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Seltene K- Zerfälle Ivan Mikulec HEPHY Wien 31. März 2004 - DPG Tagung, Mainz

Seltene K-Zerfälle

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Seltene K-Zerfälle. Ivan Mikulec HEPHY Wien 31. März 2004 - DPG Tagung, Mainz. Übersicht. Phys. Fragestellung der seltenen K-Zerfälle Aktive Experimente Die Zerfälle K L,S  p 0 ll Der Zerfall K +  p + nn Die Zerfälle K L  gg, K L  g * g (*) Andere aktuelle Resultate - PowerPoint PPT Presentation

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  • Seltene K-ZerflleIvan MikulecHEPHY Wien31. Mrz 2004 - DPG Tagung, Mainz

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • bersichtPhys. Fragestellung der seltenen K-ZerflleAktive ExperimenteDie Zerflle KL,Sp0ll Der Zerfall K+p+nnDie Zerflle KLgg, KLg*g(*) Andere aktuelle ResultateGeplante ExperimenteZusammenfassung

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • ZielsetzungK-Zerflle haben wesentlich zum Aufbau des Standard Modells (SM) beigetragenHauptinteresse heute: Suche nach neuer Physik jenseits des SMMessung der seltenen Zerfllen ist komplementr zur Suche nach neuen Teilchen oder zu PrzisionsmessungenVerletzungen der SM-Symmetrien knnen an den Zerfallsraten beobachtet werdenKurzdistanz-Prozesse am sensitivsten fr neue PhysikDie Langdistanz-Prozesse mssen manchmal abgezogen werden - beschrieben durch die chirale Strungstheorie (cPT)

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Landkarte der seltenen K-ZerflleEinzige Quelle der CP-Verletzung (CPV) in SM: JCP = 2x CKM D Flche = Im(Vud*VusVts*Vtd) ~ cosqc sinqc Im lt

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • CERN:NA48 1997-2001 KLNA48/1 2000,02 KSNA48/2 2003,04 KFermilab:KTeV 1997,99 KLFrascati (Daphne):KLOE >2000 KS,KL, KBNL:E787 1995-99 K+E949 >2002 K+Aktive Experimente

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Aktivitten der ExperimenteNA48/1 2003NA48 1999KTeV 2001-prel.NA48/1 2003KLOE 2003NA48/1 2003NA48/1 2003-prel.KTeV 2001KTeV 1999NA48 2002KTeV 2000KTeV 2000-prel.E787 2002-prel.NA48/1 prel.KLOE prel.KTeV 2000KTeV 1998NA48 2003NA48 prel.E871 1998E799 1998E865 2000E871 2000E787 1997E865 1999E865 2000E949 prel.KLOE prel.

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Die Zerflle KL,Sp0ll

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Analyse des Zerfalls KLp0llKLp0llADCPV~hCKM~Im ltAICPV~eA(KSp0ll)ACPC~A(KLp0gg)mgg
  • CP-erhaltende Amplitude von KLp0llIn der chiralen Strungsentwicklung haben KLp0gg und KSgg keinen Beitrag in O(p2).Die O(p4) Amplituden knnen genau (5%) berechnet werden.

    Die lokalen O(p6) Beitrge bestimmen die CP-erhaltende Amplitude von KLp0ll und mssen gemessen werden.cPT-O(p4):~0.6x10-6~2.1x10-6mggDer O(p6) Beitrag zu G(KLp0gg) bei niedringen mgg

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • CP-erhaltende Amplitude von KLp0llDer O(p6) Beitrag in KLp0gg wird durch Vektor-Meson Austausch (Vector Meson Dominanz Modell: VMD) dominiert.

    Die O(p6) Amplitude von KSgg bestimmt den nicht-VMD Beitrag (klein).

    BR(KLp0gg)30

  • Suche nach KSp0llZiel: Bestimmung der indirekt-CPV Amplitude des Zerfalls KLp0ll

    Theorie(cPT): BR(KSp0ll) ~ ?x10-9 Unbekannter Formfaktor: WS~aS+bS(mll/mK)2 Von der Messung von ee und mm im Prinzip aS und bS unabhngig messbar (4 Lsungen) cPT+VMD Modell: aS/bS=0.4 BR(KSp0ee)/BR(KSp0mm)=0.23Experimenteller Hinweis: BR(K+p+ee)/BR(K+ p+ mm)=0.1670.036

    KS~K1+eK2 KL~K2+eK1 BR(KLp0ll )ICPV~e2BR(KSp0ll) K1, K2 - CP Eigenzustnde

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Suche nach KSp0eeWichtiger Untergrund:KSp0p0 mit p0eeg (Dalitz oder Konversion)Bentigt einen Schnitt:mee>0.165 GeV/c2SignalbereichBlinde AnalyseNA48/1Dieser Bereichsehr gut verstanden

