1 / 46

Relazione dal Comitato Scientifico del PSI (Dipartimento “Particelle e Materia”)

Relazione dal Comitato Scientifico del PSI (Dipartimento “Particelle e Materia”). Patrizia Cenci Sezione INFN di Perugia Riunione CSN1 INFN Catania, 3 luglio 2006. Il PSI.

reuel
Download Presentation

Relazione dal Comitato Scientifico del PSI (Dipartimento “Particelle e Materia”)

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Relazione dal Comitato Scientifico del PSI (Dipartimento “Particelle e Materia”) Patrizia Cenci Sezione INFN di Perugia Riunione CSN1 INFN Catania, 3 luglio 2006 Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  2. Il PSI • Il Paul Scherrer Institute è il maggiore laboratorio nazionale svizzero (~ 1200 dipendenti) finanziato principalmente con fondi pubblici • E’ un centro di ricerca scientifica e tecnologica multidisciplinare, la cui priorità è la ricerca fondamentale e applicata: • fisica delle particelle elementari e astrofisica • fisica dello stato solido e scienza dei materiali • biologia e medicina • ricerca energetica e scienze ambientali Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  3. Ricerca al PSI • Dipartimenti di ricerca: • Particelle e Materia: • particelle elementari, astrofisica, radiochimica,fasci di ioni • Radiazione di Sincrotrone, micro e nanotecnologie: • attività presso la facility per luce di sincrotrone: Swiss Light Source • Materia condensata con Neutroni e Muoni: • scattering di neutroni, produzione di neutroni di spallazione, spettroscopia dello spin muonico • Scienze Biologiche: • medicina (adroterapia con protoni), radiofarmacologia (radionuclidi), ricerca biomolecolare (c/o SLS) • Energia Nucleare e sicurezza: • fisica dei reattori nucleari e comportamento dei sistemi; idraulica termica; comportamento dei materiali; smaltimento delle scorie; analisi dei sistemi energetici • Energetica generale: • cicli di energia e materiali (riciclaggio dei materiali e risorse rinnovabili), tecnologia solare; combustione; elettrochimica; chimica atmosferica Il Dipartimento delle “Large Research Facilities” si occupa del supporto tecnico e dello sviluppo delle macchine dell’intero complesso sperimentale del laboratorio Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  4. Dipartimento “Particelle e Materia” Comitato Scientifico • Include 4 Laboratori: • Fisica delle Particelle: sperimentale e teorica; esperimenti all’acceleratore di protoni del PSI con fasci intensi a bassa energia di pioni, muoni e neutroni; al CERN (CMS) e a DESY (H1). • Astrofisica: teorica e osservazionale; ricerca strumentale e tecnologica per lo spazio. • Radiochimica e chimica ambientale: studi chimici e nucleari di elementi pesanti, processi chimici di superficie per chimica atmosferica, atmosfera del passato e ricostruzioni climatiche, caratterizzazione delle scorie nucleari. • Fisica con fasci di ioni: datazione con carbonio, ricerca climatica con radioisotopi a lunga vita media, sviluppo di nuovi spettrometri di massa • Progetto UCN: sorgente di neutroni ultra-freddi Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  5. Il fascio di protoni al PSI Cockcroft Walton 872 KeV Ciclotroni iniettori I1 e I2, 72 MeV Ring Cyclotron: 590 MeV, 2 mA DC, 1.2 MW Upgrade  3 mA, 1.8 MW SINQ: Spallation Neutron Source Bersagli per la produzione di π e μ: M (5mm grafite, 2 linee fascio) E (40mm grafite, 5 linee fascio) Sorgente UCN: n ultrafreddi Facility di adroterapia I  1 nA Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  6. Riunione Comitato Scientifico: progetti con fasci di π • Fisica adronica a basse energie (test di ChPT): Misura di width (al 1-2%) e shift (al 0.2%) dello stato fondamentale nell’ idrogeno pionico (in conclusione, ora: proposta per deuterio pionico) • interazioni π-n: fisica adronica a basse energie • determinazione della ampiezza di scattering π-nucleone all’ 1% • misura della costante di accoppiamento π-n e di effetti di isospin • misure di posizione e energia (CCD) 2 isospin scattering length a= a-p-p a+p+p isospin invariance: mu = md a-p-p + a+p+p = - 2 a-pon 40000 eventi  attesa 1s /1s  1.5% strong interaction observable as shift and broadening  1s+ 7 eV attractive 1s1 eV 1s = + 7.120  0.008  0.006 eV ( 0.2%) EK = 2.5 keV H: ChPT 3rd order Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  7. Riunione Comitato Scientifico: progetti con fasci di π Test dello SM delle WI dalla misura delle proprietà del π • Esp.PIBETA (concluso):misura di precisione di BR(+→0e+) • Esp. PIBETA (seconda fase, proposta nel 2004): studio della anomalia del decadimento +→e+ • approfondimento e ampliamento del programma PIBETA • misurate in +→e+significative deviazioni (20%) dalla forma standard V-A delle WI nella regione cinematica ad alte-E/basse-Ee+ non spiegabili con effetti sistematici noti • dati in altre 2 diverse regioni cinematiche compatibili con le attese teoriche, e con migliore S/B • proposta nuovo esperimento: ottimizzazione della presa dati e del rivelatore PIBETA (rate minore, migliore S/B, bersaglio semplificato) e ripetizione delle misure di +→e+in modo da chiarire la situazione • Misura di precisione di BR(+→e+) (proposto nel 2005) • test di precisione dello SM nel settore WI  fisica BSM Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  8. Esperimento PIBETA • Scopo: misura del rate del decadimento +→0e+con precisione <0.5% • Statistica dati (1999-2000-2001): 2.2 x 1013 pioni • Risultati: BR=(1.034 0.004stat0.007syst )x10-8(1984: BR=(1.026  0.039)x10-8) Vud = 0.9716(39)(PDG: 0.9734(8)) →in accordo con SM e unitarietà CKM • Eventi +→e+ • studi di fondo e canale di normalizzazione (S/B > 250) • calcolo e misura del BR con precisione di ≤ 10-3→ test dello SM • Decadimenti radiativi+→e+ • : da IB (QED) + struttura del  → fattori di forma FA/FV (ChPT) FA/FV = 0.443(15), FA = 0.0115(4) con FV= 0.0259 • studio di termini non (V-A) nelle Interazioni Deboli (anche +→e+) • deviazioni da V-Anella regione cinematica alte-E/basse-Ee+ • dati compatibili con fattore di forma tensoriale FT non nullo Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  9. Esperimento PIBETA(seconda fase) • Proposta nel 2004 nuova serie di misure del processo +→e+γper chiarire i risultati della prima fase dell’esperimento • Risultati della analisi dei dati del 2004: • Termine tensoriale: FT = (0.08 ± 3.95) x 10-4 FT < 5.1 x 10-4 (90%CL) • Inoltre: misure di precisione di →eγ(4.2x 105 eventi ) • Br(→eγ) = (4.40 ± 0.09) x 10-3(precisione precedente al 30%) • parametro di Michel:  ≤ 0.033 68%CL (migliorato di un fattore 2.5) Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  10. Esperimento PEN • Proposta (2006): misura di Br(+→e+(γ))alla precisione di ΔBr/Br ≤ 10-4 con l’apparato sperimentale PIBETA • Motivazione: test dello SM (universalità leptonica) • Competizione: nuova proposta a TRIUMF Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  11. Esperimento PEN: programma sperimentale Necessari 3x107 eventi puliti, eliminazione del fondo e controllo della sistematica a livello di 10-4 • Nel 2006 • miglioramenti del rivelatore esistente • run di 6 settimane a fine anno per test del rivelatore e per ottimizzare la misura • Nel 2007 • analisi dei dati e aggiustamenti del rivelatore • 4 mesi di presa dati a fine anno • Nel 2008 • programma analogo a quello del 2007 Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  12. Fasci di muoni al PSI • Muoni: ottime sonde per misure di • fisica dello stato solido, in alternativa ai neutroni (“protoni leggeri”) • fisica delle particelle elementari (“elettroni pesanti” ) • PSI: diverse linee di fascio di μ a varie intensità ed energie • muoni polarizzati a bassissime energie (0-30 eV: “surface and subsurface muons”): LMU (Laboratory for muon spin spettroscopy) • Fisica dei materiali e dello stato solido: impiantazioni superficiali tra 10-2 e 102 nm per studi di struttura della materia (campi magnetici interni locali, difetti nei cristalli e impurezze nei materiali) • Processi atomici fondamentali: scambio carica, perdita di energia e scattering nei materiali • Fascio di atomi muonici: spettroscopia di precisione per test di QED • muoni ad alta intensità ed energie intermedie (≤ 125 MeV) per studi di fisica delle particelle: misura di precisione della vita media del μ, LFV, cattura atomica del μ, etc Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  13. Fisica delle particelle elementari con fasci di muoni • Fisica dei muoni ad alta energia:DIS e funzioni di struttura (Compass, esperimenti tipo xMC) • Fisica dei muoni a bassa energia e alta intensità: • Fisica delle particelle elementari: proprietà del μ • Test dello SM da misure di precisione delle proprietà del μ (es. GF a < 1% dalla misura della vita media del μ a 1 ppm) • Fisica BSM: LFV (μ→eγ, conversione μ→e, μ→3e), misure di precisione di parametri sensibili a alte scale di massa (es. g-2), violazione di simmetrie discrete (T, CTP) • Dove: PSI, RAL, TRIUMF, BNL, LANL, Dubna, KEK, … • Fasci impulsati (es. RAL): • Chiaro inizio veloce del segnale (tempo di arrivo del fascio) • Minore fondo dai muoni precedenti • Peggiore duty-cycle • Fasci continui (es. PSI): • Rate istantaneo minore a parità di flusso • Fondo/pile-up da vecchi muoni • Alte intensità (>MHz), eventi puliti (sistematica) ma: fondo Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  14. Esperimenti con fasci di μ • FAST: misura della vita media del μ+ (1-2 ppm) • MuLan: misura della vita media del μ+ (1 ppm) con fascio pulsato di μ creato artificialmente • MuCap: misura di precisione della cattura di  da p • fattore di forma del nucleone a < 10%, test di ChPT • precisione sperimentale attuale ~50%, ambiguità previsioni-misure • μCR42β: cattura di μ in atomi per calcoli di precisione degli elementi di matrice nucleare dei processi 2β • Spettroscopia laser del Lamb Shift nell’idrogeno muonico: • valutazione del contributo del protone (misura del “charge-radius” del protone con precisione del 0.1%) per test di precisione di QED • rprms: ora costante fisica fondamentale, valore attuale (0.8750 ± 0.0068) • metodo: shift dei livelli energetici atomici μp (i.e. μp Lamb-shift), attesa una risonanzaμp(2S-2P) • apparato sperimentale: fascio di μ-, rivelatore di radiazione X, laser sviluppato ad hoc per indurre la transizione 2S-2P (impulsi di 6 μm) Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  15. p Lamb shift: principio Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  16. e+ counts Semplice misura di “ slope “ time +  e+ + e+ m ~ Misura della vita media del μ • Metodo sperimentale: prodotti in π→μν μ+ lifetime = 2.19703(4)ms μ mass = 105.6583568(52) MeV