Xác định tham số (là sự khác biệt khối lượng giữa hai trạng thái riêng là và của meson bs) thông qua kênh phân rã 10

Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ LỜI CẢM ƠN Luận văn kết trình hai năm học tập em trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội với giúp đỡ, động viên thầy cô giáo, anh chị bạn học viên Cao học ngành Vật lý Nguyên tử, hạt nhân lượng cao khóa 2011 - 2013 Lời đầu tiên, em xin bày tỏ lòng biết ơn vô sâu sắc đến TS Nguyễn Mậu Chung trường Đại học Khoa học Tự nhiên Hà Nội, tận tình hướng dẫn, truyền đạt kiến thức chuyên ngành những học thực nghiệm nghiên cứu khoa học vô quý báu để em hoàn thành luận văn Đồng thời, em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Nguyễn Thị Dung, trường Đại học Khoa học Tự nhiên,đã nhiệt tình hướng dẫn bảo em kiến thức quan trọng vô hữu ích Nhờ mà em thực hoàn thành đề tài Với tình cảm chân thành, em xin gửi cảm ơn tới thầy cô tham gia giảng dạy lớp Cao học Vật lý, khóa học 2011 – 2013, giảng dạy cho chúng em suốt quãng thời gian chúng em học tập Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè bên cạnh em, động viên, giúp em vượt qua khó khăn để hoàn thành đề tài Mặc dù nỗ lực cố gắng, song, chắn luận văn không tránh khỏi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp, bổ sung thầy cô, anh chị bạn Hà Nội, tháng 01 năm 2014 Học viên Trương Thị Thái Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Mục lục Lời cảm ơn ………………………………… …….…………………… … Mục lục ……………………………… ………………………….…… …….2 Danh mục hình vẽ ………………………… …………………………….… Danh mục bảng biểu ……………………………………………… ……….6 Bảng ký hiệu chữ viết tắt ……………………………… ………………… Mở đầu ………………………… .…………………………… ……8 Chương Vật lý B …… … ……………… ………………………… …… 1.1 Quark bottom …………… ……… …………………………… …… 1.1.1 Phát quark bottom ……………………………… …….……9 1.1.2 Meson B ………… … ………….………………………… … 10 1.1.3 Baryon ……………………………………………… … … … 11 1.2 Meson B trung hòa ………………… ……… ….……………….… …12 1.3 Pha trộn dao động meson B … …………… …………….………….12 1.4 Phương pháp xác định Δm …….…………………………….…… …… 19 Chương Thiết bị thực nghiệm ………… ………… … … ….…….….21 2.1 Máy gia tốc LHC .…………… …………… …… ………………….21 2.1.1 Các thông số LHC ……………………………………………23 2.1.2 Luminosity LHCb ……………………………………………24 2.1.3 Tiết diện hiệu dụng ……………………………………………….25 2.2 Thí nghiệm LHCb ……………………… …………………………….….27 2.2.1 Nam châm …………………………………………………………28 2.2.2 Vertex Locator …………………………………………………….29 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ 2.2.3 Trigger tracker …………………………………………………….31 2.2.4 Tracking Station ………………………………………………… 32 2.2.5 RICH Counter …………………………………………………… 34 2.2.6 Calorimeter ……………………………………………………… 35 2.2.7 Hệ Muon ………………………………………………………… 36 2.2.8 Hệ thống trigger ………………………………………………… 37 Chương Kết ………………………… .… 41 3.1 Xây dựng B0 ……………………………………… ……….…………….41 3.1.1 Kênh phân rã ………… ……….….…… 41 3.1.2 Kênh phân rã ………………………………… …….………….47 3.2 Phương pháp xác định ……………………… … …… … ….…49 3.2.1 Phân rã dao động ……………………………………… ….49 3.2.2 Phân rã dao động ……………………………………… ….54 3.3 Kết ……………………………………………………… ……… …57 3.3.1 Đồ thị biểu diễn tín hiệu thu theo khối lượng meson Bs theo lí thuyết thực nghiệm ……………… …………….… ……….60 3.3.2 Đồ thị biểu diễn phân rã dao động theo thời gian theo lí thuyết thực nghiệm ……………… ………………………… 60 3.3.3 Đồ thị dao động theo thời gian theo lí thuyết thực nghiệm …………… ………………………………………………63 Kết luận … …………………………………………… …… …… …….65 Tài liệu tham khảo………………………………………………………… 67 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Danh mục hình vẽ Hình 1.1 Giản đồ Feymman biểu diễn pha trộn mô hình chuẩn (q ) ……………………………………………………………………… 12 Hình 2.1 Những thí nghiệm LHC …………………….