sezione infn di perugia - gruppo na62 - febbraio 2008 lesperimento na62 al cern

Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008

L’esperimento NA62 al CERN


Composizione del Gruppo di Perugia in NA62 (2008)

Giuseppina Anzivino, PA Patrizia Cenci, I Ricercatore Ermanno Imbergamo, contratto a progetto PRIN Monica Pepe, I Ricercatore Roberto Piandani, dottorando Antonino Sergi, assegno di ricerca


Componenti del Gruppo di Perugia in NA48 o NA62 negli ultimi 3 anni

Giuseppina Anzivino (NA48, NA62) Simone Bifani (borsista Marie Curie, Università di Berna) Patrizia Cenci (NA48, NA62) Ermanno Imbergamo (NA48, NA62) Aniello Nappi (NA48, CMS) Monica Pepe (NA48, GLAST, NA62) Roberto Piandani (NA62) Mauro Piccini (fellow CERN, NA62) Mauro Raggi (assegno di ricerca INFN a LNF, NA62) Antonino Sergi (NA62) Marisa Valdata (NA48, CMS)


Proposta P326 presentata al SPSC del CERN in settembre 2005 R&D sostenuta dal Research Board del CERN in dicembre 2005 Test beam in ottobre – novembre 2006 (LKr e CEDAR) Febbraio 2007: approvazione esperimento NA62 (misura di RK=(K+ e+ ) / (K++), primo passo verso

la misura finale di K+→+): run (giugno-ottobre) nel 2007 NA62 citato nel CERN Medium Term Plan (2007-2011, CERN Council, 21 giugno 2007) Test beam in ottobre-novembre 2007 (straw tubes, prototipo RICH) Addendum al proposal inviato al SPSC nel dicembre 2007: sostegno dal CERN Completamento della fase di R&D previsto entro il 2008 In attesa di approvazione formale (2008?) Presa dati: dal 2011 (commissioning) al 2013 (se l’approvazione arriva in tempi brevi)

NA62 (P326) – Misura del decadimento raro K+→+

Collaborazione: Birmingham, CERN, Dubna, Fairfax, Ferrara, Firenze, Frascati, Mainz, Merced, Mosca, Napoli, Perugia, Protvino, Pisa, Roma I, Roma II, Saclay, San Luis Potosi, Stanford, Sofia, Triumf, TorinoStato dell’esperimento CERN-SPSC-2005-013

SPSC-P-326

CERN-SPSC-2007-035 SPSC-M-760


NA62-Motivazioni fisiche

Predizioni del Modello Standard BR(K++) (1.6×10-5)|Vcb|4[2+(c-)2] (8.0 ± 1.1)×10 (8.0 ± 1.1)×10-11-11

BR(KL0) (7.6×10-5)|Vcb|42 ± 0.6± 0.6×10×10-11-11

Misura esistente (E787/949): BR(K+ → ) = 1.47+1.30-0.89 ×10-10 (3 eventi)

Golden modes

KL→0K+→+KL→0e+ e-

KL→0+ -

- Dinamica a corta distanza- Contributi dominanti loop di W-top

Decadimenti rari dei K,mediati da FCNC, strumentosperimentale fondamentale

verifiche del Modello Standard sondare effetti di nuova fisica

Minimal Flavour Violation (MFV) nuove sorgenti di rottura della simmetria di sapore (TeV)


Cinematica

BR(SM) = 8×10-11

Accettanza segnale 10% Decadimenti di K ~ 1013

Tecnica del decadimento in volo del K Fascio intenso di protoni dal SPS K di alta energia (PK = 75 GeV/c) Contatore Cerenkov per

identificazione del K

Kaone: tracciatore di fascio Pione: Spettrometro

Calorimetro per rivelare / RICH (separazione ) Spettrometro per eliminare

le particelle cariche

KK+

m2miss=(PKP)2

Basso livello di fondo

Proposta: 65 eventi/anno K+ (S/B ~8)

