BaBar (expérience) - Définition

Le modèle standard et la violation de CP après BaBar

Les résultats de l'expérience BaBar et de l'expérience Belle située au KEK (en) sont compilés par le Particle Data Group et par le Heavy Flavor Averaging Group, et des ajustements du modèle de CKM aux résultats expérimentaux sont effectués par deux groupes, CKMfitter et UTfit.

L'ensemble des résultats montre une grande cohérence, l'ajustement du petit nombre de paramètres du modèle CKM permettant de rendre compte de l'ensemble des résultats expérimentaux. Il est démontré que le modèle CKM est la source de l'ensemble des manifestations de la violation de CP observée dans le secteur des quarks, à la précision expérimentale dont nous disposons aujourd'hui.

D'autre part aucun signe signifiant de physique au-delà du modèle standard n'a été observé. En fait cette absence questionne avec virulence la présence d'une telle physique à l'échelle du TeV, cible des expérience au LHC qui vont redémarrer sous peu. Si nouvelle physique il y a, il faudra comprendre son absence totale d'activité visible dans le secteur de la saveur.

L'étude expérimentale de la violation de CP est reliée au problème de la baryogénèse : Andreï Sakharov a démontré en 1967 que l'on ne pouvait obtenir un univers actuel fortement disymmétrique, la matière étant bien plus répandue que l'anti-matière, à partir d'un univers prétendument symétrique, qu'à une série de conditions, en particulier que CP soit violée. En fait la violation de CP dans le secteur des quarks, étudiée par BaBar, n'est pas suffisante pour expliquer la baryogénèse : il s'en faut de 10 ordres de grandeur. Le problème de la baryogénèse reste entier.

Le futur proche de cette physique des saveurs est entre les mains d'expériences comme LHCb qui commencera à prendre des données bientôt auprès d'un accélérateur de protons, le LHC. La violation de CP dans les désintégrations du méson à la fois beau et étrange, le B_s, sera alors accessible – le B_s est trop lourd pour être produit dans les désintégrations de l'υ(4S).

A plus long terme deux projets de super usine à méson B sont en compétition, Super Belle au Japon et SuperB en Italie, qui devraient pouvoir accumuler cent fois plus de données que BaBar ou Belle.

Résultats

Mesure de β

Grâce à la forte violation de CP dans le secteur des mésons B et à la luminosité élevée fournie par l'accélérateur PEP-II, l'expérience BaBar a rapidement observé une différence signifiante entre les désintégrations de B⁰ et , se désintégrant en un méson J/ψ et un kaon neutre short K_S⁰. Cette différence permit de mesurer la valeur de sin(2β), où β est l'un des angles du triangle d'unitarité, une valeur positive et non compatible avec zéro – η est alors non nul, CP est violée, et le triangle n'est pas plat.

Cette désintégration étant très peu contaminée par les incertitudes hadroniques contrairement aux désintégrations de kaons qui ont permis la première observation de la violation de CP – il s'est agit de la première observation de la violation de CP par le mécanisme de CKM (lire).

Mesure de α

BaBar mesure l'angle α dans une série de désintégrations non charmées (π⁺π^-, ϱ⁺π^-, ϱ⁺ϱ^-). Dans le canal B → ϱϱ, particulièrement, la pollution par les diagrammes ayant une boucle est faible, et l'incertitude de la mesure de α en est diminuée. Phys.Rev.Lett.98:111801,2007.

Mesure de γ

L'angle γ est mesuré dans les désintégrations de mésons B⁺ en un méson charmé D(*) neutre et un méson étrange K(*) chargé, en particulier grâce au recouvrement – et donc à l'interférence – dans le plan de Dalitz (en) des désintégrations en trois corps des D0 et D̄⁰ vers le même état final arXiv:0804.2089.

L'Accélérateur PEP-II n'est pas seulement une usine à méson B, de très haute luminosité. Il produit aussi des centaines de millions de mésons charmés, de lepton τ ..

Découverte du Y(4260)

Étudiant le système J/ψ π⁺π^- produit dans l'interaction e⁺e^- après rayonnement d'un photon dans l'état initial, nous avons découvert une nouvelle particule à une masse proche de 4,260 GeV/c². Cette résonance jusqu'alors inconnue a des propriétés différentes d'un méson charmonium ordinaire, état lié d'un quark c et d'un anti-quark c, et est peut-être un nouvel état de la matière, le premier état observé d'un méson hybride, état lié d'un quark c et d'un anti-quark c et d'un gluon (lire).

Découverte du η_b

Analysant les désintégrations du méson υ(3S) dans des données dédiées acquises au début de 2008, BaBar à découvert le η_b, état fondamental du méson bottomonium qui était recherché depuis la découverte de l'υ en 1977. Le η_b ayant, pense-t'on, de très nombreux canaux de désintégration, la recherche a été effectuée de façon inclusive, seul le photon de recul de la désintégration radiative υ(3S) → η_b γ étant observé. (lire).