……………… 22 Hình 2.2 Xác suất có n = 0, 1, 2, tương tác không đàn hồi theo luminosity ……………………………………………………………… ………25 Hình 2.3 Mặt cắt thẳng đứng detector LHCb ………………………………… 27 Hình 2.4 Thành phần từ trường By theo trục z …………………………………….29 Hình 2.5 Bình chân không VELO thành phần ………………….30 Hình 2.6 Hình ảnh nửa đĩa sensor ……………….……………………………… 31 Hình 2.7 Lớp hợp với trục y góc +5o (trái), lớp thứ hai thẳng đứng (phải) Các phần có readout khác thang silic thị màu khác ………………….…………………… …….32 Hình 2.8 Hình ảnh tín hiệu RICH2 xác định quang điện tử hai mặt phẳng xác định ……………………………………………………………… 35 Hình 3.1 Giản đồ Feymman biểu diễn phân rã ……….… … 44 Hình 3.2 Giản đồ Feymman biểu diễn phân rã ……… ….46 Hình 3.3 Đồ thị biểu diễn phụ thuộc theo thời gian …………… …….50 Hình 3.4 Đồ thị biểu diễn theo thời gian trường hợp không phần dao động… 51 Hình 3.5 Đồ thị acceptance detector theo t ………………………………… 52 Hình 3.6 Đồ thị phân rã xét đến acceptance detector ……… … 52 Hình 3.7 Đồ thị biểu diễn phân rã thực đo detector ………… … 53 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Hình 3.8 Đồ thị phân rã dao động ……………………… ………… 54 Hình 3.9 Đồ thị biểu diễn phân rã dao động xét đến acceptance detector …….………………………………………………………… 55 Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn dao động ………… …………………56 Hình 3.11 Đồ thị biểu diễn tín hiệu theo khối lượng theo lí thuyết thực nghiệm ứng với số kiện lối vào 1000 ……………………………………… 59 Hình 3.12 Đồ thị biểu diễn tín hiệu theo khối lượng theo lí thuyết thực nghiệm ứng với số kiện lối vào 200 000 …………… …………… ………60 Hình 3.13 Đồ thị biểu diễn phân rã dao động theo thời gian theo lí thuyết thực nghiệm ứng với số kiện lối vào 1000 ………………… … 61 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn phân rã dao động theo thời gian theo lí thuyết thực nghiệm ứng với số kiện lối vào 200 000 …………… …….61 Hình 3.15 Đồ thị biểu diễn phân rã dao động theo thời gian theo lí thuyết thực nghiệm ứng với số kiện lối vào 1000 …………… ……… 62 Hình 3.16 Đồ thị biểu diễn phân rã dao động theo thời gian theo lí thuyết thực nghiệm ứng với số kiện lối vào 200 000 …………… …….62 Hình 3.17 Đồ thị dao động lý thuyết thực nghiệm ứng với số tín hiệu lối vào 1000 ………… ………………………………………….63 Hình 3.18 Đồ thị dao động lý thuyết thực nghiệm ứng với số tín hiệu lối vào 200 000 …………… ……………………………………63 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Danh mục bảng biểu Thứ tự 1.1 1.2 2.1 2.2 3.1 3.2 3.3 Tên bảng biểu Một số thông tin meson B Bảng so sánh baryon b baryon lạ Các giá trị tiết diện hiệu dụng sinh cặp PYTHIA sử dụng cho thí nghiệm LHCb Tỉ số sinh hạt ,trong baryon Thông tin quark Các meson trung hòa Thông tin số meson D Bảng ký hiệu chữ viết tắt Chữ viết tắt Kí hiệu Charge Parity CP Trang 10 11 26 27 42 42 48 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Electromagnetic Calorimeter Frist Ring Imaging Cherenkov counter Hadronic Calorimeter Inner Tracker Large Hadron Collider Large Hadron Collider beauty Outer Tracker Scintillating Pad/Pre-Shower Detector Second Ring Imaging Cherenkov counter Trigger Tracker Vetex Locator ECAL RICH1 HCAL IT LHC LHCb OT SPD/PS RICH2 TT VELO Mở đầu Vi phạm đối xứng CP phát hệ meson K trung hòa vào năm 1964 [6][14] Đến năm 2001, vi phạm đối xứng CP khẳng định lại hệ meson B trung hòa [3][10] Từ kết thu vật lý hạt, sử dụng để giải thích tượng bất đối xứng vật chất phản vật chất vũ trụ Tuy nhiên, tính toán lý thuyết sử dụng kết cho kích thước vũ trụ nhỏ nhiều so với thực tế Như