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24 Aprile 2003 XV IFAE - Lecce R. Fantechi
Decadimenti rari del KS e fisica dei K carichi con NA48 al CERN
Decadimenti rari del KS e fisica dei K carichi con NA48 al CERN
Riccardo FantechiINFN - Sezione di Pisa
XV IFAE - Lecce 24 Aprile 2003
24 Aprile 2003 XV IFAE - Lecce R. Fantechi
SommarioSommario
• 1997-99: presa dati per la misura di ε’/ε– Misura della massa del mesone η e della vita media del KS– Studi di decadimenti rari del Ks– Misure sui decadimenti degli iperoni
• NA48/1: Ks ad alta intensitá– Motivazioni di fisica – Risultati pubblicati (KS → γ γ ) e preliminari (KS → π0γ γ, KS
→ π0π0π0)– Analisi dei canali carichi (KS → π0e+e-, iperoni) in corso
• NA48/2: fisica dei K carichi– Motivazioni di fisica– Beam e upgrade del rivelatore per il run del 2003– Risultati qualitativi da un test run nel 2001
24 Aprile 2003 XV IFAE - Lecce R. Fantechi
I fasci di NA48I fasci di NA48
24 Aprile 2003 XV IFAE - Lecce R. Fantechi
Il rivelatore di NA48Il rivelatore di NA48
LKr Calorimeter:
σσ(E)/E (E)/E ≅≅ 3.2%/3.2%/√√E E ⊕⊕ 100MeV/E 100MeV/E ⊕⊕ 0.42%0.42%
Spectrometer:
pT kick ~250 MeV/cσσ(P)/P (P)/P ≅≅ 0.48% 0.48% ⊕⊕ 0.009 P[GeV/c]%0.009 P[GeV/c]%
σM(π0π0) ~ σM(π+π-) ~ 2.5 MeV
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Risultati con dati “ε’/ε”Risultati con dati “ε’/ε”
• Misura di precisione della massa del mesone η– Mη = 547.843 ± 0.030st ± 0.045sy → differenza di 4.2σσ dal
valore PDG (547.30 ± 0.12 )• Vita media del KS
– τs = (0.89598 ± 0.00048st ± 0.00043sy ± 0.00027MCst)*10-10s →accordo con le misure di Ktev e NA31
• KS → π0e+e-– Limite superiore per il BR: BR < 1.4*10-7
• Iperoni– M(Ξ0) = 1314.82 ± 0.06st ± 0.2sy MeV/c2– BR(Ξ0 →Λγ) = (1.9±0.2)*10-3 BR(Ξ0 →Σ0γ) = (3.7±0.5)*10-3 – 60 eventi del decadimento Ξ0 →Σ+e−ν
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NA48/1: KS ad alta intensitáMotivazioni di fisica
NA48/1: KS ad alta intensitáMotivazioni di fisica
• KS→ π0 e+ e-, KS→ π0 µ+ µ-– Vincoli alla violazione indiretta di CP nel corrispondente
decadimento del KL• Violazione di CP nei decadimenti del KS
– KS→ 3π0, misura di η000• Tests di χPT
– KS→ γ γ , KS→ π0 γ γ , KS→ π0 π0 γ γ• Decadimenti semileptonici e radiativi degli iperoni neutri
– Migliorare i risultati dei risultati di NA48 su Ξ0→Σ+e-ν , Ξ0→Σ+µ-ν , Ξ0→Σ0γ , Ξ0→Λγ
– Limite superiore al BR (Ξ0→pπ− ) (doppio decadimento beta)
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Run KS ad alta intensitáRun KS ad alta intensitá
• Test run 1999 (40 ore ≡ 3-4 anni di operazione ε’/ε)– 6*109 ppp sulla targhetta KS ( x200), 2.3*108 KS– SES ~ 4*10-8 con accettanza del 10%
• Run 2000 – Senza spettrometro – Run “far target” (KL) con campo magnetico
• Studio di sistematici per l’analisi ε’/ε • Calcolo di accettanze e studio di fondi per i decadimenti Ks
– Run “near target” (HIKS) senza campo magnetico• Decadimenti rari neutri del Ks
– Raccolti 1010 decadimenti di KS in ~40 giorni
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Run KS ad alta intensitáRun KS ad alta intensitá
