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Measurement of the CP-violating phase phis using Bs->J/Psi Phi and Bs->J/Psi pi+pi- decays with the LHCb experiment

Linn, Christian

PDF, English
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This thesis presents a measurement of the CP-violating phase phis, arising in the interference of Bs mixing and the amplitudes of Bs->J/Psi Phi and Bs-> J/Psi pi+pi- decays. The phase phis is an observable with very high sensitivity for physics phenomena beyond the Stamdard Model. New, heavy particles could contribute to the mixing process and influence the measured value of phis. As the prediction for phis is very precise, already small deviations of the measured value would be a hint for new physics effects. The presented measurement is done with a data set corresponding to an integrated luminosity of L=1.0invfb, collected during 2011 with the LHCb experiment. The determination of phis with Bs->J/Psi Phi decays requires a time-dependent analysis, depending also on the decay angles of the Bs to separate the CP-eigenstates of the decay. A four-dimensional maximum likelihood fit, including as well information of the Bs production flavour, is used to determine phis from the corresponding measured time and angular distributions. The measurement of the strong phase difference between K+K- P-wave and S-wave amplitudes, as a function of the invariant K+K- mass, allows to resolve a twofold ambiguity (phis <-> pi - phis) in the differential Bs->J/Psi Phi decay rate. The measured value is phis = 0.069 +- 0.091 (stat.) +- 0.014 (syst.) rad. Performing a combined analysis of Bs->J/Psi Phi and Bs->J/Psi pi+pi- decays a value of phis = 0.043 +- 0.076 (stat.) +- 0.014 (syst.) rad is determined. The obtained results are in agreement with the prediction.

Translation of abstract (German)

In der vorliegenden Arbeit wird eine Messung der CP-verletzenden Phase phis vorgestellt, die in der Interferenz von Bs Mischung und Bs->J/Psi Phi oder Bs->J/Psi pi+pi- Zerfallsamplituden auftritt. Die Phase phis ist eine Observable mit hoher Sensitivitaet fuer physikalische Phaenomene jenseits des Standard Modells. Neue, schwere Teilchen koennen zu der Mischung beitragen und so den gemessenen Wert von phis beeinflussen. Da die Vorhersage fuer phis sehr praezise ist, sind bereits geringe Abweichungen in der Messung Anzeichen fuer neue physikalische Effekte. Die vorgestellte Messung benutzt einen Datensatz, der einer integrierten Luminositaet von L=1.0 invfb entspricht und waehrend 2011 mit dem LHCb Experiment aufgenommen wurde. Zur Bestimmung von phis mit Hilfe von Bs->J/Psi Phi Zerfaellen ist eine zeitabhaengige Analyse notwendig, die auch von den Zerfallswinkeln des Bs abhaengen muss, um die CP Eigenzustaende des Zerfalls zu separieren. Um phis von den gemessenen Zeit- und Winkelverteilungen zu bestimmen, wird ein vierdimensionaler Maximum Likelihood Fit benutzt, der Informationen ueber den Bs Produktionszustand beinhaltet. Die Messung der Phasendifferenz von K+K- P- und S-Wellen Amplituden als Funktion der K+K- Masse wird benutzt um eine Ambiguitaet (phis <-> pi - phis) in der Bs->J/Psi Phi Zerfallsrate aufzuloesen. Der gemessene Wert ist phis = 0.069 +- 0.091 (stat.) +- 0.014 (syst.) rad. In einer kombinierten Analyse von Bs->J/Psi Phi und Bs->J/Psi pi+pi- Zerfaellen wird ein Wert von phis = 0.043 +- 0.076 (stat.) +- 0.014 (syst.) rad bestimmt. Die gemessenen Ergebnisse sind in Uebereinstimmung mit der Vorhersage.

Item Type: Dissertation
Supervisor: Uwer, Prof. Dr. Ulrich
Date of thesis defense: 15 May 2013
Date Deposited: 29 May 2013 05:39
Date: 2013
Faculties / Institutes: The Faculty of Physics and Astronomy > Institute of Physics
Subjects: 530 Physics
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