Fisica dei mesoni scalari e pseudoscalari a KLOE P.Gauzzi Roma, 18/04/2008.

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1 Fisica dei mesoni scalari e pseudoscalari a KLOE P.Gauzzi Roma, 18/04/2008

2 P.GauzziRoma 18/04/2008 2 DA NE -factory: e + e - collider @ s 1020 MeV M ; peak 3.1 b DA NE nel 2005: L peak = 1.4 × 10 32 cm -1 s -1 Ldt = 8.5 pb -1 /day Integrated luminosity (pb -1 ) Fine della presa dati a marzo 2006: 2.5 fb @ s=M 8×10 9 prodotte + 250 pb -1 off-peak @ s=1000 MeV

3 P.GauzziRoma 18/04/2008 3KLOE Camera: gas: 90% He-10% iC 4 H 10 p T /p T = 0.4% xy 150 m ; z 2 mm vertex 1 mm Calorimetro (Pb-Sci.Fi.): /E = 5.7% / (E(GeV)) t = 55 ps/ (E(GeV)) 100 ps 98% of 4 Magnete: 0.52 T

4 P.GauzziRoma 18/04/2008 4 Fisica di KLOE Canale di decadimento Eventi (2.5 fb -1 ) K + K 3.7 10 9 KLKSKLKS 2.5 10 9 π + π + π π 0 1.1 10 9 9.7 10 7 π 0 9.4 10 6 4.6 10 5 ππ 2.2 10 6 π 0 5.2 10 5 Mesoni K: |V us |, violazione di CP e CPT, decadimenti rari, test di PT, test di meccanica quantistica Mesoni scalari Mesoni pseudoscalari Sezione durto adronica [ISR, e + e (π + π )]: correzioni adroniche a (g-2) (1020) a 0 (980) f 0 (980) ' KK 0-0- 0-0- 1-1- 1-1- 0+0+ 0+0+ BR=83% BR=15.3% BR=1.3% BR=1.3 10 -3 BR=6.2 10 -5 BR O(10 -4 )

5 P.GauzziRoma 18/04/2008 5 Mesoni scalari leggeri (600) (800) f 0 (980) a 0 (980) I=0 I=1/2, S=1 I=0 I=1 Particolarita: spettro di massa invertito Difficile interpretazione come mesoni qq Ipotesi alternative: –Stati qqqq (Jaffe77) –a 0 e f 0 stati legati (molecole) (Weinstein- Isgur 90)

6 P.GauzziRoma 18/04/2008 6 S PP' KLOE: f 0 (980)/ (600) e a 0 (980) nei decadimenti radiativi della P P' = 0 0, + - f 0 (980)/ (600) 0 (, + 0 ) a 0 (980) K S K S (f 0 /a 0 ) Misura di branching ratio + estrazione dei parametri rilevanti degli scalari (masse, couplings)

7 P.GauzziRoma 18/04/2008 7 S PP S PP 1. Kaon loop [Achasov - Ivanchenko Nucl.Phys.B315(1989)465, Achasov - Gubin Phys.Rev.D63(2001)094007, Achasov - Kiselev Phys.Rev.D73(2006)054029 ] g KK g SKK g SPP S P1P1 P2P2 K+K+ K g S g SPP S P1P1 P2P2 e+e+ e-e- [G.Isidori, L.Maiani et al., JHEP0605(2006)049] 2. No Structure

8 P.GauzziRoma 18/04/2008 8 e + e 0 0 e + e 0 0 Selezione: 5 prompt a >21 o ; senza tracce nella camera Fit cinematico: conservazione del 4-impulso accoppiamento dei ai 0 Nuovo fit cinematico imponendo anche le masse dei 0 Dati: 450 pb -1 4 10 5 eventi Due componenti: S e e + e - π 0 [EPJC49(2007)473]