• Run 2002 – Upgrades del fascio e del readout
• Sweeping magnet • Nuovo readout delle camere• Velocizzazione readout calorimetro
– Raccolti 4.4*1010 decadimenti di KSin circa 2 mesi di presa dati “buona”
• 5*1010 ppp• SES (accettanza 5%) ≈ 4.5* 10-10
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KS → γ γKS → γ γ
• KS → γ γ is interessante perche’ e’ calcolabile in χPT senza contro-termini ed e’ sensibile ai loops
– Predizione teorica: BR(KS → γ γ ) = (2.1 ± 0.2)*10-6– Risultato di NA31: BR(KS → γ γ ) = (2.4 ± 0.9)*10-6
• Risultato pubblicato dai dati del run HIKs del 1999BR (KS → γ γ ) = (2.58 ± 0.36st ± 0.22sy )*10-6
Phys. Lett. B493 (2000) 29
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KS → γ γKS → γ γ
• Nuovo risultato basato sul run del 2000– Dati dal run “near target”– Normalizzazione con KS → π0π0– Principali fonti di background
• KS → π0π0 con solo due fotoni nel calorimetro ⇒ il vertice ricostruito si muove in avanti ⇒ taglio in z tra –1m e 5m
• KL → γ γ irriducibile (1.5 volte il segnale nel volume di decadimento): si misura usando KL →3 π0 per stimare il flusso e dati del run “far target” per la misura di Γ(KL → γγ )/Γ(KL → 3π0)
Γ(KL → γγ )/Γ(KL → 3π0) = (2.81 ± 0.01st ± 0.02sy)*10-3PDG value = (2.77 ± 0.08 )*10-3
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KS → γ γ - RisultatoKS → γ γ - Risultato
Correzione sistematica globale
–1.8 ± 1.4 %
Numero totale di Kx → γγ 19916
Errore statistico ± 2.0 %
Errore statistico sul MC ± 0.6 %
BR(Ks → γγ) = (2.78 ± 0.06st ± 0.02MCst ± 0.03sy)*10-6
Phys. Lett. B551 (2003) 7
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KS → γ γ – RisultatoKS → γ γ – Risultato
•Il risultato di NA48 e’ compatibile con le misure precedenti
•Mostra il 30% di differenza verso la previsione O(p4) di χPT
•C’e’ un indicazione per un grosso contributo O(p6)
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KS → π0γ γKS → π0γ γ
• Fino ad ora non osservato• NA48 dai dati del 1999:
BR(KS → π0γ γ )zq>0.2 < 3.3*10-7 90% CL
• Previsioni χPT:BR(KS → π0γ γ )zq>0.2 = 3.8*10-8Dipendenza dal momento del vertice debole
• In principio e’ possibile studiare la struttura del vertice debole dalla distribuzione in zq
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KS → π0γ γ – Risultato preliminareKS → π0γ γ – Risultato preliminare
• Dati del “near target” run del 2000• Normalizzato a KS → π0 π0• Background principali
– Beam activity → time, anti counters– KS → π0 π0, KS → π0 π0D → tagli cinematici– KL → π0γ γ → irriducibile– Ξ0 →Λπ0 →nπ0π0 → asimmetria in
energia
• Statistica insufficiente per verificare la struttura chirale del vertice
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KS → π0γ γ – Risultato preliminareKS → π0γ γ – Risultato preliminare
• Prima osservazione - risultato preliminare:BR(KS → π0γ γ )Zq>0.2 = (4.9 ± 1.6stat ± 0.8 syst)*10-8Previsione χPT : BR(KS → π0γ γ )Zq>0.2 = 3.8*10-8
La probabilita’ che ≥ 31 eventi siano consistenti con il fondo e’ 9*10-4
17.4 ± 6.2Eventi rimanenti± 0.7Accettanza
