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Recenti risultati
dell'esperimento
KLOE e prospettive
di misura in KLOE-2 Società Italiana di Fisica
100° Congresso Nazionale
Pisa 22-26 Settembre 2014 A. Passeri – INFN Roma Tre (a nome della collaborazione KLOE) 25-9-2014
A.Passeri KLOE results 1
A.Passeri KLOE results 2
KLOE: 14 anni di fisica
KLOE ha raccolto dati alla f-factory DAFNE negli anni 2000-2002 e 2004-2006, integrando 2.5 fb-1 alla f e 240 pb-1 a √s=1 GeV:
~2.5 109 KSKL; ~3.6 109 K+K- ; ~ 108 h decays
L’eccellente qualità dei dati ha permesso di effettuare misure di precisione in molti campi:
- BR e vite medie dei K
- Vus e unitarietà della matrice CKM
- Test di meccanica quantistica
- Violazione di CP e CPT
- Sezione d’urto adronica a bassa energia
- Fisica adronica e modelli QCD non perturbativa
- Fisica g g
- Ricerca di dark forces
Un campione di dati ancora molto fertile:
Articoli 2014: (in blu quelli oggetto di questa presentazione) Test of CPT and Lorentz symmetry in entangled neutral kaons. Search for light vector boson production in e+e-→+-g Measurement of the absolute Branching Ratio of the K+→++-(g) decay The transition form factor Ffh from f→h e+e-
Search for dark higgstrahlung processes
PLB730 (2014) 89 PLB736(2014) 459 Accepted by PLB Submitted to PLB quasi finale
Molte analisi attualmente ancora in corso, fra cui 6 tesi di dottorato.
A.Passeri KLOE results 3
A.Passeri KLOE results 4
Pb-SciFi Calorimeter ( barrel + endcap, 15 X0 depth, 98% solid angle coverage) :
sE/E = 5.7% / E(GeV)
sT = 54 ps / E(GeV) 50 ps • PID capabilities mostly from TOF
Large volume Drift Chamber (13K cells, He gas mixt.) :
4m-, 3.75m-length, all-stereo
sp/p = 0.4 % (tracks with q > 45°)
sxhit = 150 m (xy), 2 mm (z)
sxvertex ~1 mm sM ~ 1 MeV
Interaction region: Instrument quadrupoles, Al-Be spherical beam pipe
B=0.5 T
QCal
Il rivelatore KLOE
I mesoni K sono prodotti a KLOE in uno stato quantico puro 1--
La propagazione ed il decadimento dei due K avviene in modo «entangled»:
Modelli generali di Standard Model Extension (Kostelecky) prevedono la violazione di CPT e dell’invarianza di Lorentz come conseguenza di processi di nuova fisica che avvengono alla scala di Planck. Il parametro d dipenderebbe da un vettore Da che seleziona una direzione assoluta nello spazio:
A.Passeri KLOE results 5
CPT d0
A.Passeri KLOE results 6
La dipendenza da una direzione assoluta richiede di usare come riferimento le coordinate celesti per eliminare la dipendenza dalla rotazione terrestre
A.Passeri KLOE results 7
Il processo f→ KK → +-+- permette di ricostruire l’andamento di I(Dt) La precisione della ricostruzione dei vertici di decadimento è cruciale: fit cinematico globale, taglio sull’acollinearità dei K, richiesta che i vertici siano interni alla beam pipe per minimizzare la rigenerazione.
K ordinati in momento ed analizzati in 8 diversi intervalli angolari e di tempo sidereo. Fit contemporaneo agli 8 diversi andamenti di I(Dt) (192 punti)
A.Passeri KLOE results 8
Il risultato di KLOE (PLB730, 2014,89) costituisce la migliore precisione ottenuta attualmente per Da nel settore dei quark.
A.Passeri KLOE results 9
Misura assoluta di BR(K+→++-(g))
Ultimo tassello mancante nella campagna di misura assoluta a precisioni<1% dei BR di tutti i decadimenti dominanti dei Kaoni effettuata da KLOE. (L’ultima misura diretta risaliva a CHIANG, PRD6 (1972) 1254, senza informazioni sul cutoff radiativo usato).
K± selezionati in un emisfero dai decadimenti in n o ±0 . Vertice di 2 tracce richiesto lungo la linea di volo del K opposto.
Il segnale mostra un picco nella massa mancante al vertice ricostruito, mentre il fondo è «piatto»:
A.Passeri KLOE results 10
Segnale estratto con fit ai dati usando le forme di segnale e fondi desunte dalla simulazione:
Errori sistematici valutati su campioni di controllo per effetti di ricostruzione, K tag, efficienza, tagli, volume fiduciale, vita media del K+
A.Passeri KLOE results 12
Il fit globale a (1-SBRKLOE) tenendo conto della dipendenza dei BR da tK± fornisce χ2/ndf = 0.24/1 (CL=0.63)
A.Passeri KLOE results 13
f→h U Dark Higgsstrahlung
Ricerca di mediatori di dark forces Molte osservazioni astrofisiche (PAMELA, ATIC, Hess, FERMI, AMS…) hanno indotto diversi teorici a postulare l’esistenza di un settore di gauge molto debolmente accoppiato con le particelle conosciute, e denominato «dark force».