NA62 – linee guida

Contatori di veto Identificazione di particelle


SPS primary p: 400 GeV/cUnsepared beam:• 75 GeV/c• 800 MHz • /K/p (~6% K+)

K+ +

~11 MHz of K+ decays

K

Sensitivity is NOT limited by protons flux

A.Ceccucci SPSC 4-12-07

NA62 – il layout attuale


CEDAR: Cherenkof differenziale per l’identificazione del K positivo nel fascio (50MHz) GIGATRACKER: Tracciamento del fascio (Si micropixel) a monte della regione di

decadimento (800 MHz) LAV: Veto per fotoni a grandi angoli (vetro al piombo) CAMERE A STRAW: Spettrometro basato su 4 stazioni di camere a tubi straw per tracciare

i prodotti di decadimento del K (~10 MHz) RICH: Ring Image Cherenkov, per rivelare il pione proveniente dal K positivo, distinguere

muoni da pioni e per trigger veloce LKR: Veto per fotoni in avanti e calorimetro elettromagnetico (calorimetro a LKr di NA48) MUD e sweeper: rivelatore per muoni (calorimetro adronico di NA48 con ferro e piano di

scintillatore per trigger veloce) con magnete deflettore del fascio non decaduto IRC/SAC: Veto per fotoni ad angoli piccoli e intermedi

NA62 – i rivelatori


Eventi di Segnale per anno@BR=8 10-11: ~55 (proposta: 65)

Eventi di Fondo ≤ 13.5% (proposta: ~13%)

→ minore accettanza (-15%) ma: miglior controllo del fondo (Ke4) e disegno più conservativo dello spettrometro

Altre opportunità di fisica: situazione simile a quella di NA48, disegnato per misurare “solo” ’/ ma che ha prodotto molte altre misure interessanti

Con un flusso ~100 volte quello NA48/2 si potrebbero studiare:– Effetti “Cusp like” ( scattering): K→ e – Lepton Flavour Violation: K→ e , K→ e+, (Ke2/K2) – Nuove particelle leggere: K→ X, K→ P (sGoldstino pseudoscalare)– Decadimenti rari – Decadimenti rari radiativi con elevata precisione– Confronto tra K+ e K- (alternando la polarità del fascio):

1. K± → ± (CPV interference)2. T-odd Correlations in Kl4

1. Argomenti di spettroscopia adronica

NA62: prestazioni layout attuale


NA62, I fase: la misura diRk = (K→ee)/(K→)

Misura del rapporto Rk = N(K→ee)/N(K→)

Rk = (2.477 ± 0.001) x 10-5 SMNA62, run 2007: SM test con precisione ≤0.5%

Masiero, Paradisi e Petronzio(*) hanno ipotizzato che violazioni supersimmetrichedel sapore leptonico (SUSY LFV) possono modificare il valore di Rk di 2-3 %

test dell’universalità leptonica e dell’accoppiamento V-A (*) hep-ph/0511289

52.457 0.032 10KR

tan~ 50 e MH+~ 500 GeV/c2

Stato attuale della misura di Rk in NA62:o Il run 2007 (giugno-ottobre) è stato un successo:

raw data: 300 TB; 100 TB dopo il Livello3 112k eventi candidati Ke2, con fondo < 10%

o Precisione statistica raggiungibile: RK/RK=0.3%o Indeterminazione sistematica preliminare: RK/RK≤0.5%o Nel 2008: controlli ulteriori di alcuni effetti sistematici


L’attività del gruppo di Perugia nell’ultimo triennio

Analisi dei dati (NA48/1, NA48/2, NA62) Run di NA62 per la misura di RK (2007) R&D per il RICH di NA62

Attività in sede Test beam al CERN (2006 e 2007)


