L’esperimento NA48 Ermanno ImbergamoL’esperimento NA48 Ermanno Imbergamo Perugia - 14 Aprile...

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


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


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


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


Il “gioiello” di NA48

Una fotografia del calorimetro elettromagnetico


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


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


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


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)


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


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


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


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.


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+


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


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.


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)


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”


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