L’esperimento NA62 al CERN Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

Composizione del Gruppo di Perugia in NA62 (2008) Giuseppina Anzivino, PA Patrizia Cenci, I Ricercatore Ermanno Imbergamo, contratto a progetto PRIN Monica Pepe, I Ricercatore Roberto Piandani, dottorando Antonino Sergi, assegno di ricerca Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

Componenti del Gruppo di Perugia in NA48 o NA62 negli ultimi 3 anni Giuseppina Anzivino (NA48, NA62) Simone Bifani (borsista Marie Curie, Università di Berna) Patrizia Cenci (NA48, NA62) Ermanno Imbergamo (NA48, NA62) Aniello Nappi (NA48, CMS) Monica Pepe (NA48, GLAST, NA62) Roberto Piandani (NA62) Mauro Piccini (fellow CERN, NA62) Mauro Raggi (assegno di ricerca INFN a LNF, NA62) Antonino Sergi (NA62) Marisa Valdata (NA48, CMS) Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

NA62 (P326) – Misura del decadimento raro K+→p+nn Collaborazione: Birmingham, CERN, Dubna, Fairfax, Ferrara, Firenze, Frascati, Mainz, Merced, Mosca, Napoli, Perugia, Protvino, Pisa, Roma I, Roma II, Saclay, San Luis Potosi, Stanford, Sofia, Triumf, Torino Stato dell’esperimento Proposta P326 presentata al SPSC del CERN in settembre 2005 R&D sostenuta dal Research Board del CERN in dicembre 2005 Test beam in ottobre – novembre 2006 (LKr e CEDAR) Febbraio 2007: approvazione esperimento NA62 (misura di RK=G(K+  e+ n) / G(K+m+n), primo passo verso la misura finale di K+→p+nn): run (giugno-ottobre) nel 2007 NA62 citato nel CERN Medium Term Plan (2007-2011, CERN Council, 21 giugno 2007) Test beam in ottobre-novembre 2007 (straw tubes, prototipo RICH) Addendum al proposal inviato al SPSC nel dicembre 2007: sostegno dal CERN Completamento della fase di R&D previsto entro il 2008 In attesa di approvazione formale (2008?) Presa dati: dal 2011 (commissioning) al 2013 (se l’approvazione arriva in tempi brevi) CERN-SPSC-2005-013 SPSC-P-326 CERN-SPSC-2007-035 SPSC-M-760 Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

NA62-Motivazioni fisiche verifiche del Modello Standard sondare effetti di nuova fisica Minimal Flavour Violation (MFV) nuove sorgenti di rottura della simmetria di sapore (TeV) Decadimenti rari dei K, mediati da FCNC, strumento sperimentale fondamentale KL→p0nn K+→p+nn KL→p0e+ e- KL→p0m+ m- Golden modes - Dinamica a corta distanza - Contributi dominanti loop di W-top Predizioni del Modello Standard BR(K+p+nn)  (1.6×10-5)|Vcb|4[sh2+(rc-r)2]  (8.0 ± 1.1)×10-11 BR(KLp0nn)  (7.6×10-5)|Vcb|4h2  (3.0 ± 0.6)×10-11 Misura esistente (E787/949): BR(K+ → p+ nn ) = 1.47+1.30-0.89 ×10-10 (3 eventi) Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008 NA62 – linee guida Proposta: 65 eventi/anno K+ p+nn (S/B ~8) BR(SM) = 8×10-11 Accettanza segnale 10% Decadimenti di K ~ 1013 Tecnica del decadimento in volo del K Fascio intenso di protoni dal SPS K di alta energia (PK = 75 GeV/c) Contatore Cerenkov per identificazione del K Basso livello di fondo Cinematica Kaone: tracciatore di fascio Pione: Spettrometro qKp K+ p n m2miss=(PK-Pp)2 Verifica gli ultimi numeri Calorimetro per rivelare g/m RICH (separazione p/m) Spettrometro per eliminare le particelle cariche Contatori di veto Identificazione di particelle Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008 NA62 – il layout attuale A.Ceccucci SPSC 4-12-07 K+p+ n n SPS primary p: 400 GeV/c Unsepared beam: 75 GeV/c 800 MHz p/K/p (~6% K+) K+ p+ n ~11 MHz of K+ decays n Sensitivity is NOT limited by protons flux Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008 NA62 – i rivelatori CEDAR: Cherenkof differenziale per l’identificazione del K positivo nel fascio (50MHz) GIGATRACKER: Tracciamento del fascio (Si micropixel) a monte della regione di decadimento (800 MHz) LAV: Veto per fotoni a grandi angoli (vetro al piombo) CAMERE A STRAW: Spettrometro basato su 4 stazioni di camere a tubi straw per tracciare i prodotti di decadimento del K (~10 MHz) RICH: Ring Image Cherenkov, per rivelare il pione proveniente dal K positivo, distinguere muoni da pioni e per trigger veloce LKR: Veto per fotoni in avanti e calorimetro elettromagnetico (calorimetro a LKr di NA48) MUD e sweeper: rivelatore per muoni (calorimetro adronico di NA48 con ferro e piano di scintillatore per trigger veloce) con magnete deflettore del fascio non decaduto IRC/SAC: Veto per fotoni ad angoli piccoli e intermedi Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

