F.Ambrosino Napoli, Riunione Gruppo 1 21/12/2006.

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1 F.Ambrosino Napoli, Riunione Gruppo 1 21/12/2006

2 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/20062 Cosè P326 Una proposta di esperimento per misurare il BR(K + con una statistica di circa 100 eventi osservati in 2 anni di presa dati su un fascio non separato di K estratto dallSPS. Nello SM il valore atteso per tale BR è di circa 10 -10 Vantaggi fascio non sep.: -K di alto impulso (migliore veto) -Alta resa di K (4x10 12 /SPS year) Svantaggi: - /K ratio= 10/1 nel fascio - 1GHz di rate (40MHz/cm 2 ) per i rivelatori upstream

3 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/20063 Perché P326 ? K + + : predizioni teoriche accurate –Solo fisica short distance –No EM penguins –Elemento di matrice determinato sperimentalmente (K + 0 e –Errore teorico del 5-7% sullampiezza, legato ai charm quark loops, riducibile a pochi % con calcoli NNLO BR(K + + ) = (8.0 1.1) 10 –11 in the SM @ NLO _

4 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/20064 Come è fatto P326 ? 800 MHz ( /K/p) Solo i rivelatori upstream sono sottoposti al fascio da 800 MHz 10 MHz Kaon decays K+K+ + 1.5 m

5 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/20065 Reiezione Background Compito principale di un esperimento Compito principale di un esperimento TUTTI i decadimenti K+ sono potenzialmente pericolosi Goal di P326: S/B = 10 ~10 12 rejection 2-Steps: Reiezione cinematica Veto e Particle ID,, charged particles – e separation Risoluzione particelle cariche Efficienza ed ermeticità

6 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/20066 Riepilogo sui principali fondi Canale e BR 63 % 21 % 6 % 2 % 3 % 5 % Soppressione: PID (10 -6 ), cinematica (10 -6 ) veto (10 -8 ), cinematica (10 -4 ) CHV, cinematica veto, cinematica veto, PID veto, E/P

7 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/20067 I veti per fotoni Il gruppo ha la responsabilità, insieme a Pisa- Roma1-LNF e Protvino, di realizzare i veti per fotoni a grande angolo (ANTI) che costituiscono insieme al RICH il rivelatore di maggiori dimensioni e rappresentano il leading cost di P326 dal punto di vista finanziario.

8 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/20068 - 12 counter rings, 4 different sizes, 28 m 2 surface - Depth >17 X 0 - Have to operate in vacuum with extremely high efficiency - Good time and energy resolution Still 2 technologies under study 16 modules/ring, structure with lead/scintillator tiles + WLS fibers 2 circular sectors/ring, structure with lead/scintillating fibers Veti a grande angolo

9 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/20069 Attività 2006 Realizzato un prototipo curvo alla KLOE -> (Talk di Vito) Elaborazione delle simulazioni ->(Talk di Vito) Test beam allSPS in Ottobre per testare luso del LKr come veto per fotoni. -> next slides

10 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200610 Metodo (1) P e =25GeV/c e+ e e entra nellaccettanza del detector Protoni su bersaglio producono 0 convertono in coppie e + e e deflessi P e /P e ~0.2% e transportati lungo la linea di fascio di NA48 Un magnete alla fine della linea di fascio li deflette entro laccettanza del rivelatore

11 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200611 vacuum Electron beam (25 GeV/c) Bremsstrahlung Kevlar window Drift chambers Magnet Calorimeter e- He Hodoscope Metodo (2) Gli e- interagiscono con la finestra di Kevlar, la DCH, ed He (~1.4% X 0 ) producendo fotoni per bremsstrahlung Gli elettroni curvano nel magnete e colpiscono il LKr I fotoni colpiscono il LKr lontano dagli e- Noto limpulso del fascio, e, we misurato limpulso dell e- dopo il bremsstrahlung, possiamo predire posizione ed energia del fotone nel LKr Photon beam

12 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200612 Un po di grafici… Electrons 25 GeV/c

13 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200613 Attività 2007 Tests su fascio fotoni tagged alla BTF (Marzo)->scelta tecnologia veti e design finale Lungo Run (120 giorni) per test di rivelatori (RICH e non solo) e per misurare con precisione il rapporto Ke2/Kmu2

