Photon Detekoren (HPD) ausgelesen
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
RICH2 Misst Impulse von 15100 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
HPD Zeitauflösung von 25 ns Pixelgröße von 2.5 2.5 mm² Der Siliziumdetektor besteht aus 1024 Pixeln
Elektromagnetisches Kalorimeter (ECAL) Besteht aus abwechselnden 4 mm dicken Szintillatoren und 2 mm dicken Bleiplatten Die elektromagnetischen Schauer werden von 3300 Photomultipliern detektiert
Hadronisches Kalorimeter (HCAL) Besteht aus abwechselnden 4 mm dicken Szintillatoren und 16 mm dicken Eisenplatten
Myonspektrometer Es gibt 5 Myonspektrometer, von denen eines vor dem ECAL liegt Jede Einheit besteht aus 1400 Myonenkammern Bestehen aus VieldrahtProportionalzählern und Driftröhren
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
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
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
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
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
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
Messung am LHCb Die betrachtete Zerfallskette war B0 ψ' K+π-,ψ' µ+µ Die Schwerpunktsenergie betrug anfangs 7 TeV und später 8 TeV
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
Abweichungen wurden durch Effekte im Detektor ausgelöst Damit ist es die erste gefundene Resonanz eines Tetraquark-Kandidats
Pentaquark Bei der Untersuchung des Zerfalls Λb0 J/ψpKsind diese Prozesse möglich:
Hierbei wurden 2 Pentaquark-Kandidaten nachgewiesen Die Masse des Pc+(4450) beträgt 4449.8±1.7±2.5 MeV Die des Pc+(4380) liegt bei 4380±8±29 MeV
Vielen Dank für ihre Aufmerksamkeit
Quellen LHCb collaboration (2014). "Observation of the resonant character of the Z(4430) state". arxiv:1404.1903v1 LHCb collaboration. Determination of the X(3872) meson quantum numbers. ArXiv:1302.6269v1 The LHCb Collaboration et al 2008 JINST 3 S08005. The LHCb Detector at the LHC. iopscience.iop.org/article/10.1088/17480221/3/08/s08005/pdf;jsessionid=c5201757a3 478C35069EF70FDCFA113E.ip-10-40-2-75
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