Studio di un nuovo metodo di flavour tagging dei mesoni D^0 e \bar{D}^0 con l'esperimento Belle II
Sumitted to PubDB: 2016-10-17
Category: Master Thesis, Visibility: Public
Tags:
-
Authors |
Giacomo De Pietro,
Francesco Forti
|
Date |
2016-01-01 |
Belle II Number |
BELLE2-MTHESIS-2016-007 |
Abstract |
Lo studio dei sistemi di mesoni neutri ha dato un grande contributo alla costruzione del Modello Standard e rappresenta un laboratorio importante per la verifica sperimentale di teorie di Nuova Fisica, in particolar modo grazie alla analisi dei fenomeni di mixing e di violazione di . Il sistema formato dai mesoni e offre la possibilità unica di studiare tali fenomeni in mesoni composti unicamente da quark e antiquark di tipo \textit{up}. A livello sperimentale, il mixing tra e è stato osservato per la prima volta alle -factories \babar e Belle, e successivamente è stato ampiamente confermato anche da CDF e LHCb. Per quanto riguarda la violazione di , invece, le misure più precise sinora effettuate (ad opera di LHCb) non hanno osservato alcun effetto nel settore del charm. Per le misure di mixing e di violazione di è necessario conoscere il \textit{flavour} dei mesoni neutri al momento della produzione (\textit{flavour tagging}). La tecnica standard di \textit{flavour tagging} di un mesone prodotto in un evento consiste nell'utilizzare il decadimento , in cui il \textit{flavour} del è univocamente determinato dalla carica del nello stato finale. Un metodo di \textit{flavour tagging} che non utilizzi il comporterebbe due vantaggi: aumentare la statistica dei neutri disponibili per le analisi di fisica; fornire un campione di controllo con cui confrontare e combinare i risultati ottenuti con il metodo del . Lo scopo principale del mio lavoro di tesi è stato quindi di studiare e mettere a punto un metodo completamente nuovo di \textit{flavour tagging} dei mesoni e prodotti in un evento a Belle II. L'esperimento Belle II è attualmente in fase di costruzione e costituirà la generazione futura di -factory. Belle II opererà presso il collisionatore SuperKEKB (situato presso il laboratorio KEK di Tsukuba, Giappone), avente una luminosità istantanea di progretto pari a . Poiché la sezione d'urto di produzione di coppie ad una -factory è di poco superiore alla sezione d'urto di produzione di coppie , Belle II costituirà un laboratorio ideale per studiare i fenomeni di mixing e di violazione di nel sistema . Infatti Belle II accumulerà in pochi anni circa 50 ab di dati, a cui corrispondono circa mesoni e prodotti in eventi . L'idea alla base del metodo di \textit{flavour tagging} dei mesoni neutri che ho studiato consiste nell'analizzare la topologia del cosiddetto ``resto dell'evento'', ovvero tutte quelle particelle che non sono prodotte dal decadimento del di cui si vuole determinare il \textit{flavour} e che portano memoria dell'altro quark , di \textit{flavour} opposto, prodotto nell'interazione primaria. Selezionando gli eventi con un solo carico nel resto dell'evento è possibile determinare il \textit{flavour} del di segnale mediante la carica del . Tale carico è la segnatura di una transizione o avvenuta nel resto dell'evento. L'intero studio è stato effettuato analizzando eventi Monte Carlo generati e simulati tramite apposite librerie implementate nel software di Belle II (\textit{Belle II Analysis Software Framework}). In primo luogo ho studiato le caratteristiche di un evento a livello di generatore (senza ricostruzione), valutando le possibili prestazioni del metodo e individuando le sorgenti di segnale e di fondo. Successivamente, sono passato a studiare gli eventi ricostruiti, mettendo a punto un'analisi multivariata (basata sull'utilizzo di un \textit{Boosted Decision Tree}) per la selezione dei carichi con un elevato livello di purezza. Ho infine applicato tale analisi per selezionare gli eventi con un singolo carico nel resto dell'evento e valutare il potere di \textit{tagging} del metodo studiato, utilizzando opportuni tagli cinematici per ridurre gli eventi di fondo. L'efficienza di \textit{tagging} del metodo che ho analizzato è \%, mentre il livello di \textit{mistagging} è \%. Ho inoltre stimato che, combinando le analisi effettuate con il metodo che ho studiato con quelle condotte con il metodo standard di \textit{flavour tagging} del , è possibile ridurre di circa il 15 \% l'incertezza statistica sulla misura di asimmetrie di . Nella tesi è presentata anche l'attività sperimentale che ho svolto presso i Laboratori di Alta Tecnologia della sezione di Pisa dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), durante la quale ho partecipato all'assemblaggio meccanico ed al test elettrico dei moduli \textit{forward} e \textit{backward} per i \textit{layer} 4, 5 e 6 del \textit{Silicon Vertex Detector} (SVD), che è parte integrante del rivelatore di vertice dell'esperimento Belle II. L'SVD è composto da 4 \textit{layer} basati su rivelatori a \textit{strip} di silicio a doppia faccia (DSSD) con una elettronica di lettura costituita dai chip APV25. Assieme ai due \textit{layer} più interni del rivelatore di vertice, basati su rivelatori a pixel di silicio, l'SVD ha la funzione di misurare con estrema precisione le tracce delle particelle cariche in prossimità della regione di interazione e di ricostruire con accuratezza i vertici primari e secondari dei decadimenti dei mesoni e dei mesoni . |
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