14 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200614 Motivazione fisica K ± e ± ν (BR = 1.5 × 10 -5 ) K ± μ ± ν (BR = 63%) La cancellazione delle incertezze adroniche (f K ) permette un classico test della struttura V-A e della universalità leptonica. Standard Model: R K (SM) = (2.472 ± 0.001) x 10 -5

15 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200615 Motivazione fisica (2) Masiero, Paradisi, Petronzio Phys. Rev. D74 (2006) 011701: Variations of the order of 1% with respect to R K (SM) may arise from lepton flavour violating contributions by virtual SUSY particles (charged H exchange). Violation of μ–e universality Effect of order 3.2% in large tan(β) regime consistent with all present knowledge, stronger bound from K w.r. to other meson and lepton decays.

16 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200616 Lo stato sperimentale World average (PDG): R K = (2.44 ± 0.11) x 10 -5 112 events 534 events 404 events

17 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200617 Proposed run in 2007 Long run: 120 days at 60% efficiency (includes scheduled SPS stops) 75 GeV/c K ± beam, Dp / p = 1.8 % (r.m.s.), 1.5 x 10 12 protons per spill Use horizontal TRIM3 to deflect beams oppositely to MNP33 deflection (to keep beams into vacuum tube) Increased MNP33 p T kick (120 263 MeV/c) improved momentum and M X 2 resolution Expected SPS fixed-target cycle in 2007 with LNGS operation: 39.6 s cycle with one spill of 9.6 s flat-top / cycle ~ 1.6 x 10 5 useful spills in the proposed run From simple scaling of the 2004 special run with saturated trigger (96,000 per spill) expect ~150,000 good K e2 events

18 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200618

19 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200619 Il giudizio dellSPSC The SPSC has endorsed the physics case very strongly The SPSC has provided a list of technical questions on the experimental technique We have replied to the SPSC questions, providing milestones for the planned developments We have requested an official status to: –Grant access to CERN premises, computing and infrastructure to the new collaborators –Secure funding from the National Funding Agencies –Attract new groups to the Collaboration. This need was felt in particular during discussions with US groups

20 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200620 Il futuro della collaborazione –É evidente a tutti che la collaborazione è, allo stato attuale, sottodimensionata –É verosimile che gli Americani NON verranno –Il CERN ha finanziato lattività per il 2006 (18 FTE, 500 kCHF) anche se per il momento ci considera un R&D –LINFN ci ha finanziato per circa metà di quanto richiesto, ma comunque intorno ai 400k (per 30 FTE) –Il futuro della collaborazione dipenderà dalla capacità di attrarre altri partner forti oltre a CERN e INFN…(chi paga il RICH ????)

21 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200621 Il nome della cosa (1) 1.GKC Grand Kaon Collaboration 2.KACE KAons At CERN 3.KARD KAon R&D (but also Kaon Rare Decay) 4.KUTE Kaon Unitarity Triangle Experiment 5.OKAPI Observation of Kaon into Pion 6.RAKE RAre Kaon Experiment 7.ARKADE A Rare KAon Decay Experiment 8.K++ 9.KARDINAL KAon Rare Decay IN-flight Analysis Laboratory 10.KAOS KAon Observatory on Symmetry 11.KOSMO Kaon Observatory on Standard Model Observables 12.PINNACLE Pion Nu Nu Aiming Cern Located Experiment 13.KAPPUCCINO 14.KRONOS K Rare Observation with Neutrinos On final State 15.KAPIDON Kaon to Pion Double Neutrino 16.GRACE (Holy) Grail at CERN

22 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200622 Il nome della cosa (2) 17. K2P K-> pi + nothing 18. PAPRIKA Precise APparatus for Rare In-flight KAon decays 19.KARE KAon Rare Experiment (to care ?) 20.K2PINU K to pi nu 21.KPI2NU K pi two nu 22.HIKS High Intensity Kaon Spectroscopy 23.CHAKRA CHArged Kaon RAre decays 24.DIVA Detector/Decays In VAcuum 25. DIVAN DIVA + to Neutrinos (= Turkish State Council) 26. CHARAD CHArged RAre Decays: 27. CHARDON CHArged Rare Decay Observables with Neutrinos 28. KOBRA Kaon OBservatory for RAre decays 29. CRACK Collect RAre decays of Charged Kaons 30. FROCK Factory for Rare decays Of Charged Kaons 31. HIKUP High Intensity Kaon Upgraded Physics 32. KOOL Kaon Observatory + ??