vậy, cần tìm Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ kiếm thêm nguồn vi phạm đối xứng CP khác vùng lượng cao Việc xây dựng máy gia tốc LHC nhằm đáp ứng yêu cầu Trên máy gia tốc LHC, bên cạnh thí nghiệm ALICE nghiên cứu trạng thái vũ trụ sau Big Bang, thí nghiệm LHCb thực nhằm mục đích [7] Tại trường Đại học Khoa học Tự Hà Nội có nhóm nhỏ tham gia vào thí nghiệm LHCb Tôi may mắn tham gia vào bước đầu tìm hiểu vi phạm đối xứng CP vật lý B Do vấn đề thời gian yêu cầu luận văn thạc sĩ, chọn hướng xác định tham số (là khác biệt khối lượng hai trạng thái riêng meson Bs) thông qua kênh phân rã [10] Chương Vật lý B Mô hình chuẩn gồm fermion (quark lepton) với tương tác chúng (tương tác mạnh, yếu, điện từ hấp dẫn) Trong mô hình chuẩn hệ quark tương ứng hệ lepton Quark chia thành hai loại ứng với điện tích -1/3 +2/3 điện tích nguyên tố, lepton có hai loại lepton tích điện (-1) không tích điện [3] Với hai hệ quark, nhà khoa học không phát vi phạm đối xứng CP Để giải thích vi phạm đối xứng CP nhà khoa học Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ đưa giả thiết tồn hệ quark thứ Năm 1977, quark b thức khám phá Meson hạt có cấu tạo đơn giản (gồm quark phản quark) nên thường sử dụng để nghiên cứu Đặc biệt, meson B trung hòa xảy tượng pha trộn dao động cho phép nghiên cứu vi phạm đối xứng CP đồng thời đánh giá sai khác khối lượng hai trạng thái riêng meson B trung hòa BH BL [10] 1.1 Quark bottom 1.1.1 Phát quark bottom (b) Để giải thích tượng vi phạm đối xứng CP, vào năm 1973 Makoto Kobayashi Toshihide Maskawa đưa giả thiết tồn quark b [3] [10] Bởi với ma trận hai hệ quark tồn hai tham số: modul vector góc Euler Hai tham số tham số thực nên vi phạm đối xứng CP Vì vậy, nhà khoa học nâng ma trận lên bậc cách đưa thêm vào hệ quark thứ (gồm quark b “bottom” quark t “top”) để kiểm tra vi phạm đối xứng CP Tương ứng với hệ quark thứ hệ lepton thứ (gồm Tauon “” neutrino Tauon “”) Cái tên bottom giới thiệu vào năm 1975 Haim Harari Năm 1977, quark b xác khám phá phòng thí nghiệm Fermilab thí nghiệm E288 nhà vật lí Leon M.Lederman, tạo bottonium từ va chạm đối đầu proton – proton lượng 400 GeV [1][2][3] Quark b biết đến với tên quark beauty có điện tích -1/3 lần điện tích nguyên tố Trong tất quark quark b có khối lượng lớn (khoảng 4200 MeV/c2, gấp lần so với khối lượng hạt proton) dấu hiệu khác biệt để xác định thực nghiệm cách dễ dàng Thời gian sống quark b ~ 10-12 s Xác suất biến đổi sang quark hai hệ trước ứng với giá trị phần tử ma trận CKM: Vub Vcb [1][3][4] Vì meson chứa quark b có cấu tạo đơn giản (gồm quark phản quark) nên chúng thường sử dụng để nghiên cứu vi phạm đối xứng CP Như hai thí nghiệm lớn vào cuối thể kỉ 20 Belle KEK, Tsukuba Nhật Bản Babar California Hoa Kỳ, meson sinh va chạm đối đầu Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ electron – positron thang bậc lượng GeV Quark quan tâm sản phẩm hầu hết phân rã quark (top) [3] 1.1.2 Meson B Bảng 1.1: Một số thông tin meson B [5] Hạt Thành phần meson B Spin chẵn lẻ (JP) Khối lượng nghỉ (MeV/c2) Thời gian sống (s) 5279.25 ± 0.17 (1.641 ± 0.008) ×10−12 6277 ± (0.453 ± 0.041) ×10−12 5279.58 ± 0.17 (1.519 ± 0.007) ×10−12 5366.77 ± 0.24 (1.497 + 0.015) ×10−12 Meson B cấu tạo từ quark phản quark Do quark có điện tích ±1/3 ±2/3 nên meson B phân thành hai loại meson: meson tích điện meson trung hòa Hai meson tích điện gồm kết hợp phản quark b với quark u (up) quark c (charm) Hai meson trung hòa gồm kết kết hợp phản quark b với quark d (down) quark s (strange) [3] Các meson tổ hợp quark b với quark t lĩnh vực chưa nghiên cứu số