1 Bern ITP, Birmingham, CERN, Dubna, Ferrara, Fairfax, Firenze, Frascati, IHEP, INR, Louvain, Mainz, Merced, Napoli, Perugia, Pisa, Roma, Roma 2, San Luis Potosi, SLAC, Sofia, Triumf, Torino Nicola Cabibbo, Giulio D’Agostini, Emanuele Leonardi, Francesco Perfetto (Ass. Ric.), Marco Serra, Paolo Valente

NA62: motivazioni * 2 Misure di precisione sono molto interessanti per discriminare la struttura del Flavor della fisica oltre il Modello Standard: approccio complementare a quello degli esperimenti al LHC La fisica del K è ancora interessante nell’era di LHC? Quali sono le osservabili rilevanti? Qual è il rapporto con la (eventuale) Nuova Fisica a LHC? Qual è la struttura del Flavor della fisica oltre il Modello Standard? Come si concilia con i risultati di precisione del modello CKM? La violazione della simmetria di sapore è data solo dagli accoppiamenti di Yukawa (Minimal Flavor Violation), o ci sono nuove sorgenti di rottura di simmetria alla scala del TeV? * Ne possiamo fare benissimo a meno, visti gli altri talk della sessione, e i particolare quello di Luca Silvestrini

Decadimenti rari K 3 Processi di tipo Flavor Changing Neutral Current  sensibili a fisica oltre lo Standard Model Grande contributo “short distance” Processi molto soppressi  sperimentalmente difficili Predizioni teoriche molto precise I quattro “golden channels”

4 Contributi short-distance (ew) Errore teorico irriducibile (sull’ampiezza short-distance) BR totale (SM) 91% >99% 38% 28% 3% 1% 15% 30% 8.5× × × ×10 -11

5 NA62 in una slide - K di alto impulso per ridurre il contributo del fondo indotto dai  0 - Decadimento in volo per evitare scattering e i fondi indotti dallo stopping target La tecnica sperimentale prevede: 1.Timing estremamente preciso per associare correttamente il   finale alla particella-madre (K + ) 2.Reiezione cinematica dei fondi a due e tre corpi 3.Rivelatori di veto (per fotoni e muoni) 4.Particle Identification (K/ ,  /  ) Per ottenere la soppressione dei fondi necessaria tutte queste tecniche devono essere combinate, minimizzando le correlazioni - 80 eventi (SM) in 2 anni di presa dati - Fondi abbattuti al livello di  10%,  10% di accettanza - Fascio molto intenso: 5×10 13 K/anno (circa 50 volte rispetto a NA48)

6 K ad alto p  a basso p neutrini KK PKPK PP Cinematica

7 Riutilizzo “creativo” di parte dell’apparato di NA48 Linea di fascio esistente e fascio molto più intenso Nuovi rivelatori Nuovo trigger, DAQ, computing, software… 800 MHz 10 MHz Layout

8 NA62 Linea di fascio

9 Da p primari dell’SPS, 400 GeV/c, fascio non separato: 75 GeV/c 800 MHz  /K/p (~6% K + ) Tracciatore di fascio a pixel di silicio 3 stazioni, <0.5% X 0 /stazione 200 ps di risoluzione temporale/stazione pixel 300  m × 300  m readout chip 0.13  m CMOS Beam Cerenkov Identificare positivamente i K CERN, Ferrara, Louvain, Torino Birmingham

10 Spettrometro in vuoto (camere a straw-tubes, 200  m di risoluzione) Rivelatori di veto per fotoni fuori dall’accettanza del calorimetro (a piccolo e grande angolo) in vuoto Frascati, Napoli, Pisa, Roma Cern, Dubna

11 RICH (Neon, 1 atm, 17 m, specchio a mosaico) Separazione   150 ps di risoluzione temporale Calorimetro Krypton liquido utilizzato come veto per fotoni (efficienza di rivelazione fotoni 1  10  )… ... e per particle-Id: E/p George Mason, INR, Protvino, Stanford Cern, Pisa, Roma2 INR, Sofia Cern, Firenze, Merced. Perugia, San Luis Potosi, George Mason Veti per fotoni a piccolo angolo Muon veto Ulteriore reiezione 

12 C amere a straw-tubes Vacuum tank di decadimento (“tubo blue”) Prototipo del RICH Risoluzione temporale 75 ps Prototipo degli straw-tubes in vuoto Test su fascio

Veti per fotoni stazioni di veto a “grande angolo” (7-50 mrad) Vari rivelatori a piccolo angolo (dopo il collimatore, dopo il beam-sweep, intorno alla beam –pipe) Attività di R&D già dalla fine del 2005 per scegliere una tecnologia: Capace di rivelare fotoni con efficienza   Capace di operare nel vuoto (   mbar) Discreta risoluzione in energia (10% a 1 GeV), Buona risoluzione temporale (<1 ns) Economica (diametro delle stazioni a grande angolo m) Il gruppo di Roma è fortemente impegnato nelle attività di R&D dei veti per fotoni sin dalla seconda metà del 2005