NA62: prestazioni layout attuale Eventi di Segnale per anno@BR=8 10-11: ~55 (proposta: 65) Eventi di Fondo ≤ 13.5% (proposta: ~13%) → minore accettanza (-15%) ma: miglior controllo del fondo (Ke4) e disegno più conservativo dello spettrometro Altre opportunità di fisica: situazione simile a quella di NA48, disegnato per misurare “solo” e’/e ma che ha prodotto molte altre misure interessanti Con un flusso ~100 volte quello NA48/2 si potrebbero studiare: Effetti “Cusp like” (pp scattering): K+→ p0 p0 e+ n Lepton Flavour Violation: K+→ p+ m+ e- , K+ → p- m+ e+, (Ke2/Km2) Nuove particelle leggere: K+→ p+ X, K+→ p+ p0 P (sGoldstino pseudoscalare) Decadimenti rari p+ & p0 Decadimenti rari radiativi con elevata precisione Confronto tra K+ e K- (alternando la polarità del fascio): K± → p± p0g (CPV interference) T-odd Correlations in Kl4 Argomenti di spettroscopia adronica Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

NA62, I fase: la misura di Rk = G(K→ene)/G(K→mnm) Misura del rapporto Rk = N(K→ene)/N(K→mnm ) test dell’universalità leptonica e dell’accoppiamento V-A tanb ~ 50 e MH+~ 500 GeV/c2 (*) hep-ph/0511289 Masiero, Paradisi e Petronzio(*) hanno ipotizzato che violazioni supersimmetriche del sapore leptonico (SUSY LFV) possono modificare il valore di Rk di 2-3 % Rk = (2.477 ± 0.001) x 10-5 SM NA62, run 2007: SM test con precisione ≤0.5% Stato attuale della misura di Rk in NA62: Il run 2007 (giugno-ottobre) è stato un successo: raw data: 300 TB; 100 TB dopo il Livello3 112k eventi candidati Ke2, con fondo < 10% Precisione statistica raggiungibile: RK/RK=0.3% Indeterminazione sistematica preliminare: RK/RK≤0.5% Nel 2008: controlli ulteriori di alcuni effetti sistematici Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

L’attività del gruppo di Perugia nell’ultimo triennio Analisi dei dati (NA48/1, NA48/2, NA62) Run di NA62 per la misura di RK (2007) R&D per il RICH di NA62 Attività in sede Test beam al CERN (2006 e 2007) Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

Contributi all’analisi dei dati Mauro Piccini Misura del BR dei decadimenti X0→ S+e-n e X0→ S+e+n Misura di Vus da X0 b-decay e di g1/f1  autore, Phys.Lett.B 645 (2007) Ermanno Imbergamo Misura del decadimento K0→ gg  autore: Phys.Lett.B 493 (2000); Phys.Lett.B 551 (2003) Misura del BR e della asimmetria dei decadimenti X0→Lg e S0→Lg Misura della polarizzazione della X0 NA48/1 Mauro Raggi: Misura del decadimento K± → p±p0g → prima evidenza del termine di interferenza  autore, in corso di pubblicazione NA48/2 Roberto Piandani: Studio delle prestazioni di NA62 (analisi dati di run speciali di NA48/2 e sviluppo del montecarlo): valutazione del fondo del decadimento K± → p±nn valutazione della reiezione cinematica NA62 Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

