l’esperimento na48 ermanno imbergamol’esperimento na48 ermanno imbergamo perugia - 14 aprile...
TRANSCRIPT
L’esperimento NA48
Ermanno Imbergamo
Perugia - 14 Aprile 2003INFN, seminari di gruppo I
On behalf of the NA48 Collaboration
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
Un po’ di storia
⇒ NA31 pubblica il risultato Re(ε′/ε) =(23.0 ± 6.5) · 10−4
E731 pubblica il risultato Re(ε′/ε) =(7.4 ± 5.9) · 10−4
⇒ 1990: NA48 “proposal”
⇒ 1997: Inizio presa dati Re(ε′/ε)
⇒ 1998-1999: Presa dati Re(ε′/ε)
⇒ Settembre 1999: Tre giorni di presa dati speciale dedicata ad altre misure→ “proposal” NA48/1
⇒ 2000: Si danneggia l’apparato sperimentale → NA48/1 prima fase.
⇒ 2001: Completamento presa dati Re(ε′/ε)
⇒ 2002: NA48/1 seconda fase.
⇒ 2003: NA48/2
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
La misura di Re(ε′/ε)
Definizione operativa della misura: Se idecadimenti KS, KL −→ ππ sono raccolticontemporaneamente e nella stessa regionefiduciale allora
R = N(KL →π0π0)
N(KS →π0π0)/N(KL →π+π−)
N(KS →π+π−)' 1 − 6 Re(ε′/ε)
NA
31 E73
1
KTE
V(9
6,pu
b.)
KTE
V(9
6-97
,pre
l.)
NA
48(9
7-99
)
NA
48(2
001)
NA
48
ε, /ε
× 10-4
Articolo conclusivo suPhys.Lett. B544:97-112,2002
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
I due fasci KL e KS
7
K
cristal
~ 120 m~ 120 m
Ks tagging station
S
����
����
���
����
����
���
Proton momentum : 450 GeV/cCycle time : 14.4 s
SPS spill length : 2.38 s (AKS)
����
����
���
����
����
���
(~ 40 m long)
7.2 cm
Target
K anticounterKs
0.6 mrad
Last collimator
Decay Region
Target
Bent
~1.5
10
pro
tons
per
spill
12
Muon sweeping
( ~3. 10 protons per spill)
not to scale !
L
NA
48D
etector
SK
LK
• I decadimenti KS e KL vengono distinti impiegando la stazione di tagging
• I 4 modi di decadimento sono ricostruiti nella stessa regione di decadimento
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
NA48: Il rivelatore
Kevlar window
Drift chamber 1
Anti counter 6Drift chamber 2
Magnet
Drift chamber 3
Helium tank
Anti counter 7Drift chamber 4
Hodoscope
Liquid krypton calorimeterHadron calorimeter
Muon veto sytem
• KL,S → π+π−
– spettrometro magnetico (σx,y ∼ 90 µm)
– tempo della traccia da un odoscopio (σt ∼ 200 ps)
• KL,S → π0π0
– Calorimetro elettromagnetico quasi-omogeneo aLiquid Krypton:
∗ alta ganularita (13212 celle 2 × 2 cm2)∗ geometria proiettiva
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
Il “gioiello” di NA48
Una fotografia del calorimetro elettromagnetico
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
Le prestazioni del calorimetro
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
16000
0.125 0.13 0.135 0.14 0.145
π0
= 1.1 MeVσ
Mass
Risoluzione in energia:
σ(E)E
= 3.2%√E
⊕0.10E
⊕ 0.5%
Risoluzione in tempo:
σγ(t) < 300 ps
1
10
10 2
10 3
10 4
10 5
-10 -8 -6 -4 -2 0 2 4 6 8 10
EntriesMeanRMSUDFLWOVFLW
408565 -.9167E-02
.2771 11.00 5.000
4838. / 32Constant .1226E+06Mean -.1176E-01Sigma .2628
Risoluzione in posizione:
σx,y < 1.5 mm
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
Lo spettrometro magnetico
• 2 DHC + 1 magnete + 2 DHC
• 265 Pt kick dal magnete
NA48 CAMERE A DERIVA
VISTA YVISTA X
FASCIO
120 cm
VISTA UVISTA V
4 viste per camera
εvista = 99.5%
Risoluzione in impulso:
σ(p)p
' 0.5%⊕0.009·p%
Risoluzione in posizione:
σverticex,y ' 2mm
σhitx,y ' 90µ
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
Triggers
π0π0 trigger
• Informazione dallecelle del LKR
• Processamento in“pipeline”
