P. Cenci CSN1 5 febbraio P326: risultati del test-beam con elettroni Risultati presentati da Giuseppe Ruggiero - SNS alla riunione con i referee CSN1 Roma, 5 febbraio 2007

2 Introduzione E  rangeInefficienza < 1 GeV1 (1,3) GeV10  4 (3,5) GeVLineare tra 10  4  10  5 > 5 GeV10  5 Inefficienza richiesta: Obiettivo: Dimostrare con i dati che il LKr soddisfa le richieste espresse nel Proposal in termini di efficienza, ovvero: inefficienza fotoni di energia ≥ non peggiore di per fotoni di energia ≤ Dimostrare con i dati che il LKr soddisfa le richieste espresse nel Proposal in termini di efficienza, ovvero: inefficienza di per fotoni di energia ≥ 5 GeV e non peggiore di per fotoni di energia ≤ 5 GeV Per fotoni con E  > 10 GeV un’analisi basata su eventi K +  +  0 raccolti nel 2004 ha già mostrato che il LKr è efficiente entro L’efficienza del LKr è un ingrediente essenziale per ridurre il fondo nell’esperimento K +   utilizzando il LKr come veto per fotoni

3 vacuum Electron beam (25 GeV/c) Bremsstrahlung Kevlar window Drift chambers Magnet Calorimeter  e-  p/p<1‰ Metodo proposto L’inefficienza del LKr può essere verificata emessi da un opportuno fascio di elettroni quando attraversa il materiale prima dello spettrometro L’inefficienza del LKr per E  < 10 GeV può essere verificata usando i fotoni di bremsstrahlung emessi da un opportuno fascio di elettroni quando attraversa il materiale prima dello spettrometro Il fascio monocromatico di elettroni (  p/p = 0.2%) considerato ha 25 GeV di energia e contiene ~10 4 e - /spill. E  = E 0 – E spettr

4 Run di elettroni del 2006 Obiettivo: misura dell’efficienza del LKr per E  < 10 GeV. Metodo: ricerca di fotoni nel LKr prodotti da bremsstrahlung di elettroni che attraversano il materiale davanti al LKr. Il fascio di elettroni puo’ essere ottenuto utilizzando l’SPS. Fascio parallelo con piccolo momentum bite (  P e /P e ~0.2%). P e =25 GeV/c permette di avere abbastanza  nella regione 1-10 GeV. Periodo di run: 2 Ottobre – 16 Ottobre – 4 ottobre: allineamento delle camere utilizzando un fascio di muoni. 5 – 10 ottobre: studio del fascio di elettroni. 10 – 15 ottobre: run di elettroni utili per la misura. 15 – 16 ottobre: SAC (Small Angle Calorimeter) test.

5 Metodo sperimentale: il fascio di e - P e =25GeV/c e+ ee Gli e - entrano nell’accettanza del rivelatore Protoni su targhetta per produrre  0  .  su convertitore per produrre e + e -. Selezione degli e -. Selezione del P e :  P e /P e ~0.2% e - trasportati lungo la linea di fascio di NA48 (K12). Due magneti alla fine della linea di fascio permettono di deflettere il fascio in X e Y.

6 vacuum Electron beam (25 GeV/c) Bremsstrahlung Kevlar window Drift chambers Magnet Calorimeter  e- He Hodoscope Metodo sperimentale Photon beam Gli e - possono irraggiare  di bremsstrahlung nella finestra di Kevlar, DCH, He, finestra di Al e nell’Odoscopio carico. Il magnete di bending permette di separare la traccia e il  irraggiato nel materiale prima del magnete stesso: la minima distaza e-  al LKr è ~13 cm. L’impulso del fascio è noto. P e dopo la bremsstrahlung è misurato. La posizione sul LKr e l’energia del  irraggiato possono essere predette. Si cerca un cluster nella posizione predetta: se non c’è l’evento è inefficiente.

7 Presa dati Trigger mediante l’Odoscopio carico (almeno una traccia) ~17K eventi per burst: il fattore limitante è stata la PC-Farm Ottime prestazioni delle DCH, del LKr e dell’Odoscopio dopo due anni di pausa. Durante la presa dati è stata scoperta una zona della linea di fascio con aria, corrispondente a 2% X 0 e posta dopo la zona di selezione dell’impulso degli elettroni. Circa bursts raccolti, utili per l’analisi, suddivisi in 16 run.