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Suche nach KSp0eeRestlicher Untergrund:Zufllige Koinzidenzen: Signalfenster: |Dt| < 3 ns Datensatz mit erweitertem Zeitfenster: 3 ns < |Dt| < 50 ns

    KLeegg: 2001 Daten mit KL Fluss 10x grsser als 2002NA48/1Auch restlicher Untergrund 1 Ereignis

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Suche nach KSp0eeUntergrund Erwartung:NA48/17 Ereignissebeobachtet

    QuelleEreignisseKLp0Dp0D

  • Suche nach KSp0mmWichtigste Untergrundsquelle: Zufllige Koinzidenzen von KLpmn und KSp0p0Durch 50x Erweiterung (auf 150ns) des Zeitfensters gemessenerwarteter UntergrundNA48/1

    QuelleEreignisseKLp+p+p00+0.02-0.00 KLmmgg0.040.04Zuf. Koinz.0.18+0.18-0.11Summe0.22+0.19-0.12

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  • Suche nach KSp0mmSchnitte in mmm ausserhalb des kinematischen Bereichs

    bessere Akzeptanz als ee KanalNA48/1KLp+p-p06 Ereignisseim Signalbereichbeobachtet

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • KSp0ll VerzweigungsverhltnisseBR(KSp0ee) = (5.8+2.8-2.3 stat 0.8syst) x10-9BR(KSp0mm) = (2.9 +1.9-1.4 stat 0.2syst) x10-9BR(KSp0ee)mee>165MeV = (3.0 +1.5-1.2 stat 0.2syst) x10-9Zentralwert extrapoliert mit Formfaktor WS(mee)=1:=0.500.33Kompatibel mitcPT+VMD: 0.23NA48/1Bei p0mm keine Extrapolierung notwendig:PLB 2003prel.BR(KLp0ee)CPV (17IND 9INT + 4DIR) x10-12BR(KLp0mm)CPV (9IND 3INT + 1DIR) x10-12

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • cPT: Bestimmung des Formfaktors WSWS~aS+bS(mll/mK)2aS und bS knnen nur bedingt begrenzt werden durch hohe Korrelation der Ellipsen und grosse statistische Fehler Mit dem VMD Ansatz:|aS|ee=1.06+0.26-0.210.07|aS|mm=1.55+0.38-0.320.05NA48/1

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  • Suche nach KLp0eeKTeV: preliminary

    1999 Daten0.990.35 Untergrund- Ereignisse erwartet

    KL(p0 )p0D p0D+p0acc1 EreignisbeobachtetKTeVKLeegg

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Suche nach KLp0ee 1997 Daten (PRL 2001): 2 Kandidaten bei 1.060.41 Untergrund BR(KLp0ee) < 5.1x10-10 (90%CL)1999 Daten (preliminary): 1 Kandidat bei 0.990.35 Untergrund BR(KLp0ee) < 3.5x10-10 (90%CL)kombiniert BR(KLp0ee) < 2.8x10-10 (90%CL) -1.3x10-3 < Im lt < 1.0x10-3

    KTeVoder |hCKM|

  • Suche nach KLp0mm1997 Daten (PRL 2000) 2 Kandidaten bei 0.870.15 Untergrund

    BR(KLp0mm) < 3.8x10-10 (90%CL) |hCKM|

  • Zusammenfassung KLp0ll Zur Zeit KTeV Obergrenzen eine Grssenordnung hher als im SM erwartetSensitivitt auf Im lt nur im Fall einer konstruktiven Interferenz zwischen dir. und indir. CPV AmplitudenBentigt wesentlich hhere Statistik sowohl in KS als auch in KL KLeegg Untergrund kritischVon NA48/1 KS Messungen und BDI 2003 (konstruktive Interferenz angenommen):

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  • Der Zerfall K+p+nn

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Suche nach K+p+nnReine Kurzdistanz Physik: BR(K+p+nn)~(r-r0)2+(sh)2Von SM: BR=(8.01.1)x10-11

    Experiment E787 auf AGS BNLDaten 1995-992 Signalbereiche:Region I: voll analysiertRegion II: mehr UntergrundRegion IRegion IIE787

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Suche nach K+p+nnE787BR(K+p+nn)=(15.7+17.5-8.3)x10-11 Region IBR(K+p+nn) < 22x10-10 90%CL Region II0.29 < | lt |/10-3 < 1.2 68% CL

    DatenRegSig.Untergr.95-99I20.150.05 PRL 20021996II10.70.2PLB 2002199700.50.2Prelimin.