Run di NA62 per la misura di RK (2007) Responsabilità del gruppo di Perugia nel run 2007: Funzionamento dell’odoscopio carico e del pretrigger Funzionamento e calibrazione dell’odoscopio neutro Parte dell’offline generale dell’esperimento Nuovi impegni nell’analisi dei dati (R. Piandani, tesi di dottorato; E. Imbergamo; A. Sergi): Studio del decadimento K± → e±ng calcolo del fondo alla misura di Rk Studio del decadimento K± → m±ng misura del rapporto Rk radiativo (nessun altro gruppo in NA62 per ora si occupa di queste analisi) Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008 NA62 - il rivelatore RICH Responsabilità INFN: Perugia-Firenze Prestazioni richieste >3s separazione p/m @ 35 GeV/c Risoluzione temporale 100 ps Spettrometro di velocità (ridondanza) Tubo di 18 m riempito con Ne @1 atm Ottica e fotorivelatori 2 specchi inclinati (focale 17 m) 2000 PMT Cella elementare 18 mm Matrice di PMT sul piano focale con struttura compatta esagonale Reiezione fondo da m al livello 10-6 associato al rivelatore di muoni Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

RICH – R&D : verso la finalizzazione del prototipo CEDAR Test 2006 Validazione delle scelte sperimentali nel test 2006: Fotorivelatori: Hamamatsu R7400U (3 modelli) Front-end: scheda preamplificatore + NINO (shaper e discriminatore time-over-threshold) 3) TDC: HPTDC CAEN 1290A (alta risoluzione) Test CEDAR in H6 in novembre 2006 Perugia: responsabilità coordinamento e installazione test responsabilità DAQ/read-out (M. Raggi) responsabilità data handling e software Firenze: responsabilità front-end, HV Perugia e Firenze: analisi dati responsabile analisi a Pg: M.Raggi 2) Nel 2007: test dei PMT in laboratorio con laser (Fi e Pg) costruzione di prototipo in scala 1:1 per il test beam (Fi e Pg) prototipo TDC basato su Tell1 (LHCB) (Pi e Pg) trigger veloce di molteplicità (Pg) Scelta PM Validazione front-end Limiti read-out Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008 RICH – il prototipo 2007 Nel 2007: costruzione di un prototipo in scala 1:1 (longitudinale) Tubo in acciaio inox lungo 18 m (5.6% X0)(CERN, parzialmente esistente) Radiatore: Ne @ 1 atm, (n-1)=67×10-6 1 specchio con diametro=0.5 m, focale=17 m e spessore 1 cm 96 PMT posizionati lungo un cerchio Finestre di quarzo per separare i PMT dal Ne Test su fascio K12 al SPS di impulso 200 GeV/c (31 ott.-12 nov.) per: misura della risoluzione dell’angolo Cherenkov conteggio del numero di fotoelettroni a b = 1 misura della risoluzione temporale A Perugia: test PMT in laboratorio progetto flangia lato PMT sviluppo TDC e trigger 17 m endcap 2 (Mirror) endcap 1 (96 PM) 60 cm beam line Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

RICH – il prototipo 2007 attività in sede - I Officina Meccanica D. Aisa, A. Piluso Progettazione della flangia all’estremità del tubo per l’alloggiamento PM: diametro interno: 600 mm diametro esterno: 658 mm I fori di alloggiamento dei PMT sono posizionati lungo il cerchio dove è atteso l’anello Cherenkov Simulazione 96 PMT Diametro finestra PMT: 8 mm Diametro base partitore: 18 mm p K p+m Coni di Winston per la raccolta della luce, ottimizzati con simulazioni effettuate in collaborazione con Winston stesso Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