N.B.: μ- non utilizzati perchè catturati nei nuclei Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  17. Misura di τμ: motivazione Misura di τμ a 1 ppm (2 ps) → misura di GF a 0.5 ppm • GF = 1.16639(1) x 10-5 GeV-2→ indeterminazione di 9 ppm • L’ errore su GF è dominato dalla misura sperimentale di τμ • Precisione sperimentale attuale su τμ: 18 ppm • Indeterminazione teorica < 0.5 ppm • Migliore misura di GF : migliore valutazione di Δr (propagatore W) • test di precisione della struttura interna dello SM per le WI (settore di Yukawa) • previsioni accurate dei parametri dello SM (non solo EW: es. MH ) • Esperimenti simili: PSI, RAL, TRIUMF δ: correzioni radiative di QED all’ordine superiore Δr: correzioni EW di ordine superiore Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  18. Misura di τμ : metodo • Concetti base: • Statistica: 1012 muoni positivi per τμ a 1 ppm (2 ps) • Sistematica: effetti dipendenti dal tempo che deformano la curva di decadimento quali: • μSR (muon Spin Rotation): gli e+ sono emessi nella direzione dello spin del μ+, si controlla quindi la polarizzazione del μ+ con bersaglio depolarizzante, campi magnetici locali ad hoc, ricostruzione accurata della catena π→μ→e, rivelatori isotropo e/o simmetrico • anisotropie o inefficienze dovute a overlap di tracce e pile-up: rivelatori molto segmentati per la riduzione del fondo dei “vecchi” μ+ in un intervallo temporale n.τμ • effetti strumentali: efficienze di rivelazione dipendenti dal tempo, guadagni dipendenti da tempo o posizione, etc • effetti fisici: formazione di muonio, effetti di stato solido (polarizzazione) nel bersaglio, decadimenti rari del μ Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  19. Muon lifetime @ PSI: MuLAN MuLAN (Muon Lifetime Analysis): collaborazione Berkeley, Boston, Illinois, James Madison, Kentucky • Creato artificialmente un fascio impulsato con separatori elettrostatici a 50 KHz (20 μs), rate iniziale 30 MHz, fattore di soppressione 2x10-4 : ~20 μ arrestati nel bersaglio poi fascio spento per 22 μs (~10 τμ) • Rivelatore simmetrico sferico ad alta segmentazione • μSR ridotto con campo esterno correttivo sul bersaglio e uso di diversi bersagli depolarizzanti • Analisi online attraverso WFD (FADC 8 bit, 500MHZ, double-pulse-resolution < 3ns a 10 MHz) • Test e commissioning run nel 2005 (+ breve run di fisica) • Dati per misura finale nel 2006-2007 Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  20. MuLAN: il rivelatore 170 Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  21. MuLan: risultati recenti STATISTICA PRECISIONE STATISTICA • Misura di τμa 137 ppm con i dati 2002 • Analisi dati 2004 in corso: attesa misura di τμa ~ 10 ppm (migliore limite attuale) • Dati 2005: ulteriori ≥ 8x108μ( precisione statisticaa ~ 5 ppm) • Run estensivo di fisica: 2006-2007 • Funzionamento del WFD nel 2005: • misura di tempo e energia di ogni impulso • ben distinti 3 impulsi diversi nello stesso canale Dati 2004 preliminare (1.2 ns) Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  22. Muon lifetime @ PSI: FAST • FAST(Fast Active Scintillator Target): • collaborazione CERN, CIEMAT, PSI, Univ. Ginevra • Tecnica: rivelazione della catena π→μ→e con ricostruzione completa della immagine degli eventi in bersaglio attivo • Rivelatore veloce ad alta granularità • Fascio continuo di π+ (170 MeV/c DC, 1 MHz) arrestati in bersaglio attivo a barre di scintillatore (4x4x200 mm3, 1536 pixel: y-z dei decadimenti), letti via guide di luce da 96 PSPM • Degradatore a monte del