Lesperimento NA48 E. Iacopini: Bologna 24 Marzo 2005 …Passato Presente Futuro …

Presentazione sul tema: "Lesperimento NA48 E. Iacopini: Bologna 24 Marzo 2005 …Passato Presente Futuro …"— Transcript della presentazione:

1 Lesperimento NA48 E. Iacopini: Bologna 24 Marzo 2005 …Passato Presente Futuro …

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3 NA48 detector Main detector components: Magnetic spectrometer (4 DCHs): redundancy high efficiency; Δp/p = 1.0% + 0.044%*p [GeV/c] Δp/p = 1.0% + 0.044%*p [GeV/c] Hodoscope fast trigger; precise time measurement (150ps). precise time measurement (150ps). Liquid Krypton EM calorimeter (LKr) High granularity, quasi-homogeneous; ΔE/E = 3.2%/E + 9%/E + 0.42% [GeV]. ΔE/E = 3.2%/E + 9%/E + 0.42% [GeV]. Hadron calorimeter, muon veto counters, photon vetoes. Beam pipe

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5 / / Not in scale !

6 NA48: CP violation K e3 Charge Asymmetry

7 NA48/1: HI Ks rare decays 5×10 10 ppp @4.2 mrad, 5×10 10 ppp @4.2 mrad, 40 kHz di flusso di K S 40 kHz di flusso di K S 6×10 10 K S decays... 6×10 10 K S decays... (>10 times the world stat.) (>10 times the world stat.) × 500

8 CP-Violation holy grail.. NA48/3 V td V ud V * ub +V cd V * cb + V td V * tb = 0 V * ub + V td V * cb V * ub + V td V * cb V ud V us V ub V cd V cs V cb V td V ts V tb = 1- λ 2 /2 λ A λ 3 (ρ- ίη) -λ 1- λ 2 /2 Aλ 2 A λ 3 (1-ρ-ίη) -A λ 2 1 dove λ=sin(θ Cabibbo ) ~ 0.220; A ~ ρ ~ η ~ 1 ed è la quantità immaginaria η che descrive la violazione di CP V * ub

9 La PT prevede che questo decadimento origini da tre diverse ampiezze (CP -1) (CP +1) Indirect CPV e+e+e+e+ e-e-e-e-

10 6 events found in the signal region with a background of 0.22 +0.19 -0.12 NA48/1

11 i K carichi

12 Violazione diretta di CP in K 3 Violazione diretta di CP in K 3 |M(u,v)| 2 ~ 1 + gu + kv 2 Kinematic variables Kinematic variables Lorentz-invariants u = (s 3 -s 0 )/m 2 ; v = (s 2 -s 1 )/m 2 ; s i = (P K -P i ) 2, i=1,2,3 (3=odd ); s 0 = (s 1 +s 2 +s 3 )/3 = 1/3 M 2 + m 2 Centre of mass frame u = 2m K (m K /3-E odd )/m 2 ; v = 2m K (E 1 -E 2 )/m 2. Measured quantity sensitive to Measured quantity sensitive to direct CP violation: Slope asymmetry: A g = (g + -g - )/(g + +g - )0 BR(K ± ± + )=5.57%; BR(K ± ± 0 0 )=1.73%. chargedneutral

13 NA48/2 experimental set-up 1cm 50100 10 cm 200250 m He tank + spectrometer Front-end achromat Momentum selection Quadrupole quadruplet Focusing Second achromat Cleaning Beam spectrometer ~7 10 11 ppp K+K+ K Beams coincide within ~1mm all along 114m decay volume focusing beams BM z magnet vacuum tank not to scale K+K+ K beam pipe P K spectra, 60 3 GeV/c 54 60 66

14 Dalitz plot U |V| even pion in beam pipe Data-taking 2003: 1.61x10 9 1.61x10 9 events selected odd pion in beam pipe K+K+K+K+ K-K-K-K- R = U(K+) / U(K-) = r (1+ g·U) = r (1+ g·U)