9 P.GauzziRoma 18/04/2008 9 Kaon Loop con la (600): –Parametri liberi per l f 0 (980): M f0, g fK+K, g fπ+π (= 2 g fπ0π0 ) – B = B + B KK e massa e larghezza della (600) parametri fissati [Achasov- Kiselev,PRD73(2006)054029] – 0 + + interferenza (parametrizzazione VDM - 7 parametri) Fit del Dalitz plot (KL) Best fit in M slices 2 /ndf = 2754 / 2676 P( 2 ) = 14.5 % Senza (600) P( 2 ) 10 4 [EPJC49(2007)473]

10 P.GauzziRoma 18/04/2008 10 Fit del Dalitz plot (NS) No structure senza (600) –Parametri liberi: M f0, g fK+K, g fπ+π, g f, a 0, a 1 (complessi) –Ampiezza vettoriale : stessa parametrizzazione del KL (7 parametri) Fit in M slices P( 2 ) = 4.2 % [EPJC49(2007)473]

11 P.GauzziRoma 18/04/2008 11 Parametri dellf 0 (980) Differenza: KL include la (600); NS senza (600) R= (g fK+K g f = 6.9 (KL); 0.09 (NS) Parametri della (600) (parametri del modello KL): M = 462 MeV; = 286 MeV; g K+K = 0.5 GeV; g = 2.4 GeV Dallintegrale dellampiezza scalare: f 0 (980) param.KLNS M f0 (MeV) 976.8 0.3 +10.1 -0.6 984.7 0.4 +2.4 -3.7 g f (GeV -1 )2.78 +0.02 -0.05 +1.32 -0.05 2.61 0.02 +0.31 -0.08 g f (GeV) -1.43 0.01 +0.03 -0.60 1.31 0.01 +0.09 -0.03 g fK+K (GeV) 3.76 0.04 +1.17 -0.49 0.40 0.04 +0.62 -0.29 [EPJC49(2007)473]

12 P.GauzziRoma 18/04/2008 12 e + e 0 0 e + e 0 0 KLNS [PLB537(2002)21] Solo scalari Scalari + 0

13 P.GauzziRoma 18/04/2008 13 e + e + e + e + Contributi: Selezione: 2 tracce + 1 fotone a grande angolo ( > 45 ) Dati: 350 pb -1 6.7 10 5 eventi Eventi/1.2 MeV M( ) (MeV ) f 0 (980) signal M( ) (MeV )

14 P.GauzziRoma 18/04/2008 14 Fit di M( + ) (1) KL NS Tutto lo spettro Regione del segnale Spettro – (ISR+FSR) ISR+FSR P( 2 )=4.2%P( 2 )=4.4%

15 P.GauzziRoma 18/04/2008 15 Fit di M( + ) (2) Interferenza distruttiva f 0 -FSR Il fit non e sensibile alla (600) [PLB634(2006)148] f 0 + f 0 0 0 f 0 (980) param.KLNSKLNS M f0 (MeV)980 – 987973 – 981976.8984.7 g f (GeV -1 )1.2 – 2.02.782.61 g f (GeV)3.0 – 4.20.9 – 1.1-1.431.31 g fK+K (GeV)5.0 – 6.31.6 – 2.33.760.40 P( 2 ) 4.2%4.4% R = (g fK+K / g f = 2.2 – 2.8 (KL); 2.6 – 4.4 (NS)

16 P.GauzziRoma 18/04/2008 16 f 0 (980) update Fit del Dalitz plot 0 0 e della distribuzione di M( + – ) con la stessa ampiezza scalare [ (600) inclusa] Ultima versione del modello Kaon Loop [Achasov, private communication] f 0 (980) param. f 0 0 0 f 0 + M f0 (MeV) 984.7 1.9 (mod.) 983.7 g f0 (GeV -1.82 0.19 (mod.) -2.22 g fK+K (GeV) 3.97 0.43 (mod.) 4.74 R=(g fK+K /g f 4.8 4.6 Buon accordo fra i due canali Dipendenza dal modello ridotta Prossimo passo: fit combinato