bersaglio per generare una distribuzione omogenea dei punti di arresto dei π nel rivelatore • Ogni μ deve essere originato da un π: ricostruzione dei 2 vertici • Finestra di lettura della catenaπ→μ→edi 30 μs (-10 μs20 μs) : misura di ~ 30 decadimenti sovrapposti • Raccolti dati a bassa intensità nel 2005 , messa a punto rivelatore e sviluppo DAQ nel 2006 (bassa intensità, 1011 eventi), run finale nel 2007 (alta intensità, 1012 eventi) Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  23. FAST: metodo sperimentale • La tecnica di ricostruzione completa della immagine, evento per evento, riduce l’indeterminazione sistematica: • 0.3 ppm per effetti di rivelazione dipendenti dal tempo • 0.2 ppm da pile-up/fondo • 0.2 ppm da μSR Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  24. Fast: il rivelatore Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  25. FAST: risultati recenti • Misura della vita media del μ+ e del π+nei dati 2005 (statistica: 0.29 x 1010 eventi) • Nel 2006: run a intensità maggiore (~1011 eventi, upgrade Trigger/DAQ) • Run finale nel 2007 (1012 eventi) by-product: vita media del π+ a 20 ppm (→ world average: 200 ppm) Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  26. Esperimento MuCap • Collaborazione MuCap:PSI; PNPI (Russia); Univ. of California at Berkeley, Univ. of Illinois at Urbana Champain, Univ. of Boston, Univ. of Kentucky (USA); TUM (Germania); Univ. Catholique de Louvain (Belgio) • Scopo dell’esperimento: • misura all’ 1% del rate di cattura Λ di  da p liberi • implica una precisione <7% (3%) sul fattore di forma gp(fattore di forma pseudoscalare indotto da corrente carica debole nucleonica) • Indeterminazione teorica (Heavy Barion ChPT): 2-3% • Precisione sperimentale attuale ~50%, ambiguità teoria-misure • Stato: raccolti nel 2004+05: 4*109μ-, 2.5*109μ+; previsti nel 20061010eventi μ-&μ+; in corso studi approfonditi di sistematica Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  27. misura della differenza dei rate di decadimento Λμ di μ-p vs. μ+ in idrogeno gassoso (ΔΛμ/Λμ ~ 0.15%) MuCap: metodo sperimentale la misura di ΛS al ±1% richiede una precisione di 10 ppm sulla misura della slope della distribuzione → occorrono 1010 eventi for canale μ+ & μ- log(counts) μ+ μ – time la misura del rate di cattura ΛSè data da: Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  28. TPCper rivelare le tracce dei μ incidenti e i punti di arresto;Magnete μSRattorno alla TPC (50 gauss verticale) per controllo effetti di spin dei μ+ polarizzati MuCap: rivelatore Muon Detectors μPWC2 μPWC1 μSC μ beam eMWPC1 Electron Detectors eSC (Hodoscope) eMWPC2 Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  29. Fasci di neutroni: il SINQ (spallation neutron source) • Scattering di neutroni: efficace metodo per studi di struttura e dinamica della materia condensata (fisica fondamentale, fisica e chimica dello stato solido, scienza dei materiali, biologia, medicina e scienza dell’ambiente) • SINQ: sorgente continua di neutroni ad alto flusso (~1014 n/cm2/s) prodotti per spallazione da protoni (1.3mA) su Pb: neutroni termici (moderatore: H2D, ) o freddi (moderatore: SD2 , T=-250°) • UCN Facility: nuova sorgente per neutroni ultra-freddi (< 300 neV) moderati in SD2 in sviluppo al PSI (>1000 n/cm3, in funzione dal 2008) • Dal 2006 primi neutroni prodotti in MEGAPIE (Megawatt Pilot Source: Europa, US-DoE, Jp, Co): sorgente di neutroni di spallazione a 1 MW con bersaglio di metallo liquido (Pb-Bi eutettico, flusso di n: x 1.3-1.4) • Attese migliori prestazioni