8 Triggers

9 Dati Impulso degli elettroni E/p e- 

10 Impulso del fascio Impulso degli elettroni misurato burst per burst in un run. = GeV/c  = GeV/c  0.2% momentum byte Stabile nel tempo

11 Misura dell’efficienza Segnale: e  con un  di bremsstrahlung di almeno 1 GeV  P e < 24 GeV/c Definizione della bremsstrahlung: E  = 25 GeV– P e Il  irradiato prima del magnete colpisce il LKr sempre nella stessa posizione, che è quella alla quale punta il fascio prima del magnete deflettore La distanza tra fotone e elettrone si può calcolare da P e Gli e - che irraggiano dopo il magnete dello spettrometro hanno un P e misurato nelle DCH pari a 25 GeV/c: non fanno parte del campione di segnale. Il segnale aspettato è ~3.2% del numero totale di elettroni. Efficienza: frazione di eventi segnale con 2 cluster nel LKr    N(e - segnale con un altro cluster nel LKr) / N(e- segnale) Purezza: frazione di eventi segnale che hanno irraggiato un     1 - N(tracce e - segnale con P<25 GeV che non hanno irraggiato) / N(tracce e - segnale) Quantità misurata:    true × 

12 Purezza del campione Frazione di tracce con (E/P<0.95) = 1.7% Frazione di pioni sotto il picco ~ I pioni non possono essere segnale:  non sono un problema Una frazione degli elettroni del fascio interagisce nel ~ 2% X 0 lungo la linea di fascio dopo la selezione in P e  sono un potenziale problema Regione del segnale P<24 GeV Non e  e  con P<25 GeV nel fascio Eventi di fondo di due tipi:

13 Riduzione “Online” del fondo Accurato tuning degli elementi del fascio K12:  Il fondo è sensibile a variazioni di frazione di Ampere nei magneti Primo tuning del fascio Ultimo tuning del fascio Gli elementi della linea di fascio K12 sono stati usati per ridefinire l’impulso degli elettroni dopo il passaggio in aria. La cura funziona a partire da >5 GeV. La purezza dipende da:  Energia del  irraggiato.  Instabilità del fascio.

14 Identificazione della componente di basso P del fascio:  Utilizzo del trim 3 come analizzatore di p: deflessione in X del fascio.  Separazione fondo-segnale sulla base di X(DCH1) o dx/dz. Riduzione “Offline” del fondo

15 Strategia di presa dati Fascio indirizzato verso due regioni del LKr corrispondenti alla massima deflessione in X ottenibile utilizzando il trim 3. Soppressione di zero rimossa in una regione attorno alla posizione aspettata dell’elettrone sul LKr: lette ~940 celle per ogni evento. B orientato in modo tale da deflettere l’ e - verso l’interno del LKr. 20M di triggers per run per ogni posizione. 61 cm Massimo potere di riduzione del fondo Scan di posizione in Y vincolato dal carico di dati nella PC-Farm.

16 Strategia di analisi Analisi  Eliminazione dei bad bursts: controllo della stabilità del fascio.  Monitoring del per ogni burst: scala assoluta nota al %.  Definizione del segnale: E  =  P beam  (burst) – P e > 1 GeV.  0.97 < E/P < 1.02: definizione dell’e - e controllo delle code non gaussiane in P e.  Taglio sulla molteplicità degli hits nelle camere: riduzione delle conversioni di .  Taglio su dx/dz vs E  : riduzione del fondo di fascio.  Misura di  : analizzati fino ad ora 4.5×10 5 eventi di segnale  1/8 della statistica totale Studio delle sistematiche  Purezza, conversioni , radiazione nel campo magnetico dello spettrometro, sovrapposizione di clusters, …

17 Separazione dei clusters E  (GeV) D(e –  clusters) cm Eventi con 2 clusters D min = 13 cm. Sufficiente per separare i clusters.