lượng quark t ghi nhận tương đối [3] Các thông số bốn loại meson nêu đưa bảng 1.1 1.1.3 Baryon Baryon tổ hợp quark Meson baryon hạt tham gia tương tác mạnh gọi chung hadron Quark b kết hợp với hai số quark lại tạo thành nhiều loại baryon khác [3] Trong phần xin liệt kê số baryon điển hình cấu tạo từ quark b: v Các baryon có cấu trúc tương tự baryon tạo nên từ quark s (strange): , quark s thay cho quark b Chúng ta thấy khác biệt tương tự qua bảng Bảng 1.2: Bảng so sánh baryon b baryon lạ [5]: Hạt Kí Baryon b Baryon lạ 10 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Xuất phát từ biểu thức (3.17) ta vẽ đồ biểu diễn trình phân rã dao động xét đến acceptance detector Đồ thị biểu diễn phụ thuộc thể hình 3.7 Trong hình 3.7 biểu diễn phân rã dao động tính đến acceptance detector Tuy nhiên thực tế có tượng dao động nên kết đo đạc thực nghiệm sinh va chạm đối đầu có Do đó, xét lý thuyết phân rã dao động Đó nội dung phần 3.2.2 3.2.2 Phân rã và dao động Để thu kết cho không lập lại lập luận sử dụng cho mà sử dụng cho thông tin sau: • hàm theo thời gian giống có nghĩa phân rã theo thời gian đồng thời dao động biến đổi sang • Chúng chấp nhận acceptance • Cuối tín hiệu ngược pha 53 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Hình 3.8: Đồ thị phân rã dao động Với xét với giữ nguyên giả thiết ban đầu có túy , không tồn Từ công thức (1.19) có biểu thức theo thời gian sau: (3.18) Thay giá trị = 1/1.21 ps-1; = 1/1.66 ps-1; = 17.33 ps-1 vào công thức (3.18) vẽ đồ thị biểu diễn phụ thuộc theo thời gian hình 3.8 Đồ thị 3.8 biểu diễn dao động phân rã theo thời gian mặt lý thuyết Tuy nhiên, đo đạc thu nhiều kết khác acceptance detector Do đó, giống với cần tính đến acceptance detector vào đồ thị (3.8) Khi biểu thức (3.18) viết lại sau: (3.19) Với hàm (3.19) ta vẽ đồ thị biểu diễn theo thời gian tính đến acceptance detector thể hình 3.9 54 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Hình 3.9: Đồ thị biểu diễn phân rã dao động xét đến acceptance detector Từ đồ thị thấy vừa phân rã vừa dao động Phần đầu đồ thị tín hiệu hạt sinh có thời gian sống ngắn không nhạy với acceptance detector Phần sau đồ thị giảm tượng phân rã nên số lượng hạt giảm thời gian sống dài Tham số khác biệt khối lượng hai trạng thái riêng meson B, định chu kỳ dao động Muốn xác định tham số này, xét dao động , để làm điều lấy đồ thị phân rã dao động trừ cho đồ thị phân rã dao động Khi lại phần đồ thị biểu diễn dao động hình 3.10 55 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Hình 3.10 Đồ thị biểu diễn dao động Đồ thị hình 3.10 biểu diễn trình dao động Ta thấy đồ thị có dạng hình sin với biên độ tăng nhanh sau giảm dần Trong trường hợp detector lý tưởng hình vẽ thu có hình sin đặn dễ dàng cho việc xác định hiệu số Dạng đồ thị giải thích sau: phần tín hiệu nhỏ acceptance detector nhỏ với hạt có thời gian sống ngắn, phần giá trị thời gian lớn đường cong có biên độ giảm dần ảnh hưởng tượng phân rã 56 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Từ đồ thị xác định chu kỳ dao động T Khi đó, xác định theo công thức: Trong  c = 3.108 (m/s) vận tốc ánh sang   h = 6.626 069 057(29)×10-34 J s số plank Và tính toán rút tham số: Đây phương pháp xác định tham số thực nghiệm với hệ meson B trung hòa nói chung hệ meson nói riêng Phương pháp vào tính chất hạt vừa phân rã vừa dao động Do có khác biệt khối lượng hai trạng thái riêng meson B dẫn tới vi phạm đối xứng CP hệ 3.3 Kết Trong phần trước, trình bày kênh phân rã chọn để kiểm tra vi phạm đối xứng CP phương pháp thực nghiệm xác định vi phạm đối xứng CP phân rã Tiếp