Il settore «oscuro» sarebbe mediato da un bosone di gauge leggero, denominato U boson (con mU < 2 mproton), debolmente accoppiato al fotone. Il parametro di mixing U-g è stimato valere e ≤ 10-3
KLOE può studiare tre processi di produzione del bosone U:
PLB 720 (2013) 111 PLB 736 (2014) 459 Quasi finale
A.Passeri KLOE results 14
Il canale e+e-→Ug→μ+μ- g
• Campione di 240 pb-1 raccolti nel 2002 • Si richiede un fotone «invisibile», con θg <15° : alta statistica da processo ISR • I fondi da FSR e dal decadimento della f sono molto soppressi • Separazione / dalla variabile trackmass, ottenuta imponendo la
conservazione del quadrimpulso
Nessun picco appare:
A.Passeri KLOE results 15
e2
e2
Nessun segnale osservato finora. I dati di KLOE permettono di escludere una larga area nello spazio dei parametri
L’analisi preliminare nel canale eeg, con fotone osservato a grande angolo, permette di estendere i limiti nella regione di basse masse, fino a 2 MeV.
A.Passeri KLOE results 16
Il fattore di forma di transizione Ffh
Osservabile rilevante per la fisica adronica, legata all’accoppiamento mesone-fotone:
Ricavabile anche dalla produzione dei mesoni nel canale gg (programma di KLOE-2). Misura necessaria per dirimere inconsistenze nella descrizione di decadimenti adronici col modello VMD. Utile anche per il calcolo dei limiti alla massa del U-boson nel canale f→h U Misure esistenti molto imprecise (errore 50% da SND).
Il canale f→ h e+e- con h→3 π0 viene selezionato in KLOE richiedendo: • 2 tracce cariche di segno opposto • 6 fotoni «pronti» • Una massa di rinculo rispetto ad e+e- nella regione di Mh • Fondi da f→hg con conversione e da f→KSKL vengono rigettati da specifiche
selezioni basate su topologia, cinematica e tempo di volo di e+e-
Anche la misura nel canale f→ h e+e- è quasi completata
A.Passeri KLOE results 18
L’elevata statistica consente anche di estrarre Ffh in funzione di Mee .
I valori sono tabulati nell’articolo e disponibili per studi teorici
A.Passeri KLOE results 19
Il programma KLOE-2
Un sostanziale upgrade di DAFNE con lo schema crab waist ha dato risultati molto promettenti nel test del 2008. Su questa base il progetto KLOE-2 puntava a raccogliere almeno 20 fb-1 con un rivelatore fortemente migliorato nella parte di tracciamento e nella regione a piccolo angolo. I primi test con KLOE inserito nell’ottica di macchina hanno portato nel 2012 a scalare il programma di KLOE-2 su una statistica minimale di 5 fb-1.
A.Passeri 23
Test run «lungo» (20h) 2/7/14
EC rates kept <400 kHz
Still high T2 rate > 8 kHz
DC ON all the run
(trips successfully recovered by
Automatic RC)
Positron beam lost
few times
1.5 x 1032
peak L
3.5 pb-1 integrated
KLOE results
A.Passeri KLOE results 24
Duration 1h 40m
T2 rate 6 kHz
e– current max 800 mA
e+ current max 800 mA
Hot rates max 400 kHz
Peak lumi 1.14 x 1032
Integrated lumi 350 nb-1 (210 nb
-1/h)
31 July
low background conditions
all detetectors ON
and all DAQ chains on disk
29 July - Hourly integrated luminosity
Lpeak
= 1.69 • 1032
cm-2s-1
L∫1h
= 432 nb-1 L
∫day > 10 pb
-1
Malgrado nel 2014 il tempo di run di DAFNE sia stato fortemente limitato da problemi esterni e indipendenti dai LNF, i test effettuati a fine luglio sono incoraggianti:
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Conclusioni
Il campione di dati raccolto da KLOE offre ancora molte opportunità di misura che non possono essere eseguite altrove. Un gruppo ancora consistente e ricco di giovani sta lavorando su questi dati I nuovi rivelatori che integrano KLOE in KLOE-2 sono installati e pronti a funzionare con il fascio. I vecchi rivelatori di KLOE reggono ancora una campagna di acquisizione dati Gli ultimi test effettuati con DAFNE in collisione indicano che l’obiettivo di integrare stabilmente almeno 10 pb-1/day è alla nostra portata. I prossimi mesi saranno cruciali per il prosieguo del programma KLOE-2. Sono state concordate con DAFNE alcune milestones intermedie che permetteranno di monitorare l’evoluzione positiva del progetto.