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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


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


I fasci di NA48I fasci di NA48


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


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


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)


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


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


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


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


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


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)


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


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


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


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 −



• 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



• 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


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


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


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, …


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




• 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


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!


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.


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


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


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

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