đó, phương pháp xác định tham số thực nghiệm vào tính chất hạt (vừa phân rã vừa dao động) Trong phần này, việc chạy phần mềm Root, cụ thể phần mềm chuyên biệt Roofit (phần mềm dành cho tính toán vật lý B), hệ điều hành Fedora 19 xác định tham số qua phương pháp mô Monte Carlo Fedora phân phối Linux dựa RPM Package Manager Hề điều hành phát triển theo “dự án Fedora” tài trợ Red Hat Là hệ điều hành mã nguồn mở hoàn chỉnh, dễ dàng cài đặt với chương trình cài đặt mang giao diện đồ họa Bạn dùng Fedora với, thay hệ 57 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ điều hành khác Microsoft Windows hay Mac OS X Hệ điều hành hoàn toàn miễn phí cho bất cư muốn sử dụng Với tập hợp phần mềm giúp máy tính cài đặt hoạt động, công cụ yum hỗ trợ việc tải cài đặt gói phần mềm bổ xung dễ dàng Các phiên Fedora phát hành sau tháng trước phát hành Hệ điều hành Fedora sử dụng để chạy phần mềm Root Phần mềm Root phát triên bối cảnh thí nghiệm NA49 tiến hành tạo số lượng lớn số liệu, khoảng 10 Tb Khi mà thư viện FORTRAN hai mươi tuổi đạt đến giới hạn chúng Root công cụ mà nhà khoa học sử dụng để xử lý lượng số liệu lớn, đa dạng khó khăn với tốc độ nhanh độ xác cao Trong Root gồm phần mền CINT, C++ Phần mềm CINT tạo Masa Goto Nhật Bản phát triển với tên gọi Root, sử dụng với lệnh trực tiếp lệnh văn Cùng với phát triển khoa học công nghệ công cụ Root dần hoàn thiện, việc sử dụng ngày trở nên dễ dàng sử dụng rộng rãi Các phiên Root phát hành nâng cấp để đa dạng dễ dàng với người sử dụng Trong trình làm luận văn, sử dụng Root 5.34 Mỗi ngành khoa học khác nhà khoa học lại phát triển Root theo hướng phù hợp với mục đích sử dụng họ Các nhà Vật lý phát triển Root cho mục đích sử dụng Với nhà Vật lý nghiên cứu hạt lượng cao (cụ thể vật lý B) phát triển Root cho mục đích nghiên cứu mình, phần mềm Roofit sản phẩn trình Roofit nhiều phần mềm nhỏ Root Roofit sử dụng để khớp hàm, tạo đồ thị phân tích theo phương pháp mô Monte Carlo cho nghiên cứu phức tạp Công cụ Roofit tích hợp object-oriented môi trường đồ họa Root Roofit phát triển cho hợp tác Babar, thí nghiệm vật lý hạt trung tâm gia tốc thẳng Stanford Phần mềm thiết kế chủ yếu công cụ phân tích cho liệu vật lý hạt đặc biệt dành cho nghiên cứu vật lý B, với cấu trúc mở nên hữu ích với loại liệu khác 58 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Chúng viết chương trình mô Monte Carlo, chạy phần mềm Roofit với hệ điều hành Fedora Từ kết chương trình tính toán tham số Để đánh giá kết chạy với nhiều lối vào khác (số lượng đo thực nghiệm) Trong luận văn chọn hai lối vào Dưới kết thu phương pháp mô Monte Carlo với hai lối vào chọn 3.3.1 Đồ thị biểu diễn tín hiệu thu theo khối lượng meson B s theo lí thuyết thực nghiệm Kết với hai lối vào 1000 kiện 200.000 kiện tương ứng với 1000 tín hiệu 200.000 tín hiệu đo detector Hình 3.11: Đồ thị khối lượng theo lí thuyết thực nghiệm ứng với số kiện lối vào 1000 59 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Hình 3.12: Đồ thị khối lượng theo lí thuyết thực nghiệm ứng với số kiện lối vào 200 000 Kết đồ thị khối lượng thể hình 3.11 3.12, đường nét liền đồ thị theo lý thuyết chấm tròn kết từ phương pháp mô Monte Carlo Với trục thẳng đứng số kiện thu trục ngang khối lượng Chúng ta thấy rằng, số kiện lối vào lớn chấm tròn nằm đường lý thuyết giảm hay kết thực nghiệm phù hợp với lý thuyết Đồng thời sai số chấm tròn đồ (3.11) thị lớn trường hợp đồ thị (3.12) 3.3.2 Đồ thị biểu diễn phân rã dao động theo thời gian theo lí thuyết thực nghiệm Kết đồ thị phân rã dao động ứng với số tín hiệu lối vào 1000 kiện hình 3.13 hình 3.15; 