• Efficienza:99.93 ± 0.02 %
Reconstructed showersHits in scintillator fiber hodoscope
Energy peaks -> trigger
π+π− trigger• Livello 1:
+ Energia in KLR + HAC > 35 GeV
+ Topologia a due tracce nell’odoscopio
+ Due tracce nella prima camera
• Livello 2: Calcolo“on-line” del nu-mero di verticie della massainvariante π+π−
– Latenza di' 100 µs
– Efficienza:97.75 ± 0.05%
Online reconstructed mass (Ks beam)
0
10
20
30
40
50
60
70
80
450 460 470 480 490 500 510 520 530 540 550
Entries 1206 16.53 / 16
Constant 55.31Mean 499.5Sigma 5.323
MeV
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
Verso NA48/1
• NA48 puo produrre un numero enorme di KS e KL ed iperoni
• 48 ore di presa dati “speciale” nel 1999 hanno mostrato:
Decadimento NA48 (1999) Risultati pubblicati
KL Evt. BR Evt. BR
π0γγ 2558 (1.36 ± 0.05)10−6 947 (1.7 ± 0.1)10−6 (KTeV)π+π−e+e− 1337 (3.1 ± 0.2)10−7 50 (3.5 ± 0.6)10−7 (KTeV)e+e−e+e− 132 (3.7 ± 0.4)10−8 441 (3.7 ± 0.3)10−8 (KTeV)e+e−µ+µ− 19 1 (2.9+6.7
−2.4)10−9 (E799I)e+e−γγ 492 (6.3 ± 0.5)10−7 1543 (5.84 ± 0.35)10−7 (KTeV)e+e−γ 6864 (1.06 ± 0.05)10−5 (NA48)
KS Evt. BR Evt. BR
π+π−e+e− 921 (4.3 ± 0.4)10−5 56 (4.5 ± 0.8)10−5 (NA48)γγ 149 (2.6 ± 0.4)10−6 (NA48)π0e+e− – < 1.4 × 10−7 – < 1.1 × 10−6 (NA31)
Ξ0 Evt. BR Evt. BR
Σ+e−ν 60 176 (2.7 ± 0.4)10−4 (KTeV)Λγ 497 (1.9 ± 0.2)10−3 (NA48)Σ0γ 380 (3.7 ± 0.5)10−3 (NA48)
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
Le fasi di NA48/1
F 1999 NA48/1 fase di test (48 ore)
– ∼ 6.0×109 ppp (×200) d’impulso di 450 Gev/c
– Duty cycle dell’SPS 2.4s/14.4s
– no fascio KL
– ∼ 2.3 × 108 KS decadimenti del KS ricostruiti
F 2000 NA48/1 prima fase (40 giorni)
– ∼ 9.0 × 109 ppp d’impulso di 400 Gev/c
– Duty cycle dell’SPS 3.2s/14.4s
– No spettrometro magnetico
– no AKS
– ∼ 1010 decadimenti del KS ricostruiti
F 2002 NA48/1 seconda fase (90 giorni)
• Duty cycle dell’SPS 5.2s/16.8s
• ∼ 1.0 × 1010 ppp d’impulso di 400 Gev/c
• Sı spettrometro magnetico (e nuovo read-out)
• ottimizzazione del collimatore di fascio
• ∼ 1.5×105 decadimenti di KS per pacchetto diprotoni
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
NA48/1: Casi di interesse (I)
IL DECADIMENTO KS → π0e+e−
⇒ Importante in vista della misura di BR(KL → π0e+e−): L’ammontare diviolazione indiretta e legata al parametro as della χPT
⇒ Il parametro as puo essere misurato
BR(KS → π0e+e−) ∼ 5.2 × 10−9|as|2
Allo stato attuale:
⇒ Miglior risultato (NA48, 2001):
BR(KS → π0e+e−) < 1.4 × 10−7(90%CL)
(PDG: BR < 1.1 × 10−6 (90% CL) NA31, 1993)
⇒ ∼ 7 eventi attesi nel 2002
⇒ con un fondo KS → π0π0D stimato (MC) di < 0.3 events
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
NA48/1: Casi di interesse (II)
IL DECADIMENTO KS → γγ
⇒ E calcolato con precisione del 5% all’ordine O(p4) della χPT
⇒ NA48/1 ha trovato una discrepanza del 30% dalla predizione χPT
Allo stato attuale:
⇒ Miglior risultato (NA48, 2002):
BR(KS → γγ) = [2.78 ± 0.06(stat) ± 0.02(MCstat) ± 0.04(syst)] · 10−6
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
Casi di interesse (III)
IL DECADIMENTO KS → π0π0π0
⇒ Violazione di CP, parametrizzata da η000 = A(KS→π0π0π0)A(KL→π0π0π0)
Allo stato attuale:
Experiment Re(η000) Im(η000) BR(KS → π0π0π0)
Barmin et. al −0.08 ± 0.27 −0.05 ± 0.27 < 3.7 × 10−5 90 % CLCPLEAR 0.18 ± 0.15 0.15 ± 0.20 < 1.9 × 10−5 90% CLSND < 1.4 × 10−5 95% CL
NA48 ha raccolto nel 2000 ∼ 106 3π0/cτS eventi per una misura diRe(η000) e Im(η000) piu precisa.
