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

F.Ambrosino Napoli, Riunione Gruppo 1 21/12/2006. Cos’è P326.

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

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Presentation Transcript

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

  2. Cos’è P326 Una proposta di esperimento per misurare il BR(K+p+nn) con una statistica di circa 100 eventi osservati in 2 anni di presa dati su un fascio non separato di K estratto dall’SPS. 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 (4x1012/SPS year) Svantaggi: -p/K ratio= 10/1 nel fascio - 1GHz di rate (40MHz/cm2) per i rivelatori upstream Riunione Gruppo I 21/12/2006

  3. Perché P326 ? _ • K+→p+nn:predizioni teoriche accurate • Solo fisica short distance • No EM penguins • Elemento di matrice determinato sperimentalmente (K+→p0 e+n) • Errore teorico del 5-7% sull’ampiezza, legato ai charm quark loops, riducibile a pochi % con calcoli NNLO • BR(K+→p+nn) = (8.0 ±1.1) ·10 –11 in the SM @ NLO Riunione Gruppo I 21/12/2006

  4. Come è fatto P326 ? 1.5 m p+ K+ n n 800 MHz (p/K/p) 10 MHz Kaon decays Solo i rivelatori upstream sono sottoposti al fascio da 800 MHz Riunione Gruppo I 21/12/2006

  5. Reiezione Background • Compito principale di un esperimento pnn • TUTTI i decadimenti K+ sono potenzialmente pericolosi • Goal di P326: S/B = 10~10-12 rejection • 2-Steps: • Reiezione cinematica • Veto e Particle ID • g, m, charged particles • m – p - e separation Risoluzione particelle cariche Efficienza ed ermeticità Riunione Gruppo I 21/12/2006

  6. Riepilogo sui principali fondi Riunione Gruppo I 21/12/2006

  7. 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. Riunione Gruppo I 21/12/2006

  8. Veti a grande angolo - 12 counter rings, 4 different sizes, 28 m2 surface - Depth >17 X0 - 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 Riunione Gruppo I 21/12/2006

  9. Attività 2006 • Realizzato un prototipo curvo alla KLOE -> (Talk di Vito) • Elaborazione delle simulazioni ->(Talk di Vito) • Test beam all’SPS in Ottobre per testare l’uso del LKr come veto per fotoni. -> next slides Riunione Gruppo I 21/12/2006

  10. Metodo (1) Pe=25GeV/c e+ e- e- entra nell’accettanza del detector • Protoni su bersaglio producono p0 gg • g convertono in coppie e+e- • e+ deflessi • DPe /Pe~0.2% • e-transportati lungo la linea di fascio di NA48 • Un magnete alla fine della linea di fascio li deflette entro l’accettanza del rivelatore Riunione Gruppo I 21/12/2006

  11. Metodo (2) Kevlar window Magnet Photon beam g e- Electron beam (25 GeV/c) vacuum He Calorimeter Bremsstrahlung Drift chambers Hodoscope • Gli e- interagiscono con la finestra di Kevlar, la DCH, ed He (~1.4% X0) producendo fotoni per bremsstrahlung • Gli elettroni curvano nel magnete e colpiscono il LKr • I fotoni colpiscono il LKr “lontano” dagli e- • Noto l’impulso del fascio, e, we misurato l’impulso dell’ e- dopo il bremsstrahlung, possiamo predire posizione ed energia del fotone nel LKr Riunione Gruppo I 21/12/2006

  12. Un po’ di grafici… Electrons 25 GeV/c Riunione Gruppo I 21/12/2006

  13. 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 Riunione Gruppo I 21/12/2006

  14. Motivazione fisica K± → e±ν (BR = 1.5 ×10-5) K± → μ±ν (BR = 63%) La cancellazione delle incertezze adroniche (fK) permette un classico test della struttura V-A e della universalità leptonica. Standard Model: RK(SM) = (2.472 ± 0.001) x 10-5 Riunione Gruppo I 21/12/2006

  15. Motivazione fisica (2) Masiero, Paradisi, Petronzio Phys. Rev. D74 (2006) 011701: “Variations of the order of 1% with respect to RK(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”. Riunione Gruppo I 21/12/2006

  16. Lo stato sperimentale 404 events 534 events 112 events World average (PDG): RK = (2.44 ± 0.11) x 10-5 Riunione Gruppo I 21/12/2006

  17. 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 1012 protons per spill • Use horizontal TRIM3 to deflect beams oppositely to MNP33 deflection (to keep beams into vacuum tube) • Increased MNP33 pT kick (120 → 263 MeV/c)  improved momentum and MX2 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 105 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 Ke2 events Riunione Gruppo I 21/12/2006