200 000 kiện lối vào hình 3.14 3.16 Kết mô cho thấy vừa phân rã vừa dao động, điều phù hợp với tính toán lý thuyết Đồng thời, số kiện lối vào lớn đồ thị thực nghiệm khớp với đồ thị lý thuyết (hay số điểm thực nghiệm (chấm tròn xanh đậm) nằm đường lý thuyết (đường nét liền) tăng lên) Trong đồ thị, trục thẳng đứng số kiện thu trục ngang thời gian sống hạt Tương tự cho đồ thị lại Ở phần đầu đồ thị số lượng acceptance detector không đo hạt có thời gian sống ngắn, phần sau đồ thị giảm xuống tượng phân rã Do phần cực đại giữa, thời gian phù hợp với acceptance detector số lượng phân rã chưa nhiều 60 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Hình 3.13: Đồ thị biểu diễn phân rã dao động theo thời gian theo lí thuyết thực nghiệm ứng với số kiện lối vào 1000 Hình 3.14 Đồ thị biểu diễn phân rã dao động theo thời gian theo lí thuyết thực nghiệm ứng với số kiện lối vào 200 000 61 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Hình 3.15: Đồ thị biểu diễn phân rã dao động theo thời gian theo lí thuyết thực nghiệm ứng với số kiện lối vào 1000 Hình 3.16: Đồ thị biểu diễn phân rã dao động theo thời gian theo lí thuyết thực nghiệm ứng với số kiện lối vào 200 000 3.3.3 Đồ thị dao động theo thời gian theo lí thuyết thực nghiệm Cuối kết dao động thể hình 3.17 ứng với số kiện lối vào 1000 hình 3.18 ứng với số kiện 200 000 62 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Hình 3.17: Đồ thị dao động lý thuyết thực nghiệm ứng với số tín hiệu lối vào 1000 Hình 3.18: Đồ thị dao động lý thuyết thực nghiệm ứng với số tín hiệu lối vào 200 000 Trong hình vẽ đường liền đồ thị lý thuyết đường chấm tròn xanh đậm kết mô Monto Carlo Từ đồ thị thấy số kiện lựa chọn lớn phù hợp lý thuyết thực nghiệm tăng lên kết xác Tuy nhiên, chọn số kiện lớn, số 63 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ kiện mong muốn đo detector định thời gian chạy thí nghiệm Nếu thời gian thí nghiệm lớn không phù hợp với điều kiện thực tế Từ đồ thị xác định chu kỳ dao động Sử dụng công thức Thu kết = (1158 53) 10-5 (eV/c2) Như vậy, phương pháp mô Mote Carlo xác định tham số với độ xác cỡ 10-2 Kết luận Sau thời gian làm luận văn thu số kết sau đây: 64 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Trước hết tìm hiểu vật lý B, thử tính toán chi tiết lý thuyết cho vi phạm đối xứng CP, kết cuối biểu thức bất đối xứng CP hệ meson B: Từ biểu thức thấy muốn xác định bất đối xứng CP thực nghiệm cần chọn hai kênh phân rã cụ thể: kênh phân rã xác định (là hiệu số pha trạng thái đầu trạng thái cuối meson B0 – định vi phạm đối xứng CP “pha trộn cảm ứng”) kênh phân rã để xác định (sự khác biệt khối lượng hai trạng thái riêng BH BL B0 – định đến chu kỳ dao động B0) [8][10] Với việc làm luận văn, có hội tiếp xúc với thông số máy gia tốc LHC Công việc nằm khuôn khổ thí nghiệm LHCb Một bốn thí nghiệm máy gia tốc LHC Mục đích thí nghiệm đo xác vi phạm đối xứng CP phân rã hadron chứa quark b Detector LHCb cấu tạo tập hợp detector con: VELO sử dụng để xác định vị trí đỉnh tương tác đỉnh phân rã đầu tiên; TT thiết bị vết cung cấp thông tin xung lượng vết; IT OT xây dựng lại vết tích điện nhằm xác định xung lượng vết; detector RICH có nhiệm vụ ghi nhận phân biệt hạt; HCAL ECAL sử dụng để xác định lượng hạt tham gia tương tác mạnh tương tác điện từ; …[7] Để xác định tham số thực nghiệm, chọn kênh phân rã cụ thể Đồng thời, đưa phương pháp kiểm tra vi phạm đối xứng CP phân rã thực nghiệm thông qua việc kiểm tra xem phần tử có hay không pha phức phần tử ma trận CKM Tiếp đó, vào tính chất hạt sau sinh va chạm đối đầu hai chùm pp vừa phân rã