23 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200623 Il nome della cosa (3) Proposals (continued): 33.K 34. KDK Kaon Decays 35. IKEBANA In-flight K Experiment Based on Anti-counter Neutrino Analysis 36. AIKIDO Apparatus for Identified K In-flight Decay Observation 37. K-P&NGUIN Kaon - Pion & Neutrinos Got Using Improved Na48 detector 38. PINK+ (PI and Neutrinos from K+) Chiaramente il migliore !!!

24 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200624 Milestones 2006 Realizzare un prototipo curvo alla KLOE Rendere operativi due prototipi esistenti del tipo sandwich (uno realizzato a Protvino, laltro a Fermilab, entrambi in arrivo a Frascati) Elaborazione delle simulazioni Test beam sul fascio di fotoni taggati a BTF per validare la scelta finale Scelta finale della tecnologia e del design entro fine 2006 Test beam allSPS in Giugno-Luglio per testare luso del LKr come veto per fotoni.

25 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200625 K + + : State of the art BR(K + + ) = 1.47 +1.30 -0.89 × 10 -10 Compatible with SM within errors hep-ex/0403036, PRL93 (2004) Stopped K ~0.1 % acceptance k, m d,sin(2 ) (All F=2 processes) 3 events from E949 100 events, SM100 events, E949 value _ _

26 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200626 Background vincolato cinematicamente DecayBR K 2 0.634 + 0 0.211 + + - ( 0 0 ) 0.070 92% del background Definisce la regione di segnale Pion track hyp.

27 27 Cinematica Measured quantities Minimizzare le code della risoluzione ( ridurre MS !) Taglio su m 2 miss intorno a massa e su m 2 miss >0 – per S/B 10/1 serve una risoluzione ~ 10 -3 GeV 2 /c 4 –Impulso del <1% a 30 GeV/c Misura ridondante dellimpulso del con il tracker in vuoto –Impulso del K: 0.3% –K- angle 50-60 rad beam tracker di alte prestazioni Fattori di reiezione ottenibili: 2·10 -4 per K + 5·10 -6 per K + Quantità misurate

28 Riunione Gruppo I 21/12/200628 Cinematica: Gigatracker + Doppio Spettrometro Tracking in vuoto Gigatracker: pixels Spettrometro: Straw tubes Gigatracker: 4x10 -3 X 0 per stazione misura diP K misura di K Spettrometro: 5x10 -3 X 0 per camera due misure di P track misura di track Risoluzione limitata dal Multiple Scattering

29 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200629 Background non vincolato cinematicamente Decay BR K e3 0.049 K 3 0.033 K 2 K 2 0.006 + 0 + 0 0.001 K e4 4 x 10 -5 K 4 1 x 10 -5 8% del background Sporca la regione di segnale Pion track hyp.

30 F. Ambrosino30 Reiezione dei muoni : MAMUD Detector: Calorimetro a campionamento ( rejection) + Magnete (beam deflection) Goal: rejection inefficiency < 10 5 Sensibilità alle MIP Distingue sciami adronici ed electromagnetici (segmentazione longitudinale) Bending power: 5 Tm fascio di 75 GeV/c deflesso di ~18 mrad

31 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200631 Muon – Pion ID ~1 in 15 m He : ~21 pe and c =8.2 mrad ~1 in 2 m Ar : ~22 pe and c =23.7 mrad RICH Detector: RICH Goal: Muon – Pion separation con 10 2 ineff. Su un ampio range di umpulsi X 0 più piccolo possibile (RICH davanti al LKr) (rad) 0.1 0.01 0.001 0.0001 Momentum (GeV/c) 510152025303540 Argon Helium

32 F. AmbrosinoRiunione Gruppo I 21/12/200632 Reiezione dei fotoni E (GeV) 1021602345601234578910 ANTILKr E > 1 GeVIRC / SAC E > 6 GeV Detectors: Calorimetro Pb-Sci o Pb-Fibre (ANTI), LKr, lead-scint sandwich (IRC, SAC) Goal: reiezione di 10 8 sul 0 (per sopprimere + 0 ) Decadimenti con 0 : (anti)correlazione energetica fra i s da 0 Decadimenti radiativi (singolo fotone): ermeticità (0 – 50 mrad) Energia dei fotoni da 0 in eventi + 0