17 P.GauzziRoma 18/04/2008 17 M (MeV) π 0 ; π 0 ; Selezione: 5 prompt con >21 o ; senza tracce nella camera Fit cinematico: conservazione del 4-impulso accoppiamento dei a 0 e Nuovo fit cinematico imponendo le masse di 0 e Dati: ~ 450 pb -1 ; 3.0 10 4 eventi; efficienza 38% Fondo = 55% (MC) da: f 0 (980) 0 0 e + e 0 0 0 ; 0 0 0 ; Normalizzazione al numero di prodotte [N = (1.24 0.03) 10 9 ] datadata 0 7 0 7 f 0 3 M (MeV) Events/(4 MeV) Background subtracted [arXiv:0707.4609]

18 P.GauzziRoma 18/04/2008 18 π 0 ; + 0 π 0 ; + 0 Selezione: 2 tracce + 5 prompt con >21 o Fit cinematico: conservazione del 4-impulso accoppiamento dei ai 0 Nuovo fit cinematico imponendo le masse di 0 e 4.5 10 3 events; efficienza 20% Fondo = 15% ( + + 4 o 6 fotoni da e + e π 0 ; π + π π 0 K S K L π + π 3π 0 ) [N = (1.15 0.03) 10 9 ] [arXiv:0707.4609] o Data Bckg (MC) Background subtracted M( ) (MeV) Combinato: Br( a 0 ) Br( ´ )

19 P.GauzziRoma 18/04/2008 19 Fit di M( 0 ) Fit combinato sulle due distribuzioni di M( 0 ) Normalizzazione relativa libera: R =Br( )/Br( + 0 ) Kaon Loop. Parametri liberi per l a 0 (980): M a0, g aK+K, g a π 0, (VDM) [Achasov-Gubin PRD63(2001)094007] parametri liberi: Br( 0 0 ) + (fase) No structure. Parametri: g aK+K, g a π, g a, a 0, a 1, Br(VDM) M(a 0 ) fissata per NS PDG R =1.73 0.04 VDM molto piccolo

20 P.GauzziRoma 18/04/2008 20 Fit di M( 0 ) M π (MeV) KL ( ) ( + 0 ) NS ( ) ( + 0 ) dati fit (+ risoluzione e matrice di efficienza)

21 P.GauzziRoma 18/04/2008 21 Br( 0 0 ) Br( 0 ) ( ) ( + – 0 ) qq: Achasov-Ivanchenko NPB315(1989) Close et al., NPB389(1993) 4q: Achasov-Ivanchenko NPB315(1989) KK molec.: Close et al., NPB389(1993) Achasov et al., PRD56(1997) KK molec.-2: Kalashnikova et al., EPJA24(2005) Palomar et al., NPA729(2003): U PT Escribano, PRD74(2006): Linear model Br( 0 0 + + – ) Branching ratio

22 P.GauzziRoma 18/04/2008 22 Couplings (1) Mesong M (GeV -1 ) 0 0.13 0.71 ´ 0.75 a 0 (980) 1.6 – 1.8 f 0 (980)1.2 – 2.7 g S contenuto di quark s CMD-2 (1999) : 3.61 0.62 SND (2000) : 4.6 0.8 BES (2005) : 4.21 0.33 (J/ +, K + K ) (g fK+K /g f + ) 2 4.6 – 4.8 (g aK+K /g a ) 2 0.6 – 0.7 ( SND (2000) : 1.8 2.5) (g fK+K /g aK+K ) 2 4 – 5 >> 1 >> 1 1/4 1.2 – 1.7 0.4 1 2 1 SU(3) 4q

23 P.GauzziRoma 18/04/2008 23 Couplings (2) Nuova teoria dei mesoni scalari: [t Hooft,Isidori,Maiani,Polosa,Riquer, arXiv0801.2288] Solo dati di KLOE: input g f0KK e g f0 + masse + P output g a0KK e g a0

