1 / 57

Risultati recenti e sviluppi futuri della fisica dei K al CERN

Risultati recenti e sviluppi futuri della fisica dei K al CERN. Incontri di Fisica delle Alte Energie Catania, 30 marzo 2005. Gianluca Lamanna Università & INFN di PISA Collaborazione NA48/2

simone
Download Presentation

Risultati recenti e sviluppi futuri della fisica dei K al CERN

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. Risultati recenti e sviluppi futuri della fisica dei K al CERN Incontri di Fisica delle Alte Energie Catania, 30 marzo 2005 Gianluca Lamanna Università & INFN di PISA Collaborazione NA48/2 Cambridge, CERN, Chicago, Dubna, Edinburgh, Ferrara, Firenze, Mainz, Northwestern, Perugia, Pisa, Saclay, Siegen, Torino, Vienna

  2. Outline • NA48, NA48/1 • NA48/2 • La violazione di CP nel decadimento K±→±+- • Analisi • Risultati • Asimmetria in K±→±00 • Studio del Plot di Dalitz nel K±→±00 • Esperimenti futuri sui K al Cern • Conclusioni Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  3. Un pò di storia...NA48 Fasci simultanei e collineari di KL e KS a <p>=100 GeV 2 bersagli: KL e KS Cristallo curvante per tagging dei protoni che producono i KS Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  4. Un pò di storia...NA48 • NA48 (1997-2001): dopo 36 anni dalla scoperta della violazione di CP è stata identificata l’esistenza di un contributo diretto alla violazione di CP nel K0→ ’/=(14.7±2.2)·10-4 • Molti altri risultati: • KL→0gg : BR=(1.36±0.03±0.03±0.03)·10-6, importante per la parte CP conserving di KL→0e+e- • KL→gg , KL→e+e-g, KL→e+e-e+e-,|Vus|,…. Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  5. Un pò di storia...NA48/1 Fascio HiKs: 200 X Solo fascio Ks No tagger, no AKS Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  6. Un pò di storia...NA48/1 KS 0μ+μ- • NA48/1 (2002): Analisi di decadimenti rari del KS e di Iperoni. I Br dei canali in pione neutro e leptoni sono i più piccoli mai misurati al SPS BR(KS→0e+e-) = (5.8 +2.8-2.3 ±0.8) ×10-9 (7 eventi) BR(KS→0m+m-)= (2.8 +1.5-1.2 ±0.2) ×10-9 (6 eventi) • Altri risultati: • h000, KS,L→+-e+e-, KS→0gg , KS→gg ,... • BR(0 →Σ+e–ν) = (2.51 ± 0.03 ± 0.11) ·10-4 (prel.),|Vus|, 0 →Lg Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  7. Un pò di storia... NA48, NA48/1 ε, ε’ NA48 and NA48/1 Required ancillary measurements • Oltre a misure di violazione di CP, NA48 e NA48/1, hanno contribuito alla determinazione delle caratteristiche della matrice CKM oltre a misure di vario interesse (es. cPt) Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  8. NA48/2 (2003-2004) • Ricerca della violazione di CP nel settore dei K carichi, in particolare nel decadimento in 3 pioni • Studio delle lunghezze di scattering pp (Ke4, pp0p0) • Studio della dinamica delle interazioni forti a bassa energia (test di cPt) e ricerca di segnali indiretti di nuova fisica Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  9. Violazione di CP nei K carichi • la carica impedisce il mixing • violazione solo diretta • Incertezze adroniche nel calcolo teorico • L’asimmetria nella larghezza è fortemente soppressa dall’integrale nello spazio delle fasi • La violazione di CP dovrebbe apparire come una variazione nella “forma” dell’elemento di matrice Kπ+π-π± Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  10. Osservabili per la violazione di CP p1even p3odd K± p2even Variabili di Dalitz: Si=(PK-Pp,i)2 i=1,2,3 (3=odd p) u=(s3-s0)/mp2 v=(s2-s1)/mp2 |h|,|k|<<|g| Elemento di matrice: |M(u,v)|2~1+gu+hu2+kv2+... Un valore di Ag ≠0 sarebbe segnale di violazione diretta di CP!!! Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  11. Previsioni teoriche • Le previsioni teoriche nello SM sono al livello di 10-5 • Estensioni dello SM prevedono un “enhancement” di Ag • Un valore di Ag>5·10-5 sarebbe segnale di nuova fisica Le migliori misure attuali sono HyperCP prelim. (2000) at FNAL:Ag=(2.2±1.5±3.7)∙10-3;(5.4 107 K±) TNF prelim. (2002) at IHEP Protvino:Ag0=(0.2±1.9)∙10-3; (.52 106 K±) Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  12. Obiettivo di NA48/2 • Obiettivo: • Misurare il valore di Ag con un errore statistico di δAg<2.2∙10-4 nel modo carico e δAg0<3.5∙10-4 nel modo neutro • >2∙109 carichi, >108 neutri • Errore totale dominato dall’errore statistico • Metodo: • Due fasci simultanei e sovrapposti di K+ e K-, con piccolo spread in impulso • Buona risoluzione nelle variabili cinematiche per la ricostruzione del Plot di Dalitz • Equalizzazione dell’accettanza invertendo frequentemente i principali campi magnetici Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  13. I fasci di NA48/2 K+ K+ PK spectra, 603GeV/c 54 60 66 K K Definizione del momento Cleaning e Kabes Focalizzazione K+/K-~1mm Rms ~5mm Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  14. Il rivelatore Spettrometro: σp/p = 1.0% + 0.044% p [GeV/c] LKR: σE/E = 3.2%/√E + 9%/E + 0.42% [GeV] Hodo,HAC,MUV,veti Kabes Pisa Beam Monitor Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  15. Il rivelatore Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  16. Statistica raccolta • 2003run:~ 50 giorni • (analisi preliminare) • 2004run: ~ 60 giorni • Statistica totale: • K  + : ~4·109 • K 0 0 : ~2·108 • ~ 200 TB di dati su disco Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  17. Selezione di K±→±+- M=1.7 MeV/c2  K+ : 1.03x109 events • Triggerin 2 livelli (Q1, 3 track) • Selezione: • Soppressione di ghost track • Miglior vertice con 3 tracce • Tracce in tempo • Vertice di decadimento nella regione di fiducia • Taglio sulla massa del K • Background trascurabile, solo spettrometro |V| Plot di Dalitz Beam pipe  K: 0.58x109 events U Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  18. Strategia di misura • Si considera la proiezione in U del Dalitz plot per K+ e K-: N+(u),N-(u) • Si fa il rapporto di queste distribuzioni: R(u) • Si fa un fit con una funzione lineare per estrarre il valore di Dg (=g+-g-) • Ag=Dg/2g Il metodo è valido solo se l’accettanza per il K+ e il K- è uguale! I campi magnetici di (achromat e spettrometro) sono potenziali sorgenti di false asimmetrie Qualunque caratteristica dell’apparato non simmetrica per scambio di carica (non piatta in U) può introdurre una falsa asimmetria Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  19. Equalizzazione dell’accettanza Achromat – B+ B- B+ B- B+ B- Week 1 B+ Achromat + B+ B- B+ B- B- Week 2 B- B- Achromat – B+ B- B+ B+ Week 3 Achromat+ B+ B+ B- B+ B- B- Week 4 B- Achromat – B+ Week 5 Achromat+ B+ B- • Tutti i campi magnetici sono invertiti “frequentemente”, i campi non invertibili sono misurati e tenuti in conto • Beam line (achromat) (A): inversione su base settimanale • Spettrometro (B): inversione su base giornaliera SuperSample 1 SuperSample 2 SuperSample 3 Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  20. Cancellazione dell’accettanza Y N(A+B+K+) X RUS= Achromats: K+ Up N(A+B-K-) B+ Jura N(A+B-K+) RUJ= Z N(A+B+K-) B Saleve N(A-B+K+) Achromats: K+Down RDS= N(A-B-K-) N(A-B-K+) RDJ= N(A-B+K-) Per permettere la cancellazione (al primo ordine) delle differenze di accettanza si confrontano distribuzioni di U raccolti dalla stessa parte del detector, in giorni differenti Gli indici di R: U,Dpolarità achromat J,Sdirezione di deviazione di K+ nello spettrometro Raccolti in tempi differenti Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  21. Cancellazioni Left-Right RU = RUS*RUJ f(u)=n∙(1+2gU,Du) RD = RDS*RDJ • Differenze destra-sinistra del rivelatore si ignorano nel considerare separatamente RJ,RS • Campi magnetici permanenti (campo terrestre, magnetizzazione del Blue Tube): si cancellano grazie alla simmetria azimutale • Effetti asimmetrici per carica dovuti • Effetti di accoppiamento tra campi permanenti e campo dello spettrometro (variazioni destra sinistra dell’accettanza) • Instabilità temporali comuni ai due fasci • Si cancellano nel doppio rapporto Jura-Saleve Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  22. Cancellazioni Beam line • Differenze introdotte dal diverso percorso dei fasci dei K • Asimmetria di una parte dell’achromat • Differente accettanza per fasci non perfettamente coincidenti (~1mm) • Si cancellano nel doppio rapporto Up-Down RS = RUS*RDS f(u)=n∙(1+2gS,Ju) RJ = RUJ*RDJ • La massima cancellazione si ha nel 4-uplo rapporto R = RUS*RUJ*RDS*RDJ f(u)=n∙(1+4gu) Il risultato finale è sensibile soltanto a variazioni temporali left-right del detector Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  23. Principali effetti sistematici • Variazione nel tempo della geometria