vừa dao động, xây dựng dạng đồ thị trừ hai đồ thị cho thu đồ thị biểu diễn dao động Trong trình làm luận văn, sử dụng hệ điều hành Fedora 19 để chạy ngôn ngữ lập trình C++ với phầm mềm Root, cụ thể phần mềm chuyên dụng Roofit (sử dụng cho nghiên cứu vật lý B), xác định tham số thông qua phương pháp mô Monte Carlo Để thực điều này, viết 65 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ chương trình mô chạy phần mềm Roofit Lựa chọn số tín hiệu lối vào, thu đồ thị biểu diễn phân rã dao động , đồng thời thu đồ thị biểu diễn dao động Từ đồ thị dao động xác định chu kỳ dao động T sau tính toán tham số Với kết tính toán số kiện cần thiết đo detector LHCb để thu giá trị tham số với độ xác định Với số kiện lựa chọn lối vào tính ngược trở lại xác định thời gian cần thiết để thực thí nghiệm kiểm tra xem với thời gian thí nghiệm có khả thi hay không Ngoài ra, với tính toán kênh phân rã kiểm ta tính đắn chương trình mô độ xác kết thu Đó ý nghĩa cuối luận văn Tài liệu tham khảo A Ceccucci (CERN), Z Ligeti (LBNL) and Y Sakai (KEK) (2006), “The CKM quark-mixing matrix”, Review of Particle Physics, Written January D Kirkby (UC Irvine) and Y Nir (Weizmann Institute) (2007), “CP violation in meson decays”, Review of Particle Physics, Revised September 66 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ Donad H Perkins (University of Oxford) (2001), Introduction to High Energy Physics, Cambridge University Press E Blucher (Univ of Chicago) and W J Marciano (BNL) (2007), “, , the cabibbo angle, and CKM unitarity”, Review of Particle Physics, Updated November http://pdg.lbl.gov/2013/tables/contents_tables_mesons.html L Wolfenstein (Carnegie-Mellon University), C.-J Lin (LBNL) and T.G Trippe (LBNL) (2006), “CP violation in decays”, Review of Particle Physics, Revised May Luis Fernández (2006), Thése de Doctorat “Exclusive Trigger Selections and Sensitivity to the Mixing Phase at LHCb”, CH – Lausanne O Schneider (Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne) (2006), “ mixing”, Review of Particle Physics, Updated April R Kowalewski (Univ of Victoria, Canada) and T Mannel (Univ of Siegen, Germany) (2005), “Determination of 10 and ”, Review of Particle Physics, Written October R.Fleischer (2008), Flavour physics and CP violation, CERN, Geneva, Switzerland 11 The LHCb Collaboration, R Aaij et al (2013), “First observation of CP violation in Bs0 12 the decays of mesons”, Physical Review Letters 110, 221601 The LHCb Collaboration, R Aaij et al (2013), “Measurement of the forward energy s flow in pp collisions at 13 = TeV”, The European Physical Journal C 73, 2421 Bs0 → D ∗mπ ± The LHCb Collaboration, R Aaij et al (2013), “Search for the decay ”, Physical Review D 87, 071101 14 T Nakada (Paul scherrer Institute) and L Wolfenstein (Carnegie-Mellon 15 University) (1996), “CP violation in ”, Review of Particle Physics Y Kwon (Yonsei U, Seul, Korea) and G Punzi (INFN, Pisa, Italy) (2006), “Introduction and decay of b_flavored hadrons”, Review of Particle Physics, Updated February 67 [...]