con l’upgrade dell’acceleratore di p (I 3 mA) Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  30. R&D per UCN: materiali perproduzione di n ultrafreddi Vita media del neutrone: n = (885  1) s PDG04, KIAE/ILL (878  1) s PNPI/ILL (2006) • Misura della efficienza di produzione di UCN da SD2 e confronto con materiali criogenici come CD4 e O2: • R&D per sorgente di UCN di nuova generazione (> 1000 UCN/cm3) • disciplina molto attuale: raggiungere n impacchettati molto densamente per studi di fisica nucleare di grande interesse: • fisica della struttura della materia • fisica fondamentale (precisioni maggiori nelle misure di proprietà dei n: EDM, vita media, proprietà caratteristiche del decadimento) • questo si ottiene con materiali che abbiano buona sezione d’urto per scattering coerente, piccolo riscaldamento per emissione di fotoni (irraggiamento), piccolo assorbimento di n: • effettuati studi di efficienza sul SD2 (moderatore in uso per UCN) raffreddato da fase gassosa, liquida o dopo cicli termici: nessuna differenza nel numero di UCN rivelati • confronto con i materiali criogenici CD4 ed O2 (T < 4°K): produzione maggiore per SD2 • R&D analoghi in corso in varie parti del mondo (i.e. USA, Giappone); nello stesso ambito finanziati anche progetti speciali UE Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  31. Esperimenti di fisica fondamentale con neutroni • Ricerca di effetti di violazione di Time Reversal nel decadimento di neutroni liberi: • studio delle correlazioni angolari nel decadimento  del n • misura contemporanea delle componenti trasversali della polarizzazione degli e- emessi nel decadimento dei neutroni liberi polarizzati (contenute nel piano perpendicolare alla polarizzazione del n iniziale): una differenza è indice di violazione di T • Necessari: • Intensa sorgente di neutroni liberi altamente polarizzati • Polarimetri efficienti per elettroni a basse energie (200-800 keV) • Difficoltà: • Sorgente di decadimenti deboli in presenza di fondo dovuto a cattura del neutrone • Depolarizzazione degli electroni dovuta a scattering multiplo di Coulomb nel rivelatore e nel bersaglio • nessun effetto misurato ancora • presa dati nel 2006 per messa a punto del rivelatore e per fisica presa dati finale di fisica nel 2007 Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  32. Proposta di esperimento nEDM per la misura del EDM del n • Contesto: • se T= simmetria esatta: EDMs di nuclei e particelle elementari = 0 • se EDM≠ 0 sia T che P sono violate • previsione del SM delle WI: dn ~ 10-31 e cm • limite attuale del valore di EDM (2006, RAL-Sussex-ILL): • dn < 3 x 10-26 e cmC.A.Baker et al., hep-ex/0602020 • 6 ordini di grandezza sopra lo SM delle WI, ma già limita alcune teorie BSM • il nuovo progetto: dn ≤ 10-27 e cm • in preparazione nuovi esperimenti per la misura del EDM del neutrone (≥2008, a ILL, SNS, TUM, JPARC, PSI, …) • in corso ricerche diverse per la misura di EDM con atomi, molecole, electroni, muoni, nuclei) Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  33. nEDM: metodo Ramsey • Tecnica proposta: metodo Ramsey dei campi oscillanti separati • Raccolti n polarizzati (spin up e down) in una regione con campi B e E collineari • si applica spin-flip di π/2 invertendo la direzione del campo E • si lascia lo spin del n in precessione libera per un periodo di tempo • si applica un nuovo spin-flip e si analizza, dopo un certo tempo, la polarizzazione del n • si genera in questo modo una figura di interferenza: le frange di Ramsey • un EDM non nullo