dei fasci • Variazione nel tempo dell’allineamento dello spettrometro • Non perfetta inversione del campo B • Variazione dell’efficienza di trigger (DCH, HODO) • Accoppiamento del campo magnetico terrestre con piccole variazioni dell’accettanza • Accoppiamento del decadimentoπ±± con altre sistematiche • Altre sistematiche: • Differente interazione p+/p- • Pile Up, Accidentali • Track Charge mis-identification Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  24. Movimento dei fasci DCH1 (upstream magnet) K K+ X, cm • L’accettanza è limitata principalmente dal taglio sul raggio interno delle DCH • Questo introduce differenze se i fasci non sono stabili nel tempo (movimento nel burst e nel run) • L’instabilità nel Run è corretta centrando il taglio sulla posizione effettiva del fascio del K+ e del K- • L’instabilità nel burst essendo uguale per K+ e K- è trascurabile • Errore sistematico: <0.5·10-4 Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  25. Allineamento dello spettrometro • Periodico allineamento con i muoni non è sufficiente • L’effetto su Dg non si cancella nel doppio rapporto • I momenti sono riscalati per mezzo di una correzione ottenuta imponendo che la massa del K+ coincida con la massa del K- • Un ulteriore correzione (alla non perfetta inversione del campo B) è fatta imponendo che la massa del K sia uguale alla massa del PDG (~100 KeV per DI/I ~10-3) • Errore sistematico: <0.1·10-4 Maximum equivalent horizontal shift: ~200m @DCH1 or ~120m @DCH2 or ~280m @DCH4. Sensibilità equivalente alla DCH4: M/x  1.5 keV/m. Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  26. Montecarlo Example of data/MC agreement: mean beam positions @DCH1 K+ data K data K+ MC K MC K+ K • Grazie alle cancellazioni di effetti di accettanza il MC è usato soltanto per lo studio di effetti sistematici • Il MC è basato su GEANT: simulate le variazioni di geometria dei fasci, inefficienze delle camere,... Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  27. Riassunto sulle sistematiche Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  28. Stabilità del risultato Risultato stabile in molte variabili di controllo!! Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  29. Risultato preliminare: 2003 Slope difference: Δg = (-0.2±1.0stat.±0.9stat.(trig.)±0.9syst.)x10-4 = (-0.2±1.7)x10-4 Preliminare!!!! Charge asymmetry: Ag = (0.5±2.4stat.±2.1stat.(trig.)±2.1syst.)x10-4 = (0.5±3.8)x10-4 Gli errori sistematici sono conservativi. Errore statistico atteso 2003+2004: Ag=1.6x10-4 Nel 2004 l’errore sistematico è minore (più frequente inversione dei campi, trigger più efficiente,...) Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  30. Asimmetria K±→±00 Dalitz-plot v M=1.1 MeV/c2 Events u M(3), GeV/c2 • La U è ricostruita utilizzando soltanto le informazioni del LKR • Come check sistematico può alternativamente essere ricostruita con Kabes e Spettrometro • Più grande sample di K±→±00 mai raccolto (~200M) Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  31. Asimmetria K±→±00 x104 80 60 40 20 0 -20 Kaon energy, GeV -40 -60 Global offset applied to g -80 -100 63 64 59 60 61 62 56 57 58 55 65 • La precisione raggiungibile su Ag0 è simile al modo carico • Statistiche: N0/N±~1/20 • Rapporto slopes: |g0/g±|3 • Distribuzione del Dalitz Plot più favorevole (~1.5) • Errore statistico (SS1-3=(1/2)*2003): Ag(stat)=2.2x10-4 • Errore statistico atteso (2003-2004): Ag(stat)=1.3x10-4 • Tecnica di misura analoga al modo carico ma sistematiche differenti (trigger) Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  32. Confronto con esperimenti precedenti Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  33. Cusp effect: interazione di p nello stato finale • 2 pioni nello stato finale del decadimento K±→±+- possono fare : • rescattering (Strong)  (a0-a2) -> scambio carica -> 2 p0 • atomi pionici (Electromagnetic) -> delta -> decadimento in 2 p0 p+ p0 p+ K+ p- p0 Ambedue questi effetti contribuiscono alla distribuzione della massa Mp0p0 del decadimento K±→±00 ! Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  34. Metodi Standard per l’estrazione di (a0-a2) • Ke4 (K->ppen): (a0-a2) compare nei fattori di forma del decadimento • BR= 4·10-5 • Na48: 2 volte più statistica dei precedenti esp. • Vita media del pionio: proporzionale a (a0-a2)2 • Dirac exp.: produzione diretta di atomi pionici ionizzati • vitamedia molto piccola (3·10-15) PREVISIONI TEORICHE(ChPT) Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  35. Modello di Cabibbo (semplificato) p± p± p± K± K± K± p0 p- p0 p0 p0 p0 M p+ M0 M1 p0 + = Emissione Diretta K±→±00, reale>0 M0~ 1+gu+... No interferenza Interferenza distruttiva Nicola Cabibbo (2004) hep-ph/0405001 Phys. Rev. Lett. 93, 121801 (2004) Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  36. Modello di Cabibbo-Isidori (completo) • La teoria deve essere predittiva a 10-3 visto che NA48/2 può misurare questo effetto al % • rescattering ad ordini superiori • correzioni radiative Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  37. Osservazione sperimentale Dati-NA48 Teoria La differenza di forma è dovuta all’accettanza! Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  38. Osservazione Sperimentale Dati-NA48 Teoria Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  39. Check Sistematici:E’ un effetto del rivelatore? • MC • . Dati Distanze al LKR a)Min g dal centro b)max g dal centro c)min gg d)min gp Rapporto tra intervalli prima e dopo il cusp: confronto dati e MC Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  40. Vari modelli di fit Parametri del fit: g,h,(a0-a2),a2, atomi (data-fit)/data Solo M0 (data-fit)/data Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  41. Miglior fit • Si è osservato che effetti di risoluzione fanno si che il fit migliori se gli atomi pionici vengono fissati al valore teorico atteso • è molto difficile misurare il BR degli atomi (una delta) nella posizione della soglia Atomi al valore teorico (Silagadze 1994): Chi2=149/147 dof Atomi liberi: Chi2=144/146 dof Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  42. Risultato preliminare su a0-a2: 2003 • Principali sistematiche: • Fit method: 0.008 • Taglio sulla distanza trk-cluster 0.004 • Dipendenza da Z 0.009 • Dipendenza dalla carica 0.006 • Totale 0.014 Preliminare!!!! • Solo SS1-3 (30M di eventi)! • 3 analisi indipendenti (accordo in 0.001) • Ulteriori sviluppi teorici attesi • Analogo studio sui dati del 2000 nel KL->3p0 Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  43. Cusp in KL Posizione sperimentale: 0.0786±0.0006 Valore atteso: 0.0781 Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  44. Altre analisi in corso • K→pp0g(Direct photon emission, interferenza con IB, asimmetria di carica) • K→ppen,p0p0en,ppmn,p0p0mn((a0-a2) e BR) • K→p0en,p0mn(Vus (prel.), fattori di forma) • K→p0eng(BR, violazione di T) • K→pp0ee(BR, violazione di T) • K→pgg,pggg(ChPt) • K→en,mn(BR, universalità leptonica) • K→lln,p0p0p0en, etc...(BR,...) Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  45. Futuro dei K al CERN • Lo sviluppo naturale della fisica del K al CERN è lo studio dei decadimenti ultrarari • Proposal “NA48/3” (nome solo indicativo): (LOI:CERN-SPSC-2004-029/SPSC-I-229) • Misura del BR di K±->p±nn • 100 eventi con S/N=10 in 2 anni di presa dati • Run nel 2010 • In eredità da NA48/2 • Hall sperimentale • Linea di fascio • Alcuni rivelatori (LKR,...) • Test effettuati nel 2004 Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  46. Perche’ il K->pnn Kopio@BNL |Vtd| • Misura di Vtd al 10% • Piccola incertezza teorica Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  47. Problema sperimentale BR(K±→p±nn) ~10-10 (3 eventi) • 2/3 dello stato finale è invisibile: • Misura ridondante del p e del K (doppio spettrometro, spettrometro per K) • Veto ermetico per g e m (veti nella regione di decadimento e sulla linea di fascio downstream) Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  48. Layout Sperimentale Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  49. Rivelatori • CEDAR • Per l’identificazione positiva del K • GIGATRACKER • Per misurare l’impulso del K • ANTI • Veti ermetici per fotoni • WC • Doppio spettrometro (Straw tubes) • CHOD • Hodoscopio veloce per la coincidenza K-p • LKR • Veto in avanti e calorimetro EM per altri studi • MAMUD • Calorimetro adronico, veto per muoni e sweep magnet • SAC and CHV • Veti per fotoni e particelle cariche a piccolo angolo Gianluca Lamanna – IFAE 2005

  50. Beam Gianluca Lamanna – IFAE 2005

More Related