... Là biểu thức vi phạm đối xứng CP theo thời gian phụ thuộc vào 2 tham số: thứ nhất là (sự khác biệt khối lượng giữa hai trị riêng của meson B0 – quyết định đến chu kỳ dao động của B0) và thứ hai là (là hiệu số pha giữa trạng thái đầu và trạng thái cuối – quyết định vi phạm đối xứng CP “pha trộn cảm ứng”) Từ biểu thức chúng ta thấy muốn xác định vi phạm CP cần sử dụng hai kênh phân rã cụ thể để xác định. .. trộn: Do meson B trung hòa có hai trị riêng khối lượng (nặng) và (nhẹ) nên ta có thể đưa vào giá trị khối lượng trung bình: (1.12) Và hiệu số khối lượng (theo định nghĩa luôn nhận giá trị dương) (1.13) Đồng thời, chúng ta cũng đưa vào độ rộng phân rã và ứng với hai trạng thái riêng khối lượng và thỏa mãn điều kiện: (1.14) cùng với (1.15) c Tốc độ phân rã phụ thuộc thời gian: 13 Học viên: Trương Thị Thái. .. Tồn tại hai loại hạt meson B trung hòa là với khối lượng xấp xỉ nhau Hệ meson trung hòa được đặc biệt quan tâm bởi hiện tượng dao động đặc biệt của chúng, đó là quá trình biến đổi từ hạt thành phản hạt và ngược lại Hiện tượng này không chỉ cho phép chúng ta nghiên cứu vi phạm đối xứng CP mà còn đánh giá được cả sự khác biệt về khối lượng giữa hai trạng thái riêng BH “B high” và BL “B low” của meson B... sau RICH1 và phía trước lối vào của nam châm, cách vùng tương tác khoảng 2.5m Vai trò của TT là xác định thông tin về xung lượng của vết Độ lệch của vết trong từ trường của TT có thể sử dụng để đánh giá sơ bộ xung lượng của các hạt TT còn được sử dụng như trigger đầu tiên và cung cấp thông tin xung lượng của các vết khác nhau TT cũng được sử dụng để xác định xung lượng ngang cho vết có tham số va chạm... nhận và phân biệt các hạt khác nhau Cung cấp thông tin cho vật lý B về các kênh phân rã khác nhau và cấu trúc liên kết của chúng Sự ghi nhận các hạt bởi RICH phải tính đến phổ xung lượng lớn nhất Hai detector RICH sử dụng trong thí nghiệm LHCb: RICH1 đặt giữa VELO và TT, RICH2 đặt giữa tracking station và Calorimeter RICH1 xác định các hạt có xung lượng khoảng 1 GeV/c đến 60 GeV/c, RICH2 xác định các... trận CKM và pha CP trong (1.9) Tổ hợp các công thức ở trên, cuối cùng chúng ta đi tới biểu thức tốc độ phân rã vào trạng thái cuối với giả thiết tại t = 0 chỉ có hoặc : (1.23) Ở đây tốc độ phân rã phụ thuộc vào thời gian tương ứng với biên độ phân rã và có thể được tính toán bằng cách thực hiện phép tích phân trên không gian pha thông thường Tương tự, tốc độ phân rã vào trạng thái cuối , là trạng thái. .. (electron và photon) qua tương tác điện từ của chúng với detector Độ phân giải năng lượng của ECAL là (E đơn vị GeV) Hadronic Calorimeter (HCAL) HCAL có vị trí sau ECAL, với nhiệm vụ xác định năng lượng các hạt hadron thông qua tương tác của chúng với detector HCAL gồm các bản thép dày 16 mm và các viên nhấp nháy 4 mm được đặt song song với hướng của chùm tia Phân giải năng lượng của HCAL là 2.2.7... sĩ là hàm “Inami-Lim” miêu tả sự phụ thuộc vào khối lượng của quark t (mt)  Trong mô hình chuẩn một cách gần đúng chúng ta có thể sử dụng biểu thức sau: (1.8)  Cuối cùng, pha phụ thuộc xuất hiện thông qua biến đổi : (1.9) Nếu chúng ta tính phần hấp thụ của giản đồ Feymman trên hình 1.1 sẽ thu được: (1 .10) Tiếp theo chúng ta khai triển (1.6) theo và bỏ qua số hạng bậc hai thu được: (1.11) b Tham số. .. là trạng thái liên hợp CP của trạng thái có thể nhận được một cách trực tiếp từ (1.23) bằng cách thay thế (1.24) 14 Học viên: Trương Thị Thái Luận văn thạc sĩ d Biểu thức bất đối xứng CP theo thời gian: Chúng ta khảo sát một trường hợp đơn giản: Phân rã của meson vào trạng thái cuối cùng , đồng thời cũng là trạng thái riêng của toán tử , tức là thỏa mãn hệ thức: (1.25) Hệ quả là trong trường hợp này... thể được phân loại theo thiết bị vết (các detector xác định dạng quỹ đạo và vị trí đỉnh (va chạm và phân rã) ) và thiết bị phân loại hạt (các detector nhận định các loại hạt khác nhau):  Vết: VELO, TT, nam châm, IT, OT  Hạt: RICH1, RICH2, ECAL, HCAL 2.2.1 Nam châm Nam châm được đặt gần vùng tương tác, độ mở của nó quyết định acceptance của detector Vai trò của nam châm là bẻ cong quỹ đạo của hạt tích