15 A g measurement A g measurement (acceptance cancellation) Physical asymmetries: Physical asymmetries: A S slope of ratio U(K + B+) / U(K - B-) A S slope of ratio U(K + B+) / U(K - B-) A J slope of ratio U(K + B-) / U(K - B+) A J slope of ratio U(K + B-) / U(K - B+) Z axis (beam direction) Saleve Jura X axis Top view of the setup Apparatus-induced asymmetries: A + slope of ratio U(K + B+) / U(K + B-) A slope of ratio U(K - B+) / U(K - B-) true asymmetry A SJ = (A S +A J )/2 g = A g 2g true asymmetry A ± = (A + +A )/2 = (A S -A J )/2 A ± = (A + +A )/2 = (A S -A J )/2 asymmetry induced by the experimental setup asymmetry induced by the experimental setup

16 Asymmetry vs. P K Asymmetry vs. P K ( 1 month 03 data): Statistical error of A : 2,7.10 -4 Statistical error of A g : 4.8*10 -4 2 /ndf 6/11 A SJ + offset = 0 ± 0.21*10 -3 2 /ndf 6.7/11 A = (0.13 ± 0.17)*10 -3 K ± ± + - P K, GeV/c A S +offset A J +offset A+A+ A-A- (A S +A J )/2 + offset (A + +A - )/2 A g =A SJ /2g =A SJ * 2.304, essendo g = -0.217±0.007

17 Risultato preliminare: dati 2003 Slope difference: Δg = (-0.2±1.4 stat ±0.9 syst. )x10 -4 = (-0.2±1.7)x10 -4 Charge asymmetry: A g = (0.5±3.1 stat. ±2.1 syst. )x10 -4 = (0.5±3.8)x10 -4 Extrapolated stat. error 2003+2004: A g 2x10 -4 ;

18 Stabilità del risultato … 0 10 20 30 40 -10 -20 -30 -40 g x10 -4 0 20 40 60 80 -20 -40 -60 -80 g x10 -4

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20 Predizione (CKM Workshop): BR(K + ) = 8.0 ± 1.1 × 10 -11 Sono attesi miglioramenti nel calcolo NNLO : 7% 4 % error (Buras) K + + K + + L elemento di matrice adronico può essere estratto dal ben misurato Ke3: K + 0 e + Non ci sono contributi long distance allampiezza QCD NLO Buchalla, Buras 1999

21 BR (K + bar)

22 K + + : Stato dellarte BR(K + + ) = 1.47 +1.30 -0.89 × 10 -10 Twice the SM, but only based on 3 events (2.4) … hep-ex/0403036 PRL93 (2004) Stopped K ~0.1 % acceptance AGS

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24 Beam: Present K12 (NA48/2) New HI K + > 2006 Factor wrt 2004 SPS protons per pulse 1 x 10 12 3 x 10 12 3.0 Duty cycle (s./s.) 4.8 / 16.8 1.0 Solid angle ( sterad) 0.40 0.40 16 1640 Av. K + momentum (GeV/c) 6075 Total : 1.35 Mom. band RMS: ( p/p in %) 4 4 1 1~0.25 Area at KABES (cm 2 ) 7.0 7.0 20 20 2.8 2.8 Total beam per pulse (x 10 7 ) per Effective spill length (MHz) per Effective spill length (MHz) / … / cm 2 (KABES) (MHz) / … / cm 2 (KABES) (MHz)5.5182.525080040 ~45 (~27) ~16 (~10) Eff. running time / yr (pulses) 3.1 10 5 3.1 * 10 5 1.0 K + decays per year 1.0 10 11 4 * 10 12 40 40 Possible new high-intensity K + beam for NA48/3 (K + )

25 Region I Region II

26 10 MHz Kaon decays 800 MHz ( /K/p) … But only the upstream detectors see the 800 MHz beam … not in scale …

27 Regione I Regione II P = [15- 35] GeV/c (2.78 ± 0.02) × 10 2 (14.8 ± 0.1) × 10 2 P = [10 - 40] GeV/c (3.92 ± 0.02) × 10 2 (21.7 ± 0.1) × 10 2 16 events/year 80 events/year !! But populated by 3 body decays 4×10 12 decays/year @ BR = 10 -10 K + momentum: (75.0 ± 0.8) GeV/c