  18. Riunione Gruppo I 21/12/2006

  19. Il giudizio dell’SPSC • 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 Riunione Gruppo I 21/12/2006

  20. 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 l’attività per il 2006 (18 FTE, 500 kCHF) anche se per il momento ci considera un R&D • L’INFN 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 ????) Riunione Gruppo I 21/12/2006

  21. Il nome della cosa (1) • GKC Grand Kaon Collaboration • KACE KAons At CERN • KARD KAon R&D (but also Kaon Rare Decay) • KUTE Kaon Unitarity Triangle Experiment • OKAPI Observation of Kaon into Pion • RAKE RAre Kaon Experiment • ARKADE A Rare KAon Decay Experiment • K++ • KARDINAL KAon Rare Decay IN-flight Analysis Laboratory • KAOS KAon Observatory on Symmetry • KOSMO Kaon Observatory on Standard Model Observables • PINNACLE Pion Nu Nu Aiming Cern Located Experiment • KAPPUCCINO • KRONOS K Rare Observation with Neutrinos On final State • KAPIDON Kaon to Pion Double Neutrino • GRACE (Holy) Grail at CERN Riunione Gruppo I 21/12/2006

  22. 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 + ?? Riunione Gruppo I 21/12/2006

  23. 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 !!! Riunione Gruppo I 21/12/2006

  24. Milestones 2006 • Realizzare un prototipo curvo alla KLOE • Rendere operativi due prototipi esistenti del tipo sandwich (uno realizzato a Protvino, l’altro 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 all’SPS in Giugno-Luglio per testare l’uso del LKr come veto per fotoni. Riunione Gruppo I 21/12/2006

  25. K+→p+nn : State of the art _ ek,Dmd,sin(2b) (All DF=2 processes) 3 events from E949 Stopped K ~0.1 % acceptance _ BR(K+→ p+ nn ) = 1.47+1.30-0.89 × 10-10 Compatible with SM within errors 100 events, SM 100 events, E949 value hep-ex/0403036, PRL93 (2004) Riunione Gruppo I 21/12/2006

  26. Background vincolato cinematicamente Pion track hyp. 92% del background Definisce la regione di segnale Riunione Gruppo I 21/12/2006

  27. Cinematica Measured quantities Quantità misurate • Minimizzare le code della risoluzione ( ridurre MS !) • Taglio su m2miss intorno a massa p0 e su m2miss >0 • per S/B 10/1 serve una risoluzione ~ 10-3 GeV2/c4 • Impulso del p: <1% a 30 GeV/c • Misura ridondante dell’impulso del p con il tracker in vuoto • Impulso del K: 0.3% • K-p angle: 50-60 mrad • beam tracker di alte prestazioni • Fattori di reiezione ottenibili: 2·10-4 per K+→ p0 p+ 5·10-6 per K+→ m+ n

  28. Cinematica: Gigatracker + Doppio Spettrometro • Tracking in vuoto • Gigatracker: pixels • Spettrometro: Straw tubes • Gigatracker: • 4x10-3 X0 per stazione • misura diPK • misura di qK • Spettrometro: • 5x10-3 X0 per camera • due misure di Ptrack • misura di qtrack • Risoluzione limitata dal • Multiple Scattering Riunione Gruppo I 21/12/2006

  29. Background non vincolato cinematicamente Pion track hyp. 8% del background “Sporca” la regione di segnale Riunione Gruppo I 21/12/2006

  30. Reiezione dei muoni : MAMUD • Detector: Calorimetro a campionamento (m rejection) + Magnete (beam deflection) • Goal: m 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. Muon – Pion ID Detector: RICH Goal: Muon – Pion separation con 10-2 ineff. Su un ampio range di umpulsi X0 più piccolo possibile (RICH davanti al LKr) 0.1 ~1 in 2 m Ar : ~22 pe and c=23.7 mrad Argon 0.01 Helium Dq m / p (rad) 0.001 ~1 in 15 m He : ~21 pe and c=8.2 mrad 0.0001 5 10 15 20 25 30 35 40 Riunione Gruppo I 21/12/2006 Momentum (GeV/c)

  32. Reiezione dei fotoni • Detectors: Calorimetro Pb-Sci o Pb-Fibre (ANTI), • LKr, lead-scint sandwich (IRC, SAC) • Goal: reiezione di 10-8 sul p0 (per sopprimere p+p0) • Decadimenti con p0: (anti)correlazione energetica fra i gs’ da p0 • Decadimenti radiativi (singolo fotone): ermeticità (0 – 50 mrad) Energia dei fotoni da p0 in eventi p+p0 ANTI LKr Eg > 1 GeV IRC / SAC Eg > 6 GeV 0 1 2 0 1 2 3 4 5 6 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Eg (GeV) Eg (GeV) Eg (GeV) Riunione Gruppo I 21/12/2006

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