Résonances La violation de CP avec BaBar

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1 Résonances La violation de CP avec BaBar
Premiers résultats de Babar sur la violation de CP Qu’est ce que la physique des particules? Qu’est ce que la violation de CP? Qu’est ce que BaBar? Premiers résultats Violation de CP, Modèle Standard,matrice CKM, Triangle d’unitarité, sin2 (lumière Cerenkov, DIRC) S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

2 Physique des particules
Recherche de la structure fondamentale de notre univers: Constituants élémentaires Interactions Atomes Þ Molécules Þ Réseaux cristallins Þ Solides e- p n S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

3 Encore plus élémentaire…
Relativité E=mc2 Méca Quantique=probabilités Avec de l’énergie on peut produire des particules (m) Une flopée de nouvelles particules (e, m, p,L…) Se désintègrent …Þ e,p,n S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

4 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
Le Modèle Standard Notre compréhension ultime (aujourd’hui…) Les briques: Q m(47) nm(61) t(76) nt e ne(56) leptons quarks -1 0 (m=0) +2/3 -1/3 u d c(74) s(64) t(94) b(77) masse S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

5 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
MS 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 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

6 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
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 infinis avec 3 familles Plus (probablement) possible Þ loi de la « simplicité » S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

7 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
Les interactions La colle Seulement 4 Forte ( cohésion entre quarks: confinement) Électro-Magnétique Faible (radioactivité) Gravitation (quantique) non accessible expérimentalement Non comprise théoriquement « électrofaible » pas dans le MS S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

8 La physique des particules aujourd’hui
MS 19 paramètres libres (ie. non prédits) Mesurer ces paramètres (sur-)contraindre ce modèle Þ une théorie encore plus générale (« nouvelle physique ») ? Aucune masse n’est prédite (9) Þ comprendre la masse Des aspects non observés (boson de Higgs) Unification plus générale Gravitation… S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

9 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
L’anti-matière Relativité + Mécanique quantique (Dirac 1930) Þ anti-matière! e e+ (observé en 1932) Anti-particule= particule allant dans l’autre sens (P) et remontant le temps (T) Théorème « CPT » C S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

10 Oui mais… À la création de l’univers: particules=anti-particules
Notre univers (visible) est composé de matière Ou est passé l’anti-matière? Pourquoi existe-t-il quelque chose? (e+ e- Þ lumière) Il doit y avoir dissymétrie quelque part… Sakharov (67): violation de CP nécessaire Comprenons nous la violation de CP dans MS? S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

11 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
C, 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 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

12 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
Violations C et P n’est pas conservé dans les désintégrations “faibles” (1957): neutrinos T non plus (CPLear 90’s) CP? 1964: KL p p « viole » CP NA48, kTev: K0 ® p p ¹ anti-K0® p p (cf Louis F.) toujours avec des K… S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

13 La violation de CP dans MS
Matrice: Non prédit par MS. u d c s t b Très rare rare fréquent Moins fréquent u c t d Vud Vcd Vtd s Vus Vcs Vts b Vub Vcb Vtb S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

14 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
Matrice « CKM » 4 nombres indépendants 3 angles de « rotation entre familles » 1 nombre complexe Þ C¤P Kobayashi et Maskawa (en 73) + Cabbibo: « matrice (C)KM » (l, A, r , h) l connu précisément A assez précisément (r , h) moins bien connus -liés à CP – représentés sur la même figure= «Triangle d’Unitarité » S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

15 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
Triangle d’unitarité Les mesures jusqu’à présent : cotés du triangle Avec BaBar on a accès à b S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

16 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
Pourquoi Babar ? Vérifier que « CKM »marche bien (véritable pré-diction des théoriciens: violation de CP pour les particules B0(b+anti-d) CP sensible à la « nouvelle physique »: les angles pourraient ne pas coller avec les cotés…(0?) Mesurer les paramètres r,h du MS + pleins d’autres mesures avec b, c, t … S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

17 La 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(B0® f)(t) -N( anti-B0 ® f)(t) + On a accès à l’un des angle du Triangle d’Unitarité (on espère aussi mesurer les autres) = sin2b ´sin(.47 t) S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

18 Machine asymétrique en énergie
Pour mesurer t, le B0 et anti-B0 ne doivent pas se désintégrer au même endroit Þ on veut un mouvement relatif entre les 2 B0s: Accélérateur: e+(9 GeV) e-(3.1 GeV) z µ 250 microns – OK pour un détecteur au silicium 3.1 GeV B0 9 GeV e- e+ B0 z S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

19 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
Voyage au Etats-Unis S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

20 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
SLAC S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

21 L’accélérateur (PEPII)
S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

22 Pourquoi des détecteurs?
Mesurer précisément les caractéristiques des particules produites: Particules chargées: se courbe dans un champs magnétique Þ vitesse (impulsion) Particules électriquement neutres: scintillent dans certains matériaux (calorimètres) Particules instables (p.ex B0): peut se reconstruire à partir des produits de désintégration « Analyse »= chercher l’aiguille dans la botte de foin. S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

23 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
Le détecteur BaBar Calorimètre électromagnétique ( Champs magnétique 1.5T DIRC Identification traces chargées e+ (3.1 GeV) Chambre à dérive Traces chargées e (9 GeV) Détecteur de vertex au silicium 1 m S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

24 Le détecteur de silicium
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25 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
La chambre à dérive S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

26 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
Le calorimètre S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

27 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
Un 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!) Þ 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 Þ masse (E2=p2c2+m2c4) S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

28 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
Principe du DIRC S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

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

30 A quoi ça ressemble? 1 Les barres de quartz
S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

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

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

33 Résultats: asymétrie CP
S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

34 Premiers résultats de Babar
Toujours compatible avec MS et 0 Þ avenir? b S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

35 S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"
Résumé 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) S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"

36 La revanche de Pearl-Harbor?
Concurrent Japonais : « BELLE » Attention à la contre-attaque! S.Plaszczynski "la violation de CP avec BaBar"