Contributi all’analisi dei dati

Mauro Raggi: Misura del decadimento K± →

→ prima evidenza del termine di interferenza autore, in corso di pubblicazione

NA48/2

NA48/1

Mauro Piccini Misura del BR dei decadimenti 0→ +e-e 0→ +e+Misura di Vus da 0 -decay e di g1/f1

autore, Phys.Lett.B 645 (2007) Ermanno Imbergamo Misura del decadimento K0→

autore: Phys.Lett.B 493 (2000); Phys.Lett.B 551 (2003) Misura del BR e della asimmetria dei decadimenti 0→e 0→ Misura della polarizzazione della0

NA62 Roberto Piandani: Studio delle prestazioni di NA62 (analisi dati di run speciali di NA48/2 e sviluppo del montecarlo):

valutazione del fondo del decadimento K± → valutazione della reiezione cinematica


Run di NA62 per la misura di RK (2007)

Responsabilità del gruppo di Perugia nel run 2007:Funzionamento dell’odoscopio carico e del pretrigger Funzionamento e calibrazione dell’odoscopio neutroParte dell’offline generale dell’esperimento

Nuovi impegni nell’analisi dei dati (R. Piandani, tesi di dottorato; E. Imbergamo; A. Sergi):Studio del decadimento K± → e

o calcolo del fondo alla misura di Rk

Studio del decadimento K± → o misura del rapporto Rk radiativo

(nessun altro gruppo in NA62 per ora si occupa di queste analisi)


NA62 - il rivelatore RICH

>3 separazione @ 35 GeV/c Risoluzione temporale 100 ps Spettrometro di velocità (ridondanza)

Prestazioni richieste

2 specchi inclinati (focale 17 m) 2000 PMT Cella elementare 18 mm Matrice di PMT sul piano focale con

struttura compatta esagonale

Tubo di 18 m riempito con Ne @1 atm

Responsabilità INFN: Perugia-Firenze

Ottica e fotorivelatori

Reiezione fondo da al livello 10-6 associato al rivelatore di muoni


1) Test CEDAR in H6 in novembre 2006o Perugia:

responsabilità coordinamento e installazione test responsabilità DAQ/read-out (M. Raggi) responsabilità data handling e software

o Firenze: responsabilità front-end, HV o Perugia e Firenze: analisi dati

responsabile analisi a Pg: M.Raggi2) Nel 2007:

o test dei PMT in laboratorio con laser (Fi e Pg)o costruzione di prototipo in scala 1:1 per il test beam (Fi e Pg)o prototipo TDC basato su Tell1 (LHCB) (Pi e Pg)o trigger veloce di molteplicità (Pg)

Scelta PMValidazione front-

endLimiti read-out

RICH – R&D : verso la finalizzazione del prototipo

Validazione delle scelte sperimentali nel test 2006: 1) Fotorivelatori: Hamamatsu R7400U (3 modelli)2) Front-end: scheda preamplificatore + NINO

(shaper e discriminatore time-over-threshold)3) TDC: HPTDC CAEN 1290A (alta risoluzione)

CEDAR Test 2006


beam line

endcap 1 (96 PM) endcap 2 (Mirror)

60 cm

17 m

RICH – il prototipo 2007

Nel 2007: costruzione di un prototipo in scala 1:1 (longitudinale) Tubo in acciaio inox lungo 18 m (5.6% X0)(CERN, parzialmente esistente) Radiatore: Ne @ 1 atm, (n-1)=67×10-6

1 specchio con diametro=0.5 m, focale=17 m e spessore 1 cm 96 PMT posizionati lungo un cerchio Finestre di quarzo per separare i PMT dal Ne Test su fascio K12 al SPS di impulso 200 GeV/c (31 ott.-12 nov.) per:

misura della risoluzione dell’angolo Cherenkov conteggio del numero di fotoelettroni a = 1 misura della risoluzione temporale

A Perugia: test PMT in laboratorio progetto flangia lato PMT sviluppo TDC e trigger