genera diverse posizioni delle frange (ovvero frequenze di precessione) nel caso di E parallelo e antiparallelo a B • il metodo è tanto più sensibile quando più lunga è la precessione libera • parametri critici: stabilità di B (mentre si inverte E) e la sua omogeneità (sist. dominante) • Indispensabile per migliorare la precisione su: • maggiore sensibilità: un maggior numero di UCN • controllo della sistematica Frange di Ramsey Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  34. nEDM: programma sperimentale • Programma previsto: • studio della tecnica sperimentale e miglioramenti dell’apparato a ILL • prima misura a ILL a fine 2006 • trasporto dello spettrometro RAL-Sussex-ILL al PSI per misura con nuova sorgente UCN (disponibile dal 2008) • nuovo spettrometro EDM in funzione (nel 2010) • Miglioramenti dell’apparato sperimentale RAL-Sussex-ILL utilizzato a ILL per l’attuale limite: • misura ridondante (mappa) del campo magnetico con l’uso di magnetometro a Hg addizionale installato all’interno del volume della camera degli UCN, effettuata simultaneamente alla misura del magnetometro esterno e delle frange di interferenza • miglioramento del magnetometro esterno (insieme di magnetometri di Cs a laser, più veloci, montati esternamente alla camera UCN) • R&D per l’allineamento del CsM, i rivelatori per UCN, e tutto il set-up. • Nuova sorgente UCN: • migliore sensibilità sperimentale grazie alla maggiore statistica; migliore controllo degli effetti sistematici, immagazzinamento dei neutroni e tempi di precessione di più di 100 secondi Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  35. spare Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  36. Ring Cyclotron a 590 MeV si tratta di un ciclotrone a settori separati con energia di fascio fissa di 590 MeV, commissionato nel 1974 un fascio di protoni a 72 MeV da uno dei 2 ciclotroni iniettori è inviato in un orbita al centro del Ring, accelerato per circa 220 rivoluzioni ed estratto a energia massima attraverso la linea visibile in figura in corso upgrade per correnti di fascio di 3 mA (1.8 MW) Il Ring Cyclotron Caratteristiche Injection Energy 72 MeV Extraction Energy 590 MeV Extraction Momentum 1.2 Gev/c Energy spread (FWHM) ca. 0.2 % Beam Emittance ca. 2 pi mm x mrad Beam Current: ~ 2.0 mA DC Beam Power: > 1 MW Accelerator Frequency 50.63 MHz Time Between Pulses 19.75 ns Bunch Width ca. 0.3 ns Extraction Losses ca. 0.03 % Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  37. La sorgenteUCN al PSI Diamond-LikeCarbon coated~2 m3 trap r ~ 3000 cm-3 rexp> 1000 cm-3 UCN shutter solid D2 at ~8K after 4-8s r~ 50% rUCN ~ 3000 cm-3 close UCN shutter return proton beam distribute UCN to experiments solid D2 at ~5K UCN shutter open kick proton beam to UCN solid D2 at ~5K 1016 protons s-1 => 1017 neutrons s-1 FCN ~ 2 x 1013 cm-2 s-1 PUCN ~ 2 x 105 cm-3 s-1 rUCN = PUCN x t ~ 6000 cm-3 1.2m rUCN~6000cm-3 2 mA,600 MeVproton beam1% duty cycle ~3 m3 D2O PSI - Cracow - ILL – Vienna - Efremov Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  38. SLS: Luce di Sincrotrone al PSI • La Swiss Light Source (SLS) è una sorgente di luce di sincrotrone di terza generazione. Alla energia di 2.4 GeV, fornisce fasci di fotoni di brillanza e stabilità eccezionali per ricerche in fisica dei materiali, in biologia e in chimica Caratteristiche peculiari di SLS sono: • ampio spettro di luce (da IR a raggi X duri) • ampia serie di sezioni lineari (brevi, medie e lunghe) che ottimizzano l’uso di diversi tipi di ondulatori • ondulatori con schemi