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
NA48/I Casi di interesse IV
⇒ La targhetta KS e anche sorgente di iperoni
⇒ Nel 2002 presa dati con fascio molto intenso.Misure passate sono state migliorate e nuove iniziate
⇒ Alto rate d’accidentali dai decadimenti KS
0 2 4 6 8 10 12
0.25
0.3
0.35
0.4
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
-π π+
+ -Momentum ratio p /p
π+π-
inva
rian
t mas
s [G
eV/c
]2
π-+π
Λ p
KS
Anti- Trigger
Λ p π -
π+
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
NA48/I Casi di interesse IV
I DECADIMENTI della Ξ0
Decay Risultati pubblicati
Ξ0 Evt. BR
Σ+e−ν 176 (2.7 ± 0.4)10−4 (KTeV)Λγ 31 (1.9 ± 0.4)10−3 (NA48)Σ0γ 17 (3.1 ± 0.7)10−3 (NA48)pπ− 0 ≤ 4 × 10−4 (90% CL) (SPEC)
Inoltre:
F Misura precisa di M(Ξ0)
⇒ controllo del “mass plitting” fra i membridell’ottetto SU(3)
⇒ test dell’approccio della teoria al calcolo delle masse
⇒ PDG (NA48):M(Ξ0) = (1314.83 ± 0.06 ± 0.2 )MeV/c2
F Fattori di forma dal decadimento β
⇒ diretto analogo a n → pe−ν, studio della violazionedella simmetria di sapore
⇒ PDG (KTEV): g1/f1 = 1.32 ±0.210.17 ±0.05
⇒ no rottura SU(3)
F Determinazione del KCM parametro Vus
⇒ Misura di BR(Ξ0 → Σ+e−νe),⇒ indipendante dalla determinazione di Vus
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
Contributi del gruppo di Perugia (I)
F Hardware:– disegno e costruzione dell’odoscopio di trigger, del pretrigger (livello 0 del
trigger carico) e dell’odoscopio neutro;
– sistema di lettura PMB;
– disegno del tagger;
– contributo alla costruzione del calorimetro e alla sua elettronica di lettura.
F Analisi:– aspetti dell’analisi di Re(ε′/ε) ;
– studio di decadimenti rari;
– controllo del funzionamento dei rivelatori di responsabilita di Perugia.
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
Contributi del gruppo di Perugia (II)
F Tesi di laurea:
• M. Piccini: “Studio dei KL prodotti in associazione a KS nel fascio neutro
dell’esperimento NA48 del CERN” (a.a. 1999–2000)
• E. Imbergamo: “Studio del decadimento del mesone neutro K0 in una
coppia di fotoni nell’ambito dell’esperimento NA48” (a.a. 1999–2000)
• G. Lamanna: “Studio del decadimento KL → π0π0γγ nell’esperimento
NA48 del CERN” (a.a. 2001–2002)
F Tesi di dottorato:
• M. Piccini: “Studio del decadimento β dell’iperone Ξ0 nell’esperimento
NA48” (in corso)
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48
Contributi del gruppo di Perugia (III)
F Analisi in corso:
• M. Piccini: “Studio del decadimento β dell’iperone Ξ0”
• E. Imbergamo: “Studio del decadimento radiativo dell’iperone Ξ0”
• A. Michetti: “Studio dei decadimenti KS → πlν”
• M.C. Pertucci: “Studio del decadimento KS → π0π0γγ”
Ermanno Imbergamo L’esperimento NA48