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Suche nach K+p+nnE9491 Ereignissdazugekommen!neu! E949: Nachfolge-Experiment von E787 Erste Daten im 2002Resultat von Region I wurde letzte Woche angekndigtE787+E949 kombiniert:BR(K+p+nn) = (14.7+13.0-8.9) x10-11BR(K+p+nn) > 4.2x10-11 90%CLoderVergleich SM: BR=(8.01.1)x10-11

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  • Die Zerflle KLgg, KLg*g(*)

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Analyse des Zerfalls KLmmKLmmASD~(r0-rCKM)Adisp~aK* BMS Modell(83)~a,b DIP Modell(98) SM: BRSD(0.80.3)x10-9Absorptiv:Dispersiv:Kurzdistanz Physik:Interferenz-+dominantE871 2000:BR=(7.180.17)x10-9Langdistanz:Aabs~A(KLgg)

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • KLg*g(*) - VerzweigungsverhltnisseKp3Untergrund unterdrcktmit Hilfe des TRDKe3eegBR(KLeeg) (prel.)(10.19 0.04 0.07 0.29) x 10-6

    BR(KLeeee) (prel.)(4.16 0.13 0.13 0.17) x 10-8

    BR(KLeemm) (PRL 2003)(2.69 0.24 0.12) x 10-9

    KTeVstat syst normstat syst normstat syst Vergleich der BR(KLeeg) Messungen

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  • KLg*g(*) - FormfaktorenKTeVaK*2.6sDiskrepanzzwischenNA48 undKTeV eegResultatenaK*(eeg )= -0.1860.0110.009aK*(eeee )= -0.030.130.04aK*(eemm )= -0.190.11a(DIP)=-1.6110.044Keine Sensitivitt zu b(DIP)

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Messung des Zerfalls KLgg KLOENeue Messung von KLOE: (PLB 2003)(KL)/(KL) =(2.79 0.02stat 0.02syst) 10-3

    stimmt gut bereinmit NA48: (PLB 2003)(KL)/(KL) = (2.81 0.01stat 0.02syst) 10-3 Schlussfolgerung fr KLmm (Isidori, Unterdorfer 2003): -0.5 < rCKM < 2.1 (2.9)-

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  • CKM-Unitarittsdreieck heuteIsidori, Unterdorfer 2003E787+E94968% CL nach Isidori Beliebige Ausgrenzung der roten Ellipse wrde neue Physik signalisieren

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  • Andere aktuelle Resultate

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  • Der Zerfall KLp0pen Interessant fr cPT: z.B. pp Streuung

    Formfaktoren:5 Cabibbo-MaksymowiczVariablen gefittet:fS= 0.052 0.006 0.002fP= -0.051 0.011 0.005lg= 0.087 0.019 0.006h = -0.32 0.012 0.07

    BR(KLp0pen) = (5.21 0.07stat 0.09syst)x10-5NA482.5xbessereGenauigkeit---NA48 preliminary

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  • Der Zerfall KSp0p0p0Dafne: e+e- f KS KL KS identifiziert durch KLp+p-KLOE4 Signalereignisse bei 31.30.2 Untergrund E.BR(KSp0p0p0) < 2.1x10-7|h000| < 2.4x10-2CP-Verletzender Zerfall:KLOE preliminary:90% CLNA48/1 prel.: BR < 3x10-7SM Erwartung 3x10-9

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  • Der Zerfall KSpenCPT Test: Erste Messungder Ladungsasymmetrie in KS: dS(e) = (-296) x10-3KLOEKLOE preliminary (Moriond 2004):BR(p-e+n) = (3.540.05stat0.05syst)x10-4BR(p+e-n) = (3.540.05stat0.04syst)x10-4

    BR(p e n) = (7.090.07stat0.08syst)x10-4 CKM Unitarittstest: |Vud|2+|Vus|2 +|Vub|2 = 1

    PDG2002: ~2s AbweichungNeue Resultate in bessererbereinstimmung mit Unitaritt(theoretische Unklarheiten)dL(e) = (3.320.07) x10-3

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • Messung des BR(KLpeng)NA48Bisherige Situation: signifikanter Unterschied zwischen KTeV und TheorieRadiative Korrekturen wichtigVersuch einer modellunabhngigen Messung: MC gewichtet mit K-Energie und qeg* aus DatenG(KLpeng)/G(KLpen) = (9.60 0.07 +0.12-0.11) x10-3NA48 preliminr:

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • CERN: NA48/3 ?K+p+nnFermilab: CKMK+p+nnKEK: E391aKLp0nnStufe II geplantmit J-PARKBNL: KOPIOKLp0nngeplanteExperimente

    I. Mikulec: Seltene K-Zerflle

  • ZusammenfassungDie neuen NA48/1 Messungen von KSp0ll haben die Verhltnisse zwischen Kurzdistanz- und Langdistanz-Amplituden in KLp0ll geklrt. Die direkte CP-Verletzung ist nur durch positive Interferenz mit der indirekten CPV-Amplitude erreichbar.E787+E949 haben 3 K+p+nn Ereignisse beobachtetVorgestellte experimentelle Ergebnisse knnen bentzt werden, um Modelle jenseits des SM einzuschrnkenProjekte fr neue Experimente im Bereich der seltenen K-Zerflle existieren Schwerpunkt: die Zerflle Kpnn - frei von Langdistanz-Prozessen und hoch sensitiv fr einige Modelle jenseits des Standard-Modells

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