[论文解读] The charm physics programme at the LHCb upgrade, and Atlas and CMS upgrades

M. Gersabeck|ArXiv.org|Sep 26, 2012

Particle physics theoretical and experimental studies参考文献 10被引用 4

一句话总结

本文概述了LHCb升级及ATLAS和CMS相关升级的底夸克物理计划，重点在于提升CP破坏和混合测量的精度。通过实现全40 MHz读出和软件触发，LHCb升级将使年数据产量提高约10倍，实现CP不对称性测量灵敏度达0.05×10⁻³，从而能够发现稀有衰变和新奇的粲重子。

ABSTRACT

Charm physics has been established at the LHC based on several high-precision measurements. The future of charm physics at the LHC experiments is discussed in detail. The bulk of the charm physics programme will be performed by LHCb and the LHCb upgrade. In particular, the impact of the LHCb upgrade on mixing and \CP violation measurements is presented.

研究动机与目标

• 通过升级探测器能力，扩展大型强子对撞机上高精度底夸克物理测量，特别是CP破坏和混合效应。
• 通过重新设计触发系统以实现全40 MHz读出，克服高亮度下触发效率的限制。
• 通过控制产生和探测不对称性，实现CP不对称性测量的亚百分之一水平精度。
• 通过提高亮度和高效触发，实现对双重和三重重夸克重子的发现。
• 通过利用LHCb升级的高数据率和低本底环境，保持在稀有衰变搜索中的领先地位。

提出的方法

• 实施全40 MHz读出系统，配备灵活的硬件触发和软件触发，将输出降低至20 kHz。
• 用硅像素或细条硅探测器替换原顶点探测器，以提高影响参数分辨率。
• 为RICH探测器升级高数据率光子读出系统，并现代化改造量能器电子学以支持更高运行速率。
• 采用模型无关和模型相关的分析方法，搜索D⁰、D⁺和Dₛ⁺介子多体衰变中的CP破坏。
• 利用Cabibbo增强和单Cabibbo抑制衰变中的不对称性抵消技术，以分离CP破坏信号。
• 基于预计的50 fb⁻¹积分亮度估算统计灵敏度，并在复杂末态中模拟背景控制。

实验结果

研究问题

• RQ1 LHCb升级对D⁰ → K⁻K⁺和D⁰ → π⁻π⁺衰变中直接CP破坏的预期灵敏度是多少？
• RQ2 LHCb升级将如何提升D⁺ → K⁻K⁺π⁺和D⁺ → π⁻π⁺π⁺衰变中CP不对称性的测量精度？
• RQ3 LHCb升级能否以亚百分之一水平的精度解析相空间分布中的CP破坏？
• RQ4 升级后的LHCb探测器对双重重子和三重重子的预期发现能力如何？
• RQ5 与Belle II相比，LHCb升级将如何增强对稀有和禁戒底夸克衰变的探测灵敏度？

主要发现

• 预计LHCb升级将使年信号产额提高约一个数量级，达到每年约4×10¹⁰个D⁰ → K⁻π⁺衰变。
• 在50 fb⁻¹数据下，D⁰ → K⁻K⁺和D⁰ → π⁻π⁺衰变中ΔACP的预期统计灵敏度达到0.15×10⁻³。
• D⁺ → K⁰S K⁺、D⁺ → K⁻K⁺π⁺和D⁺ → π⁻π⁺π⁺衰变中CP不对称性的灵敏度分别估算为0.1、0.05和0.08×10⁻³。
• 对D⁺ → h⁻h⁺π⁺末态中CP破坏的模型无关搜索，可在相空间中实现(0.01–0.1)°的灵敏度，在分数中实现0.1–1.0×10⁻³的灵敏度。
• LHCb升级将实现对标准模型之外间接CP破坏的灵敏度，关键可观测量的精度将超越Belle II。
• 升级可将产生和探测不对称性控制在亚百分之一水平，这对高精度测量时间积分CP不对称性至关重要。