24 P.GauzziRoma 18/04/2008 24 con numeri quantici J PC =0 ++ Golden channel K S K S + + Selezione: 2 vertici vicino allIP, ognuno con 2 tracce di carica opposta + richiesta del fotone per scartare K S K L + + e e + e + + Dati analizzati: 1.4 fb -1 ; efficienza 20% 1 evento nei dati; 0 eventi di fondo (MC) Usando i couplings di KLOE dallanalisi, 0 (Kaon Loop) In corso: analisi di tutta la statistica con ottimizzazione dei tagli e analisi del MC ( Ldt 2)

25 P.GauzziRoma 18/04/2008 25 Pseudoscalari Una -factory e anche una -factory [Br( ) = 1.3%] L = 2.5 fb -1 8 10 9 10 8 5 10 5 ' Mixing / ´ Dinamica del decadimento Misura di precisione della massa dell ( + e + e ; 0 )

26 P.GauzziRoma 18/04/2008 26 Mixing / ´ ; + - ; 0 0 0 0 0 ; + - 0 ; 0 0 0 Stato finale: + - + 7 M 6 (MeV) Massa inv. di + - + 6 su 7 N = 3407 61 43 ev. N = 16.7 10 6 ev. L= 427 pb -1 M 6 (MeV) Massa inv. di + - + 6 su 7 [err. sist. dominato da Br( )=3%] Angolo di mixing pseudoscalare: P =(41.4 0.3 0.9)° P =(-13.3 0.3 0.9)° [PLB648(2007)267]

27 P.GauzziRoma 18/04/2008 27 X ´ Y ´ Contenuto gluonico dell ´ P = (39.7 0.7)° Z ´ 2 = 0.14 0.04 P( 2 ) = 49 % [PLB648(2007)267]

28 P.GauzziRoma 18/04/2008 28 + 0 + 0 Martemianov-Sopov [PRD71(2005)] Q = 22.8 0.4 ; + 0 + + 3 (E rec = 363 MeV) 450 pb -1 1.34 10 6 eventi nel Dalitz plot |A(X,Y)| 2 = 1+aY+bY 2 +cX+dX 2 +eXY+fY 3 Viola la simmetria di isospin dove c, e compatibili con zero (violano C) fit senza termine cubico (fY 3 ) P( 2 ) 10 -6 [arXiv:0801.2642v1- accettato da JHEP]

29 P.GauzziRoma 18/04/2008 29 0 0 0 0 0 0 Dalitz plot simmetrico: |A| 2 1 + 2 Z un solo parametro ( = distanza dal centro) Metodo: fit del rapporto dati/MC MC solo spazio delle fasi |A| 2 =costante 450 pb -1 6.5 10 5 eventi usando M =547.822 0.069 MeV (KLOE) (con M =547.300 MeV = -0.014 0.004 0.005) [arXiv:0707.4137v1]

30 P.GauzziRoma 18/04/2008 30 Massa dell Massa dell Differenza di 8 fra le misure di: – GEM (COSY) in p +d 3 He + M = 547.311 0.028 0.032 MeV – NA48 in 3 0 ( + p + n) M = 547.843 0.030 0.041 MeV Recente risultato di CLEO-c: M = 547.785 0.017 0.057 MeV in ' J/ KLOE: ; check con 0 ; 0 Dopo il fit cinematico la massa e indipendente dallenergia dei fotoni dominata della posizione

31 P.GauzziRoma 18/04/2008 31 Massa dell Massa dell M 1 2 (MeV) E 3 > E 2 > E 1 M 0 = 134.906 0.012 0.049 MeV PDG 134.9766 0.0006 MeV (1.4 ) M = 547.874 0.007 0.029 MeV scala assoluta di s dal fit della line-shape della, normalizzando il picco a CMD-2 (VEPP-2M) [JHEP0712(2007)073]

