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

F.AmbrosinoNapoli, Riunione Gruppo 1

21/12/2006

F. Ambrosino Riunione Gruppo I 21/12/2006 2

Cos’è 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 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:-/K ratio= 10/1 nel fascio- 1GHz di rate (40MHz/cm2) per i rivelatori upstream


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% sull’ampiezza, legato ai charm quark loops,

riducibile a pochi % con calcoli NNLO

• BR(K+→+ ) = (8.0 1.1) 10 –11 in the SM @ NLO

_


Come è fatto P326 ?

800 MHz(/K/p)

Solo i rivelatori upstream sono sottoposti al fascio da 800 MHz

10 MHz Kaon decays

K++

1.5 m


Reiezione Background

Compito principale di un esperimento Compito principale di un esperimento TUTTI i decadimenti K+ sono TUTTI i decadimenti K+ sono potenzialmente pericolosipotenzialmente pericolosi

Goal di P326: Goal di P326: S/B = 10S/B = 10 ~~101012 12

rejectionrejection

2-Steps:Reiezione cinematica

Veto e Particle ID, , charged particles – e separation

Risoluzione particelle cariche

Efficienza ed ermeticità


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


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.


- 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 Still 2 technologies under studystudy16 modules/ring, structure

with lead/scintillator tiles + WLS fibers

2 circular sectors/ring, structure with lead/scintillating fibers

Veti a grande angolo


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


Metodo (1)

Pe=25GeV/c

e+

e

e entra nell’accettanza del detectorProtoni su

bersaglio producono 0 convertono in coppie e+e

e deflessiPe /Pe~0.2%

e transportati lungo la linea di fascio di NA48Un magnete alla fine della linea di fascio li deflette entro l’accettanza del rivelatore


vacuum

Electron beam

(25 GeV/c)

Bremsstrahlung

Kevlarwindow

Driftchambers

Magnet

Calorimeter

e-

He

Hodoscope

Metodo (2)

Gli e- interagiscono con la finestra di Kevlar, la DCH, ed He (~1.4% X0) producendo fotoni per bremsstrahlungGli elettroni curvano nel magnete e colpiscono il LKrI 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

Photon beam


Un po’ di grafici…Electrons

25 GeV/c


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


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

)(

)(

K

eKRK


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 universalityEffect 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”.


Lo stato sperimentale

World average (PDG): RK = (2.44 ± 0.11) x 10-5

112 events

534 events

404 events


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 MX

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 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



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


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 ????)


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 Experiment5. OKAPI Observation of Kaon into Pion6. RAKE RAre Kaon Experiment7. ARKADE A Rare KAon Decay Experiment8. K++9. KARDINAL KAon Rare Decay IN-flight Analysis Laboratory 10. KAOS KAon Observatory on Symmetry11. KOSMO Kaon Observatory on Standard Model Observables12. PINNACLE Pion Nu Nu Aiming Cern Located Experiment13. KAPPUCCINO14. KRONOS K Rare Observation with Neutrinos On final State15. KAPIDON Kaon to Pion Double Neutrino16. GRACE (Holy) Grail at CERN



17. K2P K-> pi + nothing18. PAPRIKA Precise APparatus for Rare In-flight KAon decays19. KARE KAon Rare Experiment (to care ?)20. K2PINU K to pi nu21. KPI2NU K pi two nu22. HIKS High Intensity Kaon Spectroscopy23. CHAKRA CHArged Kaon RAre decays24. 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 Neutrinos28. KOBRA Kaon OBservatory for RAre decays29. CRACK Collect RAre decays of Charged Kaons30. FROCK Factory for Rare decays Of Charged Kaons31. HIKUP High Intensity Kaon Upgraded Physics32. KOOL Kaon Observatory + ??



• Proposals (continued):33. K34. KDK Kaon Decays35. 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 !!!


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.


K+→+ : State of the art

BR(K+ → + ) = 1.47+1.30

-0.89 × 10-10

Compatible with SM within errorshep-ex/0403036, PRL93 (2004)

Stopped K~0.1 % acceptance

k,md,sin(2)

(All F=2 processes)3 events from E949

100 events, SM 100 events, E949 value

_

_


Background vincolato cinematicamente

Decay BR

K2 0.634

+0 0.211

++- (00)

0.070

92% del background Definisce la regione di segnale

Pion track hyp.

27

Cinematica

2 2 2 2( cos )miss K K K Km EE pm m p

Measured quantities• Minimizzare le code della risoluzione ( ridurre MS !)• Taglio su m2

miss intorno a massa e su m2miss >0

– per S/B 10/1 serve una risoluzione ~ 10-3 GeV2/c4

– Impulso del <1% a 30 GeV/c • Misura ridondante dell’impulso del con il tracker in vuoto

– Impulso del K: 0.3% – K-angle50-60 rad

• beam tracker di alte prestazioni• Fattori di reiezione ottenibili:

2·10-4 per K+ →

5·10-6 per K+ →

Quantità misurate

Riunione Gruppo I 21/12/2006 28

Cinematica: Gigatracker + Doppio Spettrometro

Tracking in vuoto

Gigatracker: pixels Spettrometro: Straw tubes

Gigatracker: 4x10-3 X0 per stazione misura diPK misura di K

Spettrometro: 5x10-3 X0 per camera due misure di Ptrack

misura di track

Risoluzione limitata dal Multiple Scattering


Background non vincolato cinematicamente

Decay

BR

KKe3e3 0.049

KK33 0.033

KK22 0.006

++00 0.001

KKe4e4 4 x 10-5

KK44 1 x 10-5

8% del background “Sporca” la regione di segnale

Pion track hyp.

F. Ambrosino 30

Reiezione dei muoni : MAMUD

Detector: Calorimetro a campionamento ( rejection) + Magnete (beam deflection) Goal: rejection inefficiency < 105

Sensibilità alle MIP

Distingue sciami adronici ed electromagnetici (segmentazione longitudinale)

Bending power: 5 Tm fascio di 75 GeV/c deflesso di ~18 mrad


0.0001

0.001

0.01

0.1

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Momentum (GeV/c)

Delta_Theta muon/pion (rad)

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

Detector: RICHRICH

Goal: Muon – Pion separation con 102 ineff. Su un ampio range di umpulsi X0 più piccolo possibile (RICH davanti al LKr)

(

rad

)

0.1

0.01

0.001

0.0001

Momentum (GeV/c)

5 10 15 20 25 30 35 40

Argon

Helium


Reiezione dei fotoni

E (GeV)E (GeV) E (GeV)10 2 1 60 2 3 4 5 60 123 4 5 7 8 910

ANTI LKr E > 1 GeV IRC / SACE > 6 GeV

Detectors: Calorimetro Pb-Sci o Pb-Fibre (ANTI), LKr, lead-scint sandwich (IRC, SAC) Goal: reiezione di 108 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

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