14 Un lungo percorso… Ottobre 2006 Agosto 2007 Dicembre 2005 Dopo aver valutato varie idee (sandwich piombo/scintillatore, anelli di calorimetri tipo-KLOE piombo/fibre scintillanti) ci siamo convinti di poter riutilizzare parte del barrel del calorimetro elettromangentico di OPAL (circa 4000 vetri al piombo, completi di fotomoltiplicatore e alimentatori)

15 Un lungo percorso… Dopo una lungissima campagna di test al fascio della BTF..

16 Prototipo di stazione di veto per fotoni, realizzato con cristalli di vetro al Pb di OPAL Test su fascio nel tubo da vuoto (estate 2008)

A che punto è l’esperimento? 17

Un po’ di storia… Giugno 2005: Proposta di un esperimento per la misura di K      al SPS del CERN, SPSC P326 Settembre 2005: Programma di R&D approvato dalla Commissione I Dicembre 2005: Programma di R&D approvato dal Research Board Luglio 2006: Proposta di un Run per la misura di Ke2/K  2 a meglio dello 0.5% (utilizzando l’apparato esistente di NA48) Dicembre 2006: Task-force per la definizione delle risorse di calcolo necessarie al Run Ke2/K 

Un po’ di storia… Febbraio 2007: – Approvazione del Run Ke2/K  2 da parte di SPSC e Research Board – Approvazione del Run da parte della Commissione I Giugno-Novembre 2007: Run Ke2/K  2, candidati eventi di segnale Novembre 2007: Addendum al Proposal (nuovo layout) Aprile 2008: Inondazione di BA5: danni a parte dei vetri al piombo del calorimetro di OPAL, necessari alla costruzione dei rivelatori di veto per fotoni

Ultime notizie Maggio 2008: Draft MoU, raccomandazione della Commissione I dell’INFN Novembre 2008: Review e raccomandazione finale dell’ SPSC Dicembre 2008: Approvazione da parte del Research Board del CERN (“subject to definition of the resource sharing”) Aprile 2009 –Kick-off del Physics Handbook (Editor Christofer Smith, Karlsruhe) –Kick-off del Technical Design (Editor Ferdinand Hahn, CERN) –Review del Comitato di Coordinamento Scientifico dell’INFN: in attesa della decisione finale del Consiglio Direttivo

Il futuro –Nuovo readout del calorimetro a Krypton liquido –Nuovo readout del Cerenkov di fascio –Dimostratore del tracker del fascio –Costuzione dei rivelatori di veto per fotoni a grande angolo –Costruzione dei rivelatori per fotoni a piccolo angolo e per particelle cariche –Costruzione delle camere a straw-tubes per il nuovo spettrometro –Costruzione del RICH –Trigger & DAQ –Computing & software –Test del fascio

Il futuro 2011 –Finalizzazione del tracker di fascio a silicio –Run con i rivelatori esistenti (senza tracker a pixel di fascio) –Run con l’apparato completo –Analisi dati –K L ? –…

23 Work in progress: costruzione dei rivelatori di veto Pulizia, lucidatura e nuovo wrapping dei cristalli Cabling Test: misura di resa di luce e guadagno Montaggio nei supporti da 4 cristalli Montaggio dei supporti con i 4 cristalli nel vessel da vuoto

Work in progress: elettronica di front-end 24 Range dinamico: da 50 MeV (1 mip  80 MeV) fino a 35 GeV: quasi 3 ordini di grandezza Rivelatore di veto con moderata risoluzione: soluzione semplice ed economica facilmente integrabile con il sistema di TDAQ comune dell’esperimento Allo studio soluzione a guadagni multipli con misura di time-over-threshold: semplice e relativamente economica possibilità di utilizzare semplicemente l’informazione TDC su board “standard “ dell’esperimento Carica Tempo

25 Work in progress: simulazione, computing e software Forte contributo allo sviluppo del software dell’esperimento, a partire ovviamente dal Monte Carlo, in particolare del sistema dei veti Riorganizzazione del modello di computing (task force) Coordinamento delle attività di data recording e data handling del run Ke2/K  2 Prossimi passi (dove sarebbe possibile contribuire): computing online organizzazione del modello di calcolo alla luce degli sviluppi del trigger (livello 3) high-level trigger …

Work in progress: Ke2/K  2 26

27 Stato delle misure NA ?

28 N(K e2 ) (migliaia di eventi) Data taking shifts (8 hours) K+K+ e+e+ M 2 miss = 0 per X= Errore su R K da ~2% a ~0.3% Oltre 100 giorni di presa dati 300 TB di raw data 100 TB dopo filtro di livello 3 2 reprocessing dopo calibrazioni Responsibilità del data recording e del reprocessing Attività di analisi in corso di completamento … stay tuned!

