Violação CP no sistema K 0 anti-K 0. Simetrias Simetrias importantes em física  Paridade: x → -x (x vector), L = x x p → L.  Conjugação de carga: e-

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1 Violação CP no sistema K 0 anti-K 0

2 Simetrias Simetrias importantes em física  Paridade: x → -x (x vector), L = x x p → L.  Conjugação de carga: e- → e+  Simetria no tempo: t → -t Invariância CPT:  Profundo resultado em física  M(partícula) = M(antipartícula)  Ainda não refutado

3 Paridade (P) e Conjugação de Carga (C) Força Electromagnética (P válida) Força Forte (P válida) Força Fraca:  reacção  Muões – helicidade direita  Anti-neutrinos – helicidade direita  Violação máxima A maior parte das partículas não são estados próprios de C

4 Simetria CP Aplicando P ou C o decaimento deixa de ser possível Aplicando CP temos de volta um decaimento possível Será que se verifica sempre? W+W+ e+Re+R L W+W+ e+Le+L R WW eReR L WW eLeL R P C

5 Resposta no sistema K 0 anti-K 0 Sabia-se Supôs-se As partículas podem-se transformar

6 Sistema K 0 anti-K 0 K 0 pseudo escalar Se assumirmos que há simetria CP numa reacção podemos construir os estados próprios de CP

7 Sistema K 0 anti-K 0 K 1 tem valor próprio +1 K 2 tem valor próprio -1 Simetria CP  K 1 decai em CP=+1  K 2 decai em CP=-1

8 Sistema K 0 anti-K 0 - decaimentos Os K são as partículas estranhas mais leves Logo, só decaem por força fraca -> três tipos  Hadrónico  Semi-Leptónicos  Leptónicos Paridade piões é -1  K 1 decai em dois piões  K 2 decai em três piões

9 Sistema K 0 anti-K 0 - decaimentos Decaimento em dois piões é muito mais rápido (600x) Logo, ao fim K 1 decair, sobra o estado K 2 Devemos apenas observar decaimentos em 3 piões No local de 3 piões vêem-se também 2 piões ! Verificou-se uma violação de CP!!!

10 Sistema K 0 anti-K 0 – decaimentos Fenómeno observado por Cronin e Fitch em 1964 Os decaimentos em dois piões eram cerca de 0.2% O estado de vida longa não parece respeitar CP Pensou-se que tínhamos também uma pequena mistura de K 1 ε representa a componente de K 1 e tem o valor experimental de cerca de 2.3 *10 -4.

11 Sistema K 0 anti-K 0 – decaimentos leptónicos Cerca de 39% dos decaimentos de K 0 são leptónicos do tipo: Aplicando CP à 1ª reacção fica-se com a 2ª Ao fim de certo tempo temos apenas um estado K L K L tem maior componente de K 0 do que anti-K 0 Há maior decaimentos em neutrinos Há uma distinção inequívoca da matéria!!!

12 Sistema K 0 anti-K 0 – Δ entre massas de K 2 e K 1 Criado um feixe K 0, como vai evoluir no tempo? Inserir um elemento de mistura Δ Os estados próprios são K 1 (valor próprio MK- Δ) K 2 (valor próprio MK+ Δ)

13 Sistema K 0 anti-K 0 – Δ entre massas de K 2 e K 1 Agora para K0 e anti-K0 Cálculo K0 → K0 e K0 → anti-K0 (Δm é a diferença de massas entre K1 e K2): K0 → K0: |g + (t)| 2 K0 → anti-K0: |g - (t)| 2

14 Δ massas de K 2 e K 1, massa do quark c Δm = (3.491 ± 0.009)*10 -6 eV Sabendo a Δm: Usando o diagrama e Feynman Na matriz CKM o quark c é dominante Pode-se encontrar m c Mc=1.5 GeV (mesma ordem que valores mais recentes)

15 Sistema K 0 anti-K 0 – Mixing e Decay Definir agora um Hamiltoneano em que os estados próprios são K S e K L

16 Sistema K 0 anti-K 0 – Mixing e Decay p ≠ q => fluxo K0 → anti-K0 é diferente de anti-K0 → K0

17 K 0 anti-K 0 – Decaimento em 2 piões

18 Taxas de decaimento para K 0 e antiK 0 : Temos assim 3 termos em cada decaimento: 1.O termo Г S é o dominante 2.O termo Г L é o termo de decaimento directo 3. O termo Г é o termo de interferência (Г S - Г L ) Note-se o sinal (- ) que mostra como K0 e anti- K0 são diferentes

19 Violação Indirecta e Directa de CP Violação Indirecta de CPViolação Directa de CP Dos diagramas de Feynman obtém- se as relações seguintes Experimentalmente (com muito trabalho) obtém-se a relação entre ε´ e ε Ficou então provada a violação directa de CP!

20 Experiências e Resultados Experimentais

21 Experiência e Teoria difíceis e laboriosas Exemplo: artigo de revisão de 1998 (?)

22 Uma experiência – NA48 no CERN decaimentos K L,S → π 0 π 0 e K L,S → π + π - são detectados simultaneamente  Ao contrário de outras como a KLOE  Vantagem: elimina erros sistemáticos  Desvantagens: Detectores de alta precisão Material hermeticamente fechado Rápidas técnicas de detecção (~100MB/s de dados)

23 NA48 – Esquema

24 NA48 - Esquema Produzido um feixe K L de protões a 450 GeV Pequena parte do feixe de protões é desviada para produzir o feixe K s Feixes encontram-se (vêem um ângulo entre si) Colocado AntiCounter para definir a zona exacta de decaimentos A distinção entre decaimentos KL e KS  Coincidências entre o tempo do evento e o tempo do protão na Tagging Station

25 NA48 – Tagging Station

26 NA48 - Detectores espectrómetro magnético para os decaimentos π + π -  4 drift chambers  um dipolo magnético (permite que os feixes sejam separados ) calorímetro electromagnético de krypton líquido para a reconstrução de π 0 π 0 → 4γ  13212 células com uma superfície de 2*2 cm 2

27 NA48 – Esquema dos detectores

28 NA48 – Tratamento de dados Rejeição de dados que não interessam (podem vir de decaimentos em electrões ou muões) Para eliminar os acontecimentos em electrões usa-se o facto de que estes depositam <80% da sua energia no calorímetro Á esquerda, resultados intermédios

29 NA48 – Tratamento de dados

30 As coisas ainda podem-se complicar mais

31 Outra experiência (KTeV) Resultados de outro artigo de revisão:

32 Opiniões sobre o futuro

33 Outros estudos: B 0 anti-B 0 e D 0 anti-D 0

34 Bibliografia: http://pubweb.bnl.gov/people/e926/papers/theory.html http://www-dapnia.cea.fr/Doc/Publications/Arquives/spp-00- 14.pdf http://www-dapnia.cea.fr/Doc/Publications/Arquives/spp-00- 14.pdf http://www.usc.es/gaes/beauty2002/Talks/B02Madigozhin.pdf