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 ● ● ● ● LHC.LHCb.www.lhc-facts.ch/index.php? page=lhcb LHCb.Welcome to the LHCb experiment.lhcbpublic.web.cern.ch/lhcb-public/ Anna Phan. velo.png. www.quantumdiaries.org/wpcontent/uploads/2011/04/velo.png LHCb. lhcb-x.gif. lhcb.web.cern.ch/lhcb/geometry/images/lhcbx.gif ● ● utfit. _MathModePlugin_e2a38f040dbc9af5d514736 13f363abf.png. www.utfit.org/foswiki/pub/UTfit/Formalism/_Mat hModePlugin_e2a38f040dbc9af5d51473613f36 3abf.png CERN. img92.gif. widhalm.web.cern.ch/widhalm/diss/img92.gif
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