29 Muoni con perdita di energia “catastrofica” nel calorimetro: E/p>0.95

30 Conclusioni * Dalla fine del 2005 un lungo (e divertente!) percorso, che ha portato l’esperimento da una fase embrionale ad uno stato… molto più avanzato di realtà (scaramanticamente, teniamo le dita incrociate per l’ultimissimo step di approvazione) Grande coinvolgimento del nostro gruppo nella fase di R&D del rivelatore (che non è affatto terminata: l’elettronica, il trigger…) Grande coinvolgimento nelle attività di data-handling (computing ma anche software) Ancora moltissimo da fare nella fase di costruzione!... … e naturalmente in quella, tra un paio d’anni, di presa dati ed analisi Grazie a tutti coloro che hanno contribuito! Infine (c’è bisogno di dirlo…?) nuovi collaboratori sono naturalmente più che benvenuti * molto personali

NA62 Sensitivity Decay ModeEvents Signal: K +  + [ flux = 4.8×10 12 decay/year] 55 evt/year K +  +  0 [   0 = 2×10 -8 (3.5×10 -8 ) ]4.3% (7.5%) K +  + 2.2% K +  e +  +    3% Other 3 – track decays  1.5% K++0K++0 ~2% K++K++ ~0.7% K +  e + (  + )  0, othersnegligible Expected background  13.5% (  17%) 31 Definition of “year” and running efficiencies based on NA48 experience

Tentative Sharing* (Including In-kind) 32 Funding Agency(MCHF) INFN8.2 CERN6.2 JINR+Russia3.4 Japan2.7 Germany2.1 UK1.2 Belgium0.8 Bulgaria0.1 Others1.4 Total26.1 *As of DRAFT MOU 1.3 April, 2008

33 Detector Status (I) DetectorFunctionStatusCurrent Collaboration CEDAR Event by event K + identification (50 MHz) CEDAR Exists To be modified for H 2 Needs New Front end Needs New Read – out Birmingham GTK Gigatracker for beam tracking Three Stations of Si  pixels 300 x 300  m ~200 ps per station time resolution 0.5 % radiation length per station 800 MHz beam Sensor qualified after irradiation Prototype R/O chips in 0.13  m CMOS to be submitted on Jan, 09 8 x 8 pixel array to be beam tested in 2009 CERN Ferrara Louvain Torino LAV 12 Ring Calorimeters for photon detection Beam tested prototype with OPAL lead glass recovered from floods First full station ordered Frascati Pisa Roma 1 Naples STRAW 4 Large (6 m 2 ) straw tracker stations to track ~10 MHz particles from kaon decays Front-End Technology under study Engineering study CERN Dubna

34 Detector Status (II) DetectorFunctionStatusCurrent Collaboration RICH Pion muon separation up to 35 GeV/c Fast timing of the outgoing charged track Full length prototype (96 PMT) tested Oct-Nov ’07 Timing demonstrated 400 PMT ready2008 CERN Florence Merced Perugia San Luis Potosi George Mason LKR NA48 Liquid Krypton Calorimeter for forward photon. 20 tons of liquid krypton. Available! Validated as veto Cryogenics was consolidated First update of electronics CERN Pisa Roma II MUD Muon Detector based on the NA48 Hadron Calorimeter + iron and a fast veto plane for triggering Prototype tested in 2008 Protvino INR Stanford George Mason IRC/SAC Intermediate Ring and Small Angle Calorimeter to detect photons at small angle Shashlik prototype (SAC) tested in 2006 Sofia INR

NA62: motivazioni 35 Le domande di base: Perché la fisica del K è ancora interessante nell’era di LHC? Quali decadimenti misurare? Con che precisione? Qual è il rapporto con i risultati che arriveranno da LHC? G. Isidori

Ampiezza K    36

37 Esempio di sensibilità a deviazioni dalla Minimal Flavor Violation: MSSM con termini A U di accoppiamento tra squark Up left e right NA62: motivazioni

38 Combinato con J/  K S, permette di determinare il triangolo unitario senza ricorrere alla Lattice Gauge Theory NA62: motivazioni

Altre opportunità di fisica 39 Il flusso di K di NA62 sarà circa 100 volte quello di NA48/2 Altre opportunità possibili, con opportune opzioni di trigger: Lepton-flavor violation: Ke2/K  2 K       e , K       e  Test di CPT Ke4 Ricerca di nuove particelle low-mass K     N (right-handed neutrino) K       P (pseudoscalar sGoldstino) …

40 Produce hadron beam Define beam momentum Identify kaons Measure kaon momentum Look for kaon decays in vacuum… Veto photons at large angles (   ) Measure pion momentum Identify pions Veto small Angle photons Veto muons

Spettrometro in vuoto 41 Rimuovere la Kevlar window e l’Elio (riduzione multiplo scattering) Rimuovere la beam pipe (aumento dell’accettanza)

Ke2(  ) 42