F.Ambrosino

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

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Cosè P326
Una proposta di esperimento per misurare il
BR(K?pnn) con una statistica di circa 100
eventi osservati in 2 anni di presa dati su un
fascio non separato di K estratto dallSPS. 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
3
Perché P326 ?
_

• K?p nn predizioni teoriche accurate
• Solo fisica short distance
• No EM penguins
• Elemento di matrice determinato sperimentalmente
  (K?p0 en)
• Errore teorico del 5-7 sullampiezza, legato ai
  charm quark loops, riducibile a pochi con
  calcoli NNLO
• BR(K?p nn) (8.0 1.1) 10 11 in the SM _at_ NLO

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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
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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
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Riepilogo sui principali fondi
Canale mn pp0 ppp- pp0p0 p0mn p0en BR 63 21 6 2 3 5 Soppressione m PID (10-6), cinematica (10-6) g veto (10-8), cinematica (10-4) CHV, cinematica veto, cinematica veto, m PID veto, E/P
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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.

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Veti a grande angolo
- 12 counter rings, 4 different sizes, 28 m2
surface - Depth gt17 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
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Attività 2006

• Realizzato un prototipo curvo alla KLOE -gt (Talk
  di Vito)
• Elaborazione delle simulazioni -gt(Talk di Vito)
• Test beam allSPS in Ottobre per testare luso
  del LKr come veto per fotoni. -gt next slides

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Metodo (1)
Pe25GeV/c
e
e-
e- entra nellaccettanza del detector

• Protoni su bersaglio producono p0? gg
• g convertono in coppie ee-
• e deflessi
• DPe /Pe0.2

• e- transportati lungo la linea di fascio di NA48
• Un magnete alla fine della linea di fascio li
  deflette entro laccettanza del rivelatore

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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 limpulso del fascio, e, we misurato
  limpulso dell e- dopo il bremsstrahlung,
  possiamo predire posizione ed energia del fotone
  nel LKr

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Un po di grafici
Electrons
25 GeV/c
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Attività 2007

• Tests su fascio fotoni tagged alla BTF
  (Marzo)-gtscelta 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

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Motivazione fisica
K ? e? (BR 1.5 10-5) K ? µ? (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
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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
µe universality Effect of order 3.2 in large
tan(ß) regime consistent with all present
knowledge, stronger bound from K w.r. to other
meson and lepton decays.
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Lo stato sperimentale
404 events
534 events
112 events
World average (PDG) RK (2.44 0.11) x 10-5
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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
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(No Transcript)
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Il giudizio dellSPSC

• 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

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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 lattività per il 2006 (18
  FTE, 500 kCHF) anche se per il momento ci
  considera un RD
• LINFN 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 ????)

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Il nome della cosa (1)

• GKC Grand Kaon
  Collaboration
• KACE KAons At CERN
• KARD KAon RD (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

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Il nome della cosa (2)

• 17. K2P K-gt 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 ??

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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-PNGUIN Kaon - Pion Neutrinos Got Using
  Improved Na48 detector
• 38. PINK  (PI and Neutrinos from K)

Chiaramente il migliore !!!
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Milestones 2006

• Realizzare un prototipo curvo alla KLOE
• Rendere operativi due prototipi esistenti del
  tipo sandwich (uno realizzato a Protvino, laltro
  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 allSPS in Giugno-Luglio per testare
  luso del LKr come veto per fotoni.

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K?p nn State of the art
_
ek,Dmd,sin(2b) (All DF2 processes)
3 events from E949
Stopped K 0.1 acceptance
_
BR(K ? p nn ) 1.471.30-0.89 10-10
Compatible with SM within errors
100 events, SM
100 events, E949 value
hep-ex/0403036, PRL93 (2004)
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Background vincolato cinematicamente
Pion track hyp.
Decay BR
Km2 0.634
pp0 0.211
ppp- (p0p0) 0.070
92 del background
Definisce la regione di segnale
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Cinematica

• Minimizzare le code della risoluzione ( ridurre
  MS !)
• Taglio su m2miss intorno a massa p0 e su
  m2miss gt0
• per S/B 10/1 serve una risoluzione 10-3
  GeV2/c4
• Impulso del p lt1 a 30 GeV/c
• Misura ridondante dellimpulso 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
• 210-4 per K ? p0 p
• 510-6 per K ? m n

Quantità misurate
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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

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Background non vincolato cinematicamente
Decay BR
Ke3 0.049
Km3 0.033
Km2g 0.006
pp0g 0.001
Ke4 4 x 10-5
Km4 1 x 10-5
Pion track hyp.
8 del background
Sporca la regione di segnale
30
Reiezione dei muoni MAMUD

• Detector Calorimetro a campionamento (m
  rejection)
• Magnete (beam deflection)
• Goal m rejection inefficiency lt 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 ?c23.7 mrad
Argon
0.01
Helium
Dq m / p (rad)
0.001
?1 in 15 m He 21 pe and ?c8.2 mrad
0.0001
5
10
15
20
25
30
35
40
Momentum (GeV/c)
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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
  pp0)
• 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 pp0
ANTI
LKr Eg gt 1 GeV
IRC / SAC Eg gt 6 GeV
1
0
2
1
6
0
2
3
4
5
6
0
1
2
3
4
5
7
8
9
10
Eg (GeV)
Eg (GeV)
Eg (GeV)