-3.8 ± 0.0Fondo KL → π0γ γ-2.4 ± 1.2Fondo KS → π0 π0D
-7.4 ± 2.4Beam activity31.0 ± 5.6Eventi nella zona del segnale
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KS → π0 π0 π0 e misura di η000KS → π0 π0 π0 e misura di η000
)()(
000
000
000 ππππππη
→→
=L
S
KAKA
Se CPT é conservata:Re(η000) →Violazione di CP nel mixingIm(η000) → Sensibile alla violazione
diretta di CPSi usano i dati “near-target”del run 2000 → 5.9*106 eventiCorrezione di accettanza al primo ordine con i dati “far-target”Correzioni montecarlo solo per effetti di secondo ordineSi fa il fit per energie tra 70 e 170 GeV a
∆ℑ−∆ℜ++== −− ))sin()()cos()(()(21)(),(
000000
2/2///2
0003
3
0
0mtmmteeEDeEA
II
tEf SLSL ttttfarnear
ηηη ττττπ
π
D(E): diluzione alla targhetta (da NA31)00 KK −
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KS → π0 π0 π0 e misura di η000KS → π0 π0 π0 e misura di η000
• Lasciando liberi Re(η000) e Im(η000), il fit dáRe(η000) = -0.026 ± 0.010stat Im(η000) = -0.034± 0.010stat ρ=0.8
± 0.011± 0.005Totale± 0.002± 0.001Fit± 0.004± 0.003Diluzione± 0.001± 0.001Scala di energia± 0.006± 0.001Attivitá accidentale± 0.008± 0.003AccettanzaIm(η000)Re(η000)Systematics Risultato preliminare:
Re(η000) = -0.026 ± 0.010stat ± 0.005sysIm(η000) = -0.034 ± 0.010stat ± 0.011sysCPLEAR:Re(η000) = 0.18 ± 0.14stat ± 0.06sysIm(η000) = 0.15 ± 0.20stat ± 0.03sys
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KS → π0 π0 π0 e misura di η000KS → π0 π0 π0 e misura di η000
• Imponendo CPT → Re(η000) = Re(ε)– Im(η000) = -0.012± 0.007stat ± 0.011stat– BR(KS → π0 π0 π0 ) < 3.0*10-7
SND: BR(KS → π0 π0 π0 ) < 1.4*10-5
• Test di CPT usando la relazionedi Bell-Steinberger
α000= ((-0.009 ±0.004) + i (0.012 ±0.005))*10-3
Im(δ) = (-1.2 ± 3.0)*10-5precedente (2.4 ± 5.0)*10-5
M(K0)-M(K0bar) = (-1.7 ± 4.2)*10-19 GeV
Risultati preliminari
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Analisi dei dati 2002 - KS→ π0 e+ e-Analisi dei dati 2002 - KS→ π0 e+ e-
Dati 2002
MC π0 e+ e-
MC π0 π0D
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Analisi dei dati 2002 - IperoniAnalisi dei dati 2002 - Iperoni
Ξ0 →Σ+e−νMassa invariante pπ-
~ 9000 eventi
Ξ0 →Λ0γMassa invariante Λγ
Ξ0 →Λ0γγMassa invariante Λγγ
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NA48/2 – Fisica dei K carichiNA48/2 – Fisica dei K carichi
• Misura della violazione diretta di CP nei decadimenti dei K carichi– K+→π+π+π−, K−→π−π+π−, K±→π±π0π0
• Studio del condensato di quark nel modo di decadimento Ke4 per misurare la lunghezza di scattering a00
• Altri decadimenti rari dei K carichi– K±→π±(nγ), K±→π±π0γ, K±→π±e+e-– K±→π±µµ, K±→π0e±νγ, Ke2, Kµ2, pionio, …
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Violazione diretta di CP nei decadimenti di K±
Violazione diretta di CP nei decadimenti di K±
• Matrice di decadimento K±– |M(u,v)|2 ∝ 1 + g*u + h*u2 + k*v2
• u,v variabili del plot di Dalitz u = (s3-s0)/mπ2,v = (s1-s2 )/mπ2, dove s3 si riferisce al pione “dispari”
– Violazione diretta di CP ⇒ Ag ≡ (g+ - g-)/ (g+ + g-) ≠ 0
– La teoria predice per Ag valori tra 10-6 and 10-4
