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Sch lüsselexperimente der Kern- und Teilchenphysik

Sch lüsselexperimente der Kern- und Teilchenphysik. Messung der direkten CP Verletzung im Kaonzerfall Jun Nian 01.06.2007. Übersicht. Motivation Grundbegriffe Phänomenologische Beschreibung (einschl. Experiment von Cronin und Fitch) Experimente (NA48, KTeV)

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Sch lüsselexperimente der Kern- und Teilchenphysik

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Presentation Transcript

  1. Schlüsselexperimente der Kern- und Teilchenphysik Messung der direkten CP Verletzung im Kaonzerfall Jun Nian 01.06.2007

  2. Übersicht • Motivation • Grundbegriffe • Phänomenologische Beschreibung (einschl. Experiment von Cronin und Fitch) • Experimente (NA48, KTeV) • Zusammenfassung und Referenzen

  3. Motivation • Materie-Antimaterie Asymmetrie • Wo ist Antimaterie? • Mögliche Erklärung: CP Verletzung im Quark-Sektor ( , , ) Aber nicht genug ... • CP Verletzung im Lepton-Sektor?

  4. A A A A Operatoren Für ein Teilchen: P Operator: C Operator: CP Operator:

  5. CP-Eigenwerte von 2 und 3 Für ein System A,B,... : A, B, ... sind Eigenzustände von CP-Operator.

  6. Flavor-Eigenzustände CP-Eigenzustände: Frage: Sind und identisch mit beobachteten und ? Eigenzustände von Kaonen Zur Beschreibung des neutralen K-Systems:

  7. Frage: Sind und auch CP-Eigenzustände? Suche man das! Frage: Gibt es den Zerfall ? Frage: Sind und identisch mit beobachteten und ? KL = K2 ?

  8. Nur zwei Produkte CP Verletzung: Experiment von Cronin & Fitch(1963, Brookhaven, AGS) Prinzip: James Watson Cronin Val Logsdon Fitch (1980 Nobelpreisträger)

  9. Experiment von Cronin & Fitch(Brookhaven, AGS, 1963) Brookhaven: RHIC+AGS

  10. Aufbau des Experimentes von Cronin & Fitch Collimator-1 Collimator-2 p(30GeV) Target(Be) Pb Magnet

  11. 494 MeV<m*(2 )<504 MeV Ergebnis des Experimentes von Cronin & Fitch • Ergebnis: 2 -Ereignisse aus 22700 KL Zerfällen KL kein CP-Eigenzustand CP Verletzung in schwacher WW

  12. : Indirekte CP Verletzung dominant in Cronin-Fitch-Exp. Indirekte CP Verletzung Direkte CP Verletzung : Direkte CP Verletzung Frage: Wie misst man ? Analyse des Zerfalls

  13. Amplitude-Verhältnisse: Komplexe Größen Nicht zu messen! Doppelverhältnis: Amplitude-Verhältnisse und Doppelverhältnis Zu messende Größe:

  14. 1. Durch Isospin-Betrachtung: 2. Man misst nicht ! Zurück zur Frage: Wie misst man ? Direkte CP Verletzung Vereinfachungen Sehr genaue Messung!

  15. Direkte CP Verletzung: oder Neue Experimente: CERN: NA48; FNAL: KTeV Experimente zur direkten CP Verletzung NA31(CERN, 1988): E731(FNAL, 1989): stimmen nicht überein! um Fehler zu verringern

  16. NA48(CERN, SPS, 1997-1999) CERN: LHC/LEP+SPS

  17. Zerfallsregion NA48: KL p KL Detektor p KS KS KL-Target KS-Target Prinzip der Strahlen-Erzeugung Gleichzeitig erzeugt Gleiche Zerfallsregion KS und KL Strahlen

  18. Proton ~1.51012 Protonen / Puls Strahlen-Erzeugung von NA48 Kristall Tagger AKS

  19. KS Anti-Counter (AKS) Photon-Converter (Iridium Kristall) Rekonstruktion von 3 Szintillator Rekonstruktion von & KS Anti-Counter (AKS)

  20. : Elektromagnetischer Calorimeter ( E ) : Spektrometer ( ) , Hadron-Calorimeter ( E ) Außerdem: Hodoscope ( t ) , Muon-Anticounter ( ) Hodoscope Drift-Chamber Drift-Chamber Magnet El.mg.-Calorimeter Hadron-Calorimeter Muon-Anticounter Prinzip des Detektors

  21. Detektor (3-dim) Detektor von NA48

  22. Kollimator Sehr gering Rekonstruktion von Untergrund-Korrekturen Untergrund-Korrekturen 1. Untergrund 2. Untergrund

  23. : Wahrscheinlichkeit, KS als KL misidentifiziert : Wahrscheinlichkeit, KL als KS misidentifiziert Zur Bestimmung von und : Korrekturen und Aus dem Diagramm kann man bestimmen: Mit anderen Methoden kann man bestimmen:

  24. Korrekturen und Ergebnis von NA48 Korrekturen und Fehler von R R als eine Funktion von Kaonenergie

  25. Tevatron Main Injector KTeV(FNAL, Tevatron, 1996-1997) KTeV (Kaon Experiment at Tevatron): E799 + E832

  26. Zerfallsregion und Magnet von KTeV Zerfallsregion Magnet

  27. Detektor (2-dim) Detektor und Ergebnis von KTeV

  28. Zusammenfassung • Drei Basen vom Kaon-System: , , • Zwei Arten von CP Verletzung: Indirekte CP Verletzung Direkte CP Verletzung • Drei Experimente: Indirekte CP Verletzung: Cronin, Fitch, 1963 Direkte CP Verletzung: NA48 & KTeV

  29. Referenzen • CP Violation and Decays, K.Kleinknecht, 1976. Ann. Rev. Nul. Sci. 26:1-50 • A Precise Measurement of the Direct CP Violation Parameter Re( ), A.Lai et al., hep-ex/0110019v1 • Measurements of Direct CP Violation, CPT Symmetry, and Other Parameters in the Neutral Kaon System, A. Alavi-Harati et al., hep-ex/0208007v1 • Webseite von NA48: http://na48.web.cern.ch/NA48/ • Webseite von KTeV: http://kpasa.fnal.gov:8080/public/ktev.html

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