RICH – il prototipo 2007 attività in sede - II Test PMT (A. Sergi) Laser (l=405 nm) disponibile in sezione nel Laboratorio Semiconduttori (Ambrosi/Servoli) Sistema ottico e supporto dei PMT progettato e costruito dal servizio di meccanica Front-end e read-out in fase di test in laboratorio con il supporto di A. Papi Misure: Risposta singolo fotone Risoluzione temporale Efficienza Tubo per ottica Flangia supporto PMT con coni di Winston Software (A. Sergi) Montecarlo del prototipo (Geant4) e nuovi programmi per il test beam 2007 (C++) Montecarlo del rivelatore RICH finale (Geant4) Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

RICH – il prototipo 2007 test beam al CERN Prototipo in scala 1:1 (longitudinale), 96 PMs Hamamatsu R7400U Camera a tenuta lunga18 m; specchio: =50cm, spessore=2.5cm, f=17.01m Test: fascio di particelle negative a 200 GeV/c alla produzione: 94.3% p, 4.9% K, 0.7% p dopo 900 m: 96.2% p, 3.0% K, 0.8% p Lo specchio Perugia: coordinamento test installazione, read-out/DAQ (A. Sergi) data handling e storage nuovo software di analisi (A. Sergi) Firenze: meccanica, front-end (preamplificatore, NINO chip, discriminatore time over threshold), HV (CAEN SY2527 crate, A1733N boards) Analisi dati: Perugia e Firenze (a Perugia: A. Sergi, E. Imbergamo) Pisa e Perugia: sviluppo TCD e trigger di molteplicità E. Imbergamo responsabile sviluppo trigger Preamplificatori NINO chip La flangia dei fototubi Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

RICH – test beam 2007 risultati preliminari Risoluzione temporale per evento Risoluzione temporale per evento < 100 ps Risoluzione in angolo Cherenkov ≈ 50 mrad N. di PM accesi per evento ≈ 17 I risultati preliminari sul funzionamento del prototipo sono in ottimo accordo con le aspettative del montecarlo Mean: 75 ps RMS: 150 ps Fit dell’anello Cherenkov 17.2 PM accesi per evento protoni Anello dei protoni pioni Anello dei pioni Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008 Seminari e presentazioni a conferenze (dal 2005) WIN2005 (P. Cenci) Kaon2005 (M. Piccini) Crimea2005 (G. Anzivino) BEACH2006 (G. Anzivino, M. Raggi; P. Cenci: convener sessione K Physics) Crimea2006 (M. Pepe) AUSHEP2006 (E. Imbergamo, 2 presentazioni) C2CR07 (P. Cenci) XLII Moriond EW 2007 (M. Raggi) KAON2007 (E. Imbergamo) PASCOS07 (G. Anzivino) EPS-HEP2007 (M. Pepe) Crimea2007 (M. Valdata) SIF2007 (R. Piandani) Dal 2005: 20 pubblicazioni su riviste internazionali Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008 Tesi (dal 2005) Tesi di Laurea R. Piandani Studio del decadimento raro K±-> π± con l'esperimento NA48/2: analisi e stima dei fondi Tesi di Dottorato M. Piccini Studio del decadimento  della particella 0 in NA48 E. Imbergamo Measurement of the (0 -> ) decay asymmetry factor in the experiment NA48/1 at CERN M. Raggi Experimental study of the K±-> π±π0 decay Dottorato R. Piandani 2° anno XXII ciclo Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008 NA62: programma di attività a Perugia nel 2008 Un ricco e interessante programma sperimentale a Perugia nell’immediato futuro: R&D RICH Completamento analisi dei dati del test beam 2007 Il prototipo per il test beam 2008: ampliamento del prototipo 2007 con 400 PMT disegno e costruzione della nuova flangia PMT (Firenze) test in laboratorio dei PMT (Perugia e Firenze) sviluppo del TDC (Pisa e Perugia) sviluppo del trigger di molteplicità (Perugia) Test beam al CERN in ottobre 2008 Analisi dei dati completamento dello studio delle prestazioni di NA62 inizio dello studio dei processi Ke2g e Km2g Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008