32 P.GauzziRoma 18/04/2008 32 + e + e + e + e Decadimento raro: predizioni di PT e VDM Br 3 10 -4 2 misure: CMD-2 4 eventi WASA@CELSIUS 16 eventi D.N.Gao [MPLA17(2002)] violazione di CP non convenzionale (non CKM) interazione a 4 quark con S=0

33 P.GauzziRoma 18/04/2008 33 + e + e + e + e Dati analizzati: 622 pb -1 Selezione: 4 tracce + 1 di E=363 MeV ( ) Fit cinematico Fit della distribuzione di M inv. con segnale + fondo (MC) 733 62 eventi (efficienza = 11.7 %) Risultato preliminare: Br( + e + e )=(2.4 0.2 0.4) 10 -4

34 P.GauzziRoma 18/04/2008 34 π 0 π 0 PT: termini O(p 2 ) Q = 0; O(p 4 ) @ tree level = 0; O(p 4 ) @ 1 loop soppresso test di O(p 6 ) Misure recenti di Br( 0 ): (7.2 1.4) 10 -4 GAMS (1984) < 8.4 10 -4 @90% C.L. SND (2001) (3.5 0.7 0.6) 10 -4 Crystal Ball@AGS (2005) (2.24 0.46 0.17) 10 -4 Crystal Ball@MAMI(2007) KLOE ; 0 Fondo: (1) processi a 5 : a 0, f 0 ; e + e - 0 ( 0 ) (2) ; 0 0 0 L 450 pb -1 Br( ) = ( 8.4 ± 2.7 ± 1.4 ) × 10 -5 1.5 fb -1 M 4 (MeV)

35 P.GauzziRoma 18/04/2008 35 KLOE-2 LoI (marzo 2006) Expression of Interest for the continuation of the KLOE physics program at DA NE upgraded in luminosity and energy: programma di fisica per una luminosita integrata di ~ 50 fb -1 al picco della + la possibilita di aumentare lenergia nel c.m. fino a 2.5 GeV In fase di test: nuovo schema di funzionamento di DA NE (crab waist collisions) per aumentare la luminosita In fase di studio upgrade del rivelatore: –Inner tracker Tagging per fisica Miglioramento del read-out del calorimetro (nuovi PMTs) Nuovi calorimetri a piccolo angolo

36 P.GauzziRoma 18/04/2008 36 Programma di KLOE2 Test di CPT e di meccanica quantistica studiando levoluzione temporale di stati entangled di mesoni K Universalita leptonica (K e / K ) Unitarieta della matrice CKM Decadimenti rari del K S Spettroscopia adronica: –Scalari: ricerca della (600) in e + e e + e 0 0 ( 0 0 ) Osservazione di –Pseudoscalari:, ' a alta statistica ( 0, …) Alta energia (fino 2.5 GeV nel c.m.) – (f 0 ) e (a 0 ) attraverso f 0,a 0 –Sezione durto adronica Altra fisica a DA NE: –Fattori di forma time-like dei barioni (DANTE LoI) –Ricerca di stati legati nucleari di K (AMADEUS LoI) [- http://www.lnf.infn.it/lnfadmin/direzione/roadmap/roadmap.html, - F.Ambrosino et al., EPJC50,729 (2007)]

37 P.GauzziRoma 18/04/2008 37 Conclusioni Una parte rilevante del programma di fisica di KLOE e dedicato alla fisica adronica (non K) Scalari: le misure dei Br( S ) e dei couplings degli scalari sembrano indicare una struttura prevalentemente tetraquark di f 0 (980) e a 0 (980); (600) necessaria per il fit del Dalitz plot di 0 0 Pseudoscalari: grande statistica di e ' evidenza a 3 di un contenuto gluonico dell '; miglior misura al momento della massa dell e dei parametri del Dalitz plot di ; decadimenti rari dell Upgrade di DA NE possibilita per ulteriori interessanti misure di spettroscopia adronica