– ∆(Ag) ≈ 10-4 ≈ 3.7*√ (1/N+ + 1/N-)• Limitazione principale dalla statistica ⇒ 1010 decadimenti
for ∆(Ag) ≈ 10-4
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Violazione diretta di CP nei decadimenti di K±
Violazione diretta di CP nei decadimenti di K±
• Strategia di presa dati
– Misurare
– Presa dati nelle seguenti condizioni:• Fasci K+ and K- simultanei nello stesso volume fiduciale• Alternanza del campo magnetico dello spettrometro per
equalizzare le accettanze anche in presenza di imperfezioni localizzate
• I rapporti sono misurati in bin di P e con opposte polaritá di B. La media finale su P and B e’ independente dalle accettanze
– La simulazione mostra che la sistematica totale e’ ≤5*10-5– La precisione e’ limitata dalla statistica
( )( )( )
( )−+−
+
−∗+≈=∫∫ ggu
vuMdv
vuMdvuR 1
,
,2
2
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Fasci simultanei focalizzati di K+ K-Fasci simultanei focalizzati di K+ K-
1012 ppp, 5.2/16.8 s duty cycle3.1*106 K+,1.8*106 K-/pulse7.3*109 K+, 4.4*109 K- in 120 gg al 50% di efficienzaImplica ∆statAg ≤ 10-4, ∆ stata00 < 0.01
……ma soli 78 giorni di fascio nel 2003!
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KAon BEam SpectrometerKAon BEam Spectrometer
• Scopo– Misura dell’ impulso dei K del fascio per risolvere le
ambiguita’ nella ricostruzione Ke4 e per la ricostruzione dei decadimenti in 3 pioni, uno dei quali non viene rivelato
• Soluzione– Camere MSGC con 60 mm drift a strip di 1 mm con misura
di due coordinate → δp/p ≈ 1%, δX, Y ≈ 0.25 mm
Inoltre per quanto riguarda il Ke4, l’identificazione dell’ elettrone viene migliorata con l’uso di un algoritmo di rete neurale che utilizza le informazioni del calorimetro e.m.
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Test run nel 2001 Test run nel 2001
• Alcune ore di presa dati nel 2001, usando fasci di π/K positivi e negativi con energia media di 60 Gev
• Utili per l’ ottimizzazione del run finale– Ottimizzazione della logica di pretrigger – Verifica dei rates nei rivelatori– Ottimizzazione degli algoritmi del processore del trigger
di livello 2 – Nessuna limitazione incontrata per rates e inefficienze di
trigger• Pratica con l’ analisi dei dati
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Test run nel 2001 – RisultatiTest run nel 2001 – Risultati
Reconstructed K mass Dalitz plot for accepted K decays
Asymmetry in bins of energy
Asimmetria media ottenuta: (-2±7)*10-3
Migliore misura diretta (BNL) is (-7 ±5)*10-3
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ConclusioniConclusioni
• Risultati del run ad alta intensitá del 2000– KS → γγ pubblicato– Risultato preliminare sulla prima osservazione del decadimento
KS → π0γγ– Miglioramento dell’ errore nella misura di η000 e vincoli su CPT
• In corso l’ analisi dei dati raccolti nel 2002– Misura del BR(KS → π0e+e-)– Decadimenti beta degli iperoni– Decadimenti radiativi degli iperoni
• Run con fascio di K carichi– Inizia tra circa un mese per circa 80 giorni– Con un test run nel 2001 si sono messe a punto le tecniche di
analisi