El proyecto aquí propuesto para ejecutar durante 24 meses, a partir de junio del año 2000, constituye la tercera parte del programa de investigación en física experimental de altas energías, que el Grupo de Física de Altas Energías de la Universidad de los Andes viene desarrollando desde 1991 como miembro de la Colaboración D0.
 

Planteamiento del problema

Nuestro interés está en la física de la estructura fundamental de la materia, concretamente en la física del quark-b, también llamada física-B, pues es el estudio de los hadrones B, que contienen el quark-b. Esta es una de las más activas e importantes áreas de investigación en la física de partículas elementales, no solamente por su estrecha relación con la física del quark top descubierto en 1995 por las colaboraciones CDF y D0 con participación del Grupo de Altas Energías de la Universidad de los Andes, sino también por varios factores como:

Los hadrones B decaen débilmente, lo que permite poner a prueba la matriz CKM (Cabibbo-Kobayashi-Maskawa).
El quark b es pesado. Por consiguiente los cálculos perturbativos para su decaimiento deben ser más fidedignos y las mediciones experimentales deben proporcionar una prueba real de la teoría. También es importante que el quark b es pesado desde el punto de vista experimental, porque una cantidad apreciable de energía es liberada cuando decae en el quark c más ligero. Esto permite que los quarks b sean fácilmente identificados buscando leptones energéticos, por ejemplo.

Los hadrones B tienen un tiempo de vida relativamente largo, lo suficiente para ser observados directamente. Esto puede ser utilizado como marca para decaimientos del quark b.

Debido a la gran masa del quark top, los hadrones B tienen una rata de mezcla relativamente grande, lo que da otra oportunidad para determinar algunos parámetros de la matriz CKM. Esto también significa que la interferencia entre decaimiento directo en un estado propio CP y mezclado seguido por decaimiento en un estado propio CP, puede resultar en ratas observables de violación CP en decaimientos de mesones B.

El objetivo central de este proyecto es el estudio experimental de la física del quark-b en colisiones hadrónicas a las más altas energías disponibles, al participar como miembros de la Colaboración Experimental Internacional D-Cero (D0). Esta colaboración D0 utiliza un gran detector de uso general en la intersección D0 del colisionador Tevatron de protones y antiprotones en la Laboratorio Fermilab (Batavia, Illinois).
 

Objetivos específicos

Realizamos el estudio de física-B en el contexto del Experimento D-Cero en tres áreas de actividad:

Hardware: Actividad experimental.
Análisis de física: Análisis de datos de física-B.

Estudios fenomenológicos de física-B, que contribuyen al entendimiento de esta física del quark-b.

Construcción de un telescopio de muones provenientes de rayos cósmicos como instalación de prueba de unidades de detección de partículas y radiación para la renovación y actualización del experimento D0. Esta actividad se desarrollará en el Laboratorio de Altas Energías de la Universidad de los Andes, en Bogotá, donde quedarán las instalaciones de prueba, que contribuyen a estudios de instrumentación con aplicaciones no solo en el experimento para la física-B, sino también en un futuro a más largo plazo (fuera de el proyecto aquí propuesto), para aplicaciones en otras áreas, como instrumentación para estudios de rayos cósmicos, o también para ciencias biológicas y/o medicina.
Continuación de la participación activa en el Laboratorio Fermilab en el montaje, iniciación de operaciones y mantenimiento del sistema de detección de trazas de partículas mediante los detectores de silicio y de fibras para registro de trazas. Este sistema de detección desarrollado con intensa participación del grupo de la Universidad de los Andes en los últimos siete años, permitirá determinar los vértices desplazados de donde provienen las partículas de decaimientos de hadrones B, algo esencial en el estudio experimental de la física B.

Actualización del software local para análisis de física-B con base en el nuevo enfoque de programación orientada a objetos y aplicación de estas nuevas herramientas computacionales en el análisis de datos generados por simulaciones de Monte Carlo de eventos de física-B y de datos reales si estos están disponibles en el tiempo de ejecución del proyecto (la primera adquisición de datos con el detector D0 renovado se iniciará en el transcurso del año 2001).
Con las nuevas herramientas computacionales se hará un estudio de la asimetría observada m⁺ m^-de muones provenientes de decaimientos del quark-b, que podría ser un efecto de violación CP, lo que requiere también el estudio de la mezcla B-B_bar. Estos estudios se realizarán con datos de Monte Carlo y con datos reales si están disponibles dentro del tiempo de ejecución del proyecto.

Se estudiarán tres tópicos, que son:

• Producción de bottom en interacciones p-p_bar: Se estudiarán mecanismos de hadronización de quarks-b, con énfasis en aquellos aspectos asociados con efectos de partícula liderante.
• Mezcla B-B_bar y violación CP: Se estudiará el decaimiento B⁰ --> K⁺ pi^-, que involucra a nivel árbol los elementos V_ub y V_us de la matriz CKM.
• Distribuciones de partones: Se estudiará la estructura de Kaones aplicando el modelo de Christiansen y Magnin, propuesto recientemente.

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