di polarizzazione flessibile (i.e. possibilità di cambiare rapidamente polarizzazione alle frequenze del kHz) • fascio di intensità costante per gli esperimenti (iniezione top-up) • flessibilità delle proprietà ottiche dell’anello: controllo individuale degli alimentatori di ogni magnete • In corso attività per produrre impulsi X molto corti (ora: bunch di 30 ps, separati di 2 ns) nella linea di fascio FEMTO: prevista nel 2006 la • produzione di raggi X a < 100 fs (sviluppo per il futuro X-FEL del PSI) Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  39. Prestazioni SLS Brillanza delle facilities RS esistenti Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  40. I Muoni • Prodotti in π→μν (26 ns)hanno spin ½ e carica unitaria • Nel sistema di quiete del πhanno momento magnetico antiparallelo all’impulso: possibili fasci di μ altamente polarizzati (100% per decadimenti di π in quiete) • Sono instabili e decadono secondo μ±→e±eμ (2.2μs) • Il e± è emesso preferibilmente nella direzione dello spin del μche lo genera Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  41. Esperimento PIBETA • Scopo: misura del rate di decadimento β del pione +→0e+con precisione < 0.5% • processo debole fondamentale analogo alle transizioni pure di Fermi nei decadimenti beta nucleari ma calcolato con minore indeterminazione teorica (< 0.15% , no correzioni nucleari) • test stringente del Modello Standard: misura di Vud e test della universalità di Cabibbo e della unitarietà della matrice CKM • Metodo sperimentale • fascio(πE1): 2x106+/s, 116 MeV/c, bassa contaminazione di ,e+,p • + arrestati in bersaglio attivo (fibre scintillanti): cinematica chiusa, misura di e+ e 2 nel cms del + • fondo principale:+→e+(BR ~ 10-4) • rivelatore: calorimetro em (CsI puro) sferico segmentato con buona risoluzione in energia e grande copertura in angolo solido; collimatori, degradatore e bersaglio attivi (t.o.f.); MWPC cilindriche a bassa massa Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  42. Risultati da PIBETA: BR() e Vud • Approvatonel 1992, run 1999, 2000, 2001 • I Fase esperimento:~100K eventi β • Risultati dai dati 1999-2000-2001 BR=(1.034 0.004stat0.007syst )x10-8 • (1984: BR = (1.026  0.039) x 10-8 ) Vud = 0.9716(39)(PDG: 0.9734(8)) →in accordo con SM ed unitarietà CKM Massa invariante  T.o.F. tra evento  e arresto del fascio + (esponenziale: MC vitamedia+) Angolo - Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  43. Nel settore bosonico dello SM per le WI ci sono 3 parametri liberi, valutati dalle 3 grandezze misurate con maggiore precisione: • Costante di struttura fine • α(0) = 1/137.035 999 76(50) 0.037 ppm • α(MZ) = 1/127.934(27) 210 ppm • Massa del bosone Z • MZ = 91.1876(21) 23 ppm • Costante di Fermi • GF = 1.16639(1) x 10-5 9 ppm Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  44. Ralph Eichler - Direttore PSI Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  45. Ralph Eichler - Direttore PSI Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

  46. ≈ 0.3÷0.4% incertezza totale, usando un fascio di K+ da 75 GeV/c con Dp/p = 2% e un maggiore PTkick K(e)/K() in NA48 • NA48/2 (sulla base del run 2003-04) propone: • in ≈ 6 settimane (2007 ?) di run a ½ intensità 2003 e duty-cycle del 50% • 90 000 Ke2 e 27 milioni di K2 • incertezza statistica0.46% • la sistematica è dominata dalla incertezza sulla efficienza di trigger e sulla sottrazione del fondo: • incertezza sistematica0.52% • totale: 0.52%  0.46% = 0.70% ×10-5 Relazione dal Comitato Scientifico del PSI

More Related