28 K + + ( BR 8.0 × 10 -11 ) 63 % 21 % 6 % 6 % 2 % 2 % 3 % 3 % 5 % Soppressione: PID, kinematics PID, kinematics veto, kinematics veto, kinematics CHV, kinematics veto, kinematics veto, kinematics (called K + 3 ) veto, PID (called K + e3 ) veto, E/P e e Veti il più possibile ermetici e misure ridondanti sono una necessità assoluta ! … comunque, lalta energia dei K li semplifica … Veto cinem. acc.% bck. Veto cinem. acc.% bck. 5.10 -6 2.10 -6 30 8 (<1) 5.10 -6 2.10 -6 30 8 (<1) 3.10 -7 2.10 -5 20 ~1 3.10 -7 2.10 -5 20 ~1 10 -6 2.10 -5 15 ~1 10 -6 2.10 -5 15 ~1 <10 -8 2.10 -5 15 <<1 <10 -8 2.10 -5 15 <<1 No problem <<1 No problem <<1 se e/ < 10 -3 <<1 se e/ < 10 -3 <<1

29 CEDAR CEDAR To tag positive kaon identification GIGATRACKER GIGATRACKER To track secondary beam before it enters the decay region ANTICOUNTERS ANTICOUNTERS Photon vetoes surrounding the decay tank Wire Chambers Wire Chambers Wire chambers to track the kaon decay products RICH RICH Ring image Cerenkov, to help in disantangling muons from pions CHOD CHOD Fast hodoscope to make a tight K- pi time coincidence LKR LKR Forward photon veto and e.m. calorimeter MAMUD MAMUD Hadron calorimeter, muon veto and sweeping magnet SAC and CHV SAC and CHV Small angle photon and charged particle vetoes

30 The NA48 Liquid Krypton Calorimeter The NA48 Liquid Krypton Calorimeter Must achieve inefficiency < 10 -5 to detect photons above 1 GeV Must achieve inefficiency < 10 -5 to detect photons above 1 GeV Advantages: Advantages: It exists Homogeneous (not sampling) ionization calorimeter Very good granularity (~2 2 cm 2 ) Fast read-out (Initial current, FWHM~70 ns) Very good energy (~1%, time ~ 300ps and position (~1 mm) resolution Disadvantages Disadvantages 0.5 X 0 of passive material in front of active LKR The cryogenic control system needs to be updated

31 K/ Cedar-W Cedar-N Cerenkov differential counter Highly parallel beam

32 3 mm Ring at correct position -K separation as expected: Tagging eff. Tagging eff. 90% 90% Misident. prob. Misident. prob. < 1%

33 No Beam pipe !!! Four views X,Y,U,V per chamber beam

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36 Soluzione alla CKM 1mm Pb/5 mm scintillatore 1mm Pb/5 mm scintillatore 15 corone circolari 15 corone circolari Superficie totale vista dai fotoni: 27 m2 Superficie totale vista dai fotoni: 27 m2 Superficie totale di Pb e Sci: 2222 m2 Superficie totale di Pb e Sci: 2222 m2 Lunghezza delle fibre per la raccolta di luce: 240 Km Lunghezza delle fibre per la raccolta di luce: 240 Km 960 fototubi 960 fototubi Montaggio tra due sezioni del tubo a vuoto Montaggio tra due sezioni del tubo a vuoto

37 Geometry

38 Pole gap is 11 cm V x 30 cm H Coils cross section 15cm x 25cm To provide pion/muon separation and beam sweeping. – –Iron is subdivided in 150 2 cm thick plates (260 260 cm 2 ) Four coils magnetise the iron plates to provide a 0.9 T dipole field in the beam region 4.8 T m of bending power Active detector: – –Strips of extruded polystyrene scintillator (1 x 4 x130 cm 3 ) – –Light is collected by WLS fibres 1.2 mm diameter