RICH – il prototipo 2007 attività in sede - I

OfficinaMeccanicaD. Aisa, A. Piluso

I fori di alloggiamento dei PMT sono posizionati lungo il cerchio dove è atteso l’anello Cherenkov

p

K

+

Simulazione 96 PMT

Progettazione della flangiaall’estremità del tubo per l’alloggiamento PM:diametro interno: 600 mmdiametro esterno: 658 mm

Diametro finestra PMT: 8 mmDiametro base partitore: 18 mm

Coni di Winston per la raccolta della luce, ottimizzati con simulazioni effettuate in collaborazione con

Winston stesso


RICH – il prototipo 2007 attività in sede - II

Laser (=405 nm) disponibile in sezione nel Laboratorio Semiconduttori (Ambrosi/Servoli) Sistema ottico e supporto dei PMT progettato e costruito dal servizio di meccanica Front-end e read-out in fase di test in laboratorio con il supporto di A. Papi

Misure: Risposta singolo fotone Risoluzione temporale Efficienza

Test PMT (A. Sergi)

Flangia supportoPMT con coni diWinston

Tubo per ottica

Software (A. Sergi) Montecarlo del prototipo (Geant4) e nuovi programmi per il test beam 2007 (C++) Montecarlo del rivelatore RICH finale (Geant4)


Prototipo in scala 1:1 (longitudinale), 96 PMs Hamamatsu R7400U Camera a tenuta lunga18 m; specchio: =50cm, spessore=2.5cm, f=17.01m Test: fascio di particelle negative a 200 GeV/c

→ alla produzione: 94.3% , 4.9% K, 0.7% p→ dopo 900 m: 96.2% , 3.0% K, 0.8% p

RICH – il prototipo 2007test beam al CERN

Perugia: coordinamento test installazione, read-out/DAQ (A. Sergi) data handling e storage nuovo software di analisi (A. Sergi)

Firenze: meccanica, front-end (preamplificatore,NINO chip, discriminatore time over threshold), HV (CAEN SY2527 crate, A1733N boards)

Analisi dati: Perugia e Firenze (a Perugia: A. Sergi, E. Imbergamo)

Pisa e Perugia: sviluppo TCD e trigger di molteplicità E. Imbergamo responsabile sviluppo trigger

Preamplificatori

NINO chip

Lo specchio

La flangia dei fototubi


RICH – test beam 2007 risultati preliminari

Risoluzione temporale per evento < 100 ps Risoluzione in angolo Cherenkov ≈ 50 rad N. di PM accesi per evento ≈ 17

I risultati preliminari sul funzionamento del prototipo sono in ottimo accordo con le aspettative del montecarlo

protoni

Fit dell’anello Cherenkov

17.2 PM accesi per evento

pioni

Anellodei pioni

Anello dei protoni

Risoluzione temporaleper evento

Mean: 75 ps

RMS: 150 ps


WIN2005 (P. Cenci) Kaon2005 (M. Piccini) Crimea2005 (G. Anzivino) BEACH2006 (G. Anzivino, M. Raggi; P. Cenci: convener sessione K Physics) Crimea2006 (M. Pepe) AUSHEP2006 (E. Imbergamo, 2 presentazioni) C2CR07 (P. Cenci) XLII Moriond EW 2007 (M. Raggi) KAON2007 (E. Imbergamo) PASCOS07 (G. Anzivino) EPS-HEP2007 (M. Pepe) Crimea2007 (M. Valdata) SIF2007 (R. Piandani)

Dal 2005: 20 pubblicazioni su riviste internazionali

Seminari e presentazioni a conferenze (dal 2005)


Tesi di Laurea

• R. Piandani Studio del decadimento raro K±-> π± con l'esperimento NA48/2: analisi e stima dei fondi

•Tesi di Dottorato

• M. Piccini Studio del decadimento della particella 0 in NA48

• E. Imbergamo Measurement of the (0 -> ) decay asymmetry factor in the experiment NA48/1 at CERN

• M. Raggi Experimental study of the K±-> π±π0 decay

•Dottorato

• R. Piandani 2° anno XXII ciclo

Tesi (dal 2005)


NA62