Recenti risultati dell'esperimento KLOE e prospettive · La precisione della ricostruzione dei...

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


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.



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:


CPT d0


La dipendenza da una direzione assoluta richiede di usare come riferimento le coordinate celesti per eliminare la dipendenza dalla rotazione terrestre


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)


Il risultato di KLOE (PLB730, 2014,89) costituisce la migliore precisione ottenuta attualmente per Da nel settore dei quark.


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»:


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+


Risultato finale BR(K+→++-(g))


Il fit globale a (1-SBRKLOE) tenendo conto della dipendenza dei BR da tK± fornisce χ2/ndf = 0.24/1 (CL=0.63)


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


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:


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.


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


Risultato di KLOE su Ffh e BR(f→he+e-)

arXiv:1409.4582 submitted to PLB


L’elevata statistica consente anche di estrarre Ffh in funzione di Mee .

I valori sono tabulati nell’articolo e disponibili per studi teorici


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.


Tutti gli upgrades sono ora installati ed in fase di commissioning

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


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:


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.

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