39 Specifications: Specifications: Momentum resolution to ~ 0.5 % Angular resolution ~ 10 rad Time resolution ~ 100 ps Minimal material budget Perform all of the above in 800 MHz hadron beam, 40 MHz / cm^2 Hybrid Detector: Hybrid Detector: SPIBES (Fast Si micro-pixels) Momentum measurement Facilitate pattern recognition in subsequent FTPC Time coincidence with CHOD FTPC (NA48/2 KABES technology with FADC r/o) Track direction

40 Test of ALICE pixel in NA48/2 beam 150 µm thick ALICE chip 200 µm thick sensor 1.1 % X0 all together 8192 pixels

41 T drift1 T drift2 Operated @ E drift =0.83kV/cm T drift1 + T drift2 = 750ns 48 strips with 0.8 mm pitch Very low discharge probability Micromegas Gap 50 μm Micromegas Gap 50 μm KABES principle: TPC + micromegas

42 Lidea è quella di usare Glass Multigap RPCs, sullo stile di quanto realizzato in ALICE A questo rivelatore infatti è richiesto di essere efficiente (>99%) e di avere unottima risoluzione temporale (50ps) in modo da ridurre al massimo la possibilità di associazioni accidentali fra il pione di decadimento ed il K che lo origina.

43 p ion NA48/3 COMPASS

44 p ion NA48/3 COMPASS

45 NIM 533A,74 (2004)

46 4x2 moduli, con lettura a strips orizzontali e verticali Assumendo strips 20x1200 i canali di lettura sono 60x4x2 = 480 0.15 X0 Possibilità di self-trigger 2.4 m

47 2005 2005 Far partire tutte le attività relative ai nuovi detectors (WG) Effettuare I test di vuoto (<10 -7 mbar) nel tubo di decadimento e verificarne la compatibilità con le camere a straw Effettuare una stima realistica dei costi Potenziare la Collaborazione quanto possibile Sottomettere la proposta al SPSC e alle altre funding Agencies coinvolte 2006-2008 2006-2008 Costruzione, Installazione e test-beams 2009-2010 2009-2010 Data Taking

48 Siamo di fronte alla fortunata combinazione di un caso di fisica importante, che può essere affrontato con un acceleratore già esistente, usando le infrastrutture (i.e. civil engineering, hardware, …) di un esperimento in chiusura Siamo di fronte alla fortunata combinazione di un caso di fisica importante, che può essere affrontato con un acceleratore già esistente, usando le infrastrutture (i.e. civil engineering, hardware, …) di un esperimento in chiusura Vogliamo comunque Vogliamo comunque sottolineare che questa sottolineare che questa iniziativa NON è una mera iniziativa NON è una mera continuazione di NA48, continuazione di NA48, bensì un NUOVO PROGETTO, bensì un NUOVO PROGETTO, che rinasce da quelle ceneri … che rinasce da quelle ceneri …

49 SPARES

50 V us dal K 0 e3 BR(K L 3 ) = 0.1992±0.0070…

51 V us dallo beta decay

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53 V us dal K + e3

54 V us da NA48/n

55 Altri risultati …

56 … e altri ancora …

57 Asymmetry vs. time Asymmetry vs. time ( 1 month 03 data): preliminary 2 /ndf 5.6/12 2 /ndf 13.5/12 A S +offset A J +offset A+A+ A-A- (A S +A J )/2 + offset (A + +A - )/2 Day-sample pair K ± ± + -

58 … Alcune definizioni … dove u = ( S 3 – S 0 ) / M e S i : (P K - P i ) 2 = M K 2 + M 2 - 2 M K E *, S 0 = S i /3 = M u=(2M k /3M 2 )(M K - 3 E * ) K+ K- u distributions for K+ e K-

59 E391a@PS-KEK First dedicated experiment to search for K L SES~ 3 10 -10 Based on pencil kaon beam and photon vetoes Scheduled for ~100 days KEK PS beam in 2004 This is a Stage I project for further study at J-PARC

60 KOPIO@BNL Aim to collect 60 K L events with S/B~2 (Im t to 15%) Measure as much as possible Energy, Position and Angle for each photon Work in the Kaon Center of Mass Micro-bunched AGS beam Use TOF to measure K L momentum Start construction in ?