18 Taglio in dx/dz Eventi con 2 clustersEventi con 1 cluster: “inefficienti” E  GeV dx/dz E  GeV La distribuzione dx/dz vs E  degli eventi “inefficienti” è consistente con l’ipotesi della presenza di fondo proveniente da elettroni di basso impulso nel fascio. Il taglio rigetta fino all’80% di eventi con E  <2 GeV e una frazione trascurabile di eventi sopra 5 GeV. Il taglio dipende dal run. 1 GeV 5 GeV Eventi inefficienti dx/dz Taglio applicato

19 Senza taglio su dx/dz Con taglio su dx/dz Con taglio su dx/dz (zoom) Efficienza Drammatico effetto del fondo prima del taglio in dx/dz.  Inefficienza residua sopra 5 GeV dopo il taglio in dx/dz: <  < 5×10 -4  Elevata inefficienza residua sotto 5 GeV  Risultato non soddisfacente

20 X LKr cm Energy GeV Evento tipico X LKr cm Energy GeV elettrone E  ~5 GeV Posizione aspettata

21 Nuova ricostruzione del LKr Dall’analisi dell’efficienza del LKr per E  > 10 GeV utilizzando i K +     è emersa un’inefficienza dell’algoritmo di ricostruzione del LKr di ~5×10 -4 Un’analisi al livello raw ha mostrato che questo è dovuto all’algoritmo di “cluster finding” inefficiente nel caso di: 1) problemi di sampling di ADC nella cella più energetica del cluster; 2) interazioni fotonucleari del fotone. In tutti questi casi i depositi di energia delle celle sono registrati a livello raw ed è sempre possibile recuperare il cluster. Sviluppata una nuova ricostruzione del LKr, da applicare agli eventi “inefficienti” ottenuti dalla ricostruzione standard. Un cluster è definito sulla base dell’esistenza di almeno due celle vicine con un deposito di energia. Necessita di una soglia per evitare il cluster merging: per clusters sufficientemente distanti un valore tipico della soglia è 20 MeV. Questo genera una degradazione della risoluzione in energia, ma massimizza l’efficienza, se usata insieme alla ricostruzione standard.

22 Analisi dei dati Nuova ricostruzione applicata agli eventi risultati inefficienti utilizzando la ricostruzione standard. Soglia di energia a 20 MeV. Parte dell’inefficienza è recuperata, ma la situazione è complicata dalla vicinanza dei clusters del fotone e dell’elettrone. Sotto i 5 GeV la soglia deve di essere cambiata evento per evento. Minore è l’energia del fotone maggiore è la soglia richiesta per evitare il cluster merging, ma una soglia troppo alta rischia di far sparire il cluster. Analisi realizzata studiando ogni singolo evento e scegliendo opportunamente la soglia. Se non esiste nessuna soglia con cui è possibile ricostruire il cluster, l’evento è considerato inefficiente.

23 2 GeV 4 GeV X LKr cm Energy GeV Eventi tipici di complessa interpretazione Posizione aspettata Posizione aspettata Interazione fotonucleare ?

24 Senza nuova ricostruzione Con nuova ricostruzione e 20 MeV Con nuova ricostruzione e soglia selezionata evento per evento Efficienza con nuova ricostruzione

25 Risultato (1/8 della statistica) EnergiaInefficienza 2 < E  < 3.5 GeV(5.8 ± 1.3)× < E  < 5 GeV(1.6 ± 0.4)× < E  < 7.5 GeV(2.8 ± 1.6)× < E  < 10 GeV<2×10 -5 E  > 10 GeV<1.1×10 -5 Effetto dell’inefficienza intrinseca e quello del fondo mescolati. Importante effetto del fondo aspettato sotto i 5 GeV. Risultato sopra i 10 GeV in accordo con l’analisi dei K +    .  Soddisfacenti risultati preliminari

26 Conclusioni Il test run di elettroni è stato realizzato con successo. Ottimo il comportamento dell’apparato sperimentale dopo due anni di inattività. L’analisi dei dati è in corso. Analisi complessa a causa dell’entità degli effetti in studio. Il fattore limitante a basse energie è la presenza del fondo di elettroni di basso impulso provenienti dal fascio. Primi risultati sull’efficienza del LKr molto soddisfacenti se confrontati con le richieste dell’efficienza espresse nel Proposal.