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El Experimento LHCb

[2017 – 2018]

Jornadas científicas17 de enero de 2019

LHCb@IFIC: Composición del grupo

• El IFIC es miembro oficial de LHCb desde junio de 2013 → Grupo consolidado ahora!

• Miembros:Seniors: Arantza Oyanguren (ID), Fernando Martinez Vidal (TU), Francisco Botella (CU)Postdocs: Louis Henry (S8a), Carlos Sánchez Mayordomo (Post-FPI),PhDs: Clara Remón (Proyecto), Luismi García (Proyecto), Joan Ruiz Vidal (Proyecto), Fernando Cornet (FPI), Brij Jashal (TIFR, India).Ingenieros: José Mazorra de Cos (PTA)

1• Ex-miembros: Pablo Ruiz Valls (PhD 2016)

+

LHCb@IFIC: Tema de investigación

Haces desfocalizados para reducir el número de interacciones: L LHB~L ATLAS/20

→ Física de precisión

PV

SV

LHCb@IFIC: Tema de investigaciónGoal: Búsqueda de Nueva Física …

Búsqueda indirecta → partículas creadas off-Shell: Evidencia en efectos cuánticos (loops) → Física de precisión (BR’s, asimetrías… )

→ Complementaria a la búsqueda directa en ATLAS y CMS

2012

3

(√s= 7 TeV)

Higgs

mH [GeV]

LHCb@IFIC: Tema de investigaciónSome LHCb highlights:

Bs→µ+µ-

Ξcc PRL 119 (2017) 112001

4

4.4 fb-1

7.8σ

[PRL 118 (2017) 191801]

Anomalías in flavour :RK* [JHEP 08 (2017) 055]

3.8σ

RD*

[PRL

120

(201

8) 1

7180

2][P

RL 1

20 (2

018)

121

801]

LHCb@IFIC: Tema de investigación

5

Lineas de investigación en el IFIC:

• Desintegraciones radiativas de hadrones pesados.

• Física de espín y Momentos Dipolares Eléctricos y Magnéticos.

• Fenomenología de la Física de Sabor.

• Contribución al desarrollo del nuevo detector de trazas SciFi.

Financiación: Búsqueda de nueva fisica con sabor con el experimento LHCb del CERN.

FPA2017-85140-C3-3-P, 2018-2019.

Desafíos presentes y futuros del experimento LHCb del CERN (II).FPA2015-68318-R, 2016-2017.

Aproximación teórico-experimental a la búsqueda de nueva física con saborespesados. PROMETEOII/2014/049, 2014-2017.

Participacion española en el experimento LHCb del CERN: física y mejoras.FPA2013-48020-C3-2-P, 2014.

LHCb@IFIC: Tema de investigaciónDesintegraciones radiativas de hadrones pesados (FCNC):

Motivación:

6

La polarización del fotón en desintegraciones del tipo b→ s γ es levógira en el SM. La presencia de fotones con polarización anómala implicaría la existencia de Nueva Física. Esta polarización se puede medir:

1- A través del estudio del tiempo propio de desintegración en canales del tipo Bs→φγ.

2- A través del estudio de las distribuciones angulares de desintegraciones de hadronespesados, ej: b-baryons (Λb→Λγ,Ξ b→Ξ γ, Ω b→Ω γ).

LHCb@IFIC: Tema de investigación1 - Primera medida del tiempo propio en la desintegración Bs→φγ:

4000candidates

Run 13 fb-1

First experimental study of the photon polarization in the Bs system

Publicado en Phy. Rev. Lett. 118 (2017) 021801

NP

SM

NP

Información sobre la polarización anómala del fotón(Canal de control: B→K*γ)

Run1

7

LHCbmilestone

LHCb@IFIC: Tema de investigación

SCA∆

(Blinded results, values set to SM)

Tésis de C. Sánchez Mayordomo (Julio 2018). Otro artículo para Phys. Rev. Lett. en preparación.

1 - Primera medida del tiempo propio en la desintegración Bs→φγ:

8

LHCb@IFIC: Tema de investigación2- Distribución angular en desintegraciones radiativas de b-baryons

σαγ~ 0.15 for 400 events

SM

SM

9

σαγ

→ No se han observado todavía BR(Λb→Λγ)< 10-3, accesibles en LHCb→ Acceso a la polarización del fotón a través de la distribución angular

→ Challenge: Long-living particles, difíciles de reconstruir (cτ(Λ) = 7.89 cm).→ Hemos desarrollado el trigger y la reconstrucción, análisis en desarrollo.

LHCb@IFIC: Tema de investigaciónEDM

MDM

δ

10

Física de Espín, EDMs y MDMs:

Motivación:La bariogénesis necesita nuevas fuentes de violación de CP: Nueva Física

→ Procesos flavour-changing (FCNC) → Goal de LHCb→ Procesos flavour-conserving → Momentos dipolares eléctricos (EDMs)

EDMs ≠ 0→ Tests de CPT con Momentos dipolares magnéticos (MDMs):

MDM(Λ) – MDM(Λ) ≠ 0

a) Utilizar la precesión de espín de bariones con vidas medias largas (Λ) en el campo electromagnético de LHCb.

b) Utilizar la precesión de espín de bariones con vida medias cortas (Λ+c , Ξ +

c) utilizando cristales curvos en un montaje de blanco fijo cerca de LHCb.

Se necesita conocer la polarización en la producción → varios análisis de amplitude en procesos de desintegraciónes de Λ+

c (ex: Λc→pKπ)

Propuesta de experimento de blanco fijo con cristales curvados para MDM y EDM de bariones pesados y leptón tau

PHYSICS BEYOND COLLIDERS (PBC)

• Input para ESPP

EPJ C77 (2017) 181EPJ C77 (2017) 828

TEST BEAM CRISTAL 16 mrad @ CERN’s H8• Demostración de viabilidad

LEPTON TAU• Estudios de

viabilidad para usar la misma tecnología para MDM y EDM del leptón tauarXiv:1901.04003 [hep-ex]

11

LHCb@IFIC: Tema de investigación

LHCb@IFIC: Tema de investigaciónFenomenología en Física de Sabor:

→ Interés en:1. Vector like quarks and rare or CP violating decays2. Flavour Changing processes in the Higgs sector3. Discrete Symmetries (CPT,..)4. Model independent analysis beyond 3x3 unitarity

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• Flavour conservation in Two Higgs Doublet modelsF. J. Botella, F. Cornet y M. Nebot [Phy. Rev D 98 (2018) 035046]

• Symmetry Constrained Two Higgs Doublet ModelsJ.M. Alves, F. J. Botella, G. Branco, F. Cornet, M. Nebot y J. Silva [Phys. Rev. D 98 (2018) 035046]

• Controlled Flavour Changing Neutral Couplings in Two Higgs Doublet ModelsF J.M. Alves, F. J. Botella, G. Branco, F. Cornet, M. Nebot [Eur. Phys. J. C77 (2017) 585]

Crucial para la interpretación de resultados experimentales, definición de nuevos observables, etc…

LHCb@IFIC: Upgrade LHCb detectorPlanes:

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Hardware trigger L0 (ET and µ PT) [1MHz]

Full software trigger, readout at 40MHz→

LHCb@IFIC: Upgrade LHCb detector

Contribución del IFIC: Diseño y caracterización del chip de lectura del nuevo central tracker SciFi

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SciFi FE ASIC PACIFIC:(IFIC en colaboración conICC-UB, LPC-UBP and PIH-RKU)

Contribución al desarrollo del nuevo Detector Central de Trazas SciFi:Fibras centelleadoras de l=2.5m y φ=250u (3 estaciónes x 4 capas) + SiPMs

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LHCb@IFIC: Upgrade LHCb detector

CERN testbeam

CONTROL DE CALIDADDE LA PRODUCCIÓN

• PACIFIC Board en colaboración con Uni. Tsinghua (China)

• Sistema de test instalado en el IFIC

• Test de producción a partir de enero 2019

• Total testeo: 1000/2500

DISEÑO DIGITAL• Control lento (I2C)• Rediseño del esquema de

reset robusto a radiación

TEST RADIACIÓN @ HIT (Heidelberg)

• Evaluación del efecto de SEUs en registros y reset

Contribución al desarrollo del nuevo Detector Central de Trazas SciFi:Prototipo final (PACIFICr5q) y producción en 2018 (23K)

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LHCb@IFIC: Tema de investigación

Test board

Software & reconstrucción:

https://twiki.ific.uv.es/twiki/bin/view/Main/ComCha

Detector LHCb:

• Challenges para la reconstrucción de trazas:- Nuevos algoritmos para el trigger - Nuevas arquitecturas de hardware

Estudios de caracterización y exploración de nuevasplataformas: → Intel FPGA, DE5-NET (StratixV) y DE5a-Net-DDR4 (Arria 10) accelerating boards→ GPUs: Nvidia Tesla v100 y RTX2080

LHCb@IFIC: Tema de investigación

LHCb@IFIC: Planes

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En resumen:

• Corto plazo: 2019-2020- Publicar la medida de la polarización del fotón en Bs→φγ, utilizando la

información del sabor inicial del Bs . Añadir los datos del Run2.- Finalizar las medidas de desintegraciones radiativas de bariones pesados- Medidas de EDMs (polarización Λ y Λc , tracking, diseño del montaje)- Reconstrucción de trazas con el detector SciFi y mejora del trigger- Instalación y commissioning del chip PACIFIC para el upgrade SciFi

• Medio plazo: 2021-23- Contribución a la toma de datos del Run3- Incluir los datos del Run3 en los análisis radiativos- Instalación del montaje de blanco fijo con cristales curvos- Medidas EDMs y MDMs

• Largo plazo: 2024-26 and beyond- Analisis del Run3 - Upgrade 2nd fase- New ideas…

LHCb@IFIC: Logros científicos 17’-18’

Participación = 186 personas https://congresos.adeituv.es/LHCb_2018/

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Responsabilidades:Heavy Flavour Averaging Group (HFAG) (A. Oyanguren) [2012-]Deputy Software & Simulation SciFi project (L. Henry) [2018-]LHCb Speaker Bureau (F. Martínez Vidal) [2016-2018]Coordinación de la Red Española de Física de Sabor (REFIS) (A. Oyanguren) [2016-] Physics Beyond Colliders (PBC) Study Group (F. Martinez Vidal) [2018-]Responsable oficina ECGD en LHCb (A. Oyanguren) [2017-]

Publicaciones: 178

Outreach:

Reports: 6- Averages of b-hadron, c-hadron, and τ-lepton properties EPJ. C77 (17), 895- Summary Report of Physics Beyond Colliders at CERN, CERN-PBC-REPORT-2018-003- A Roadmap for HEP Software and Computing R&D for the 2020s , arXiv:1712.06982 [physics.comp-ph] - Physics Beyond Colliders QCD Working Group Report- Report of the BSM Working Group of the Physics Beyond Colliders at CERN- Community Support for A Fixed-Target Programme for the LHC

LHCb@IFIC: Logros científicos 17’-18’

Artículos BaBar:22Artículos LHCb: 150Artículos Teoría: 3Otros artículos: 3

PhD Tesis: Measurement of the mixing at CP parameters in Bs→φγ at LHCb, Carlos Sánchez Mayordomo (julio 2018)

Expociencia

Conferencias: 3 plenarias internacionales (LATTICE17, PASCOS17, FPCP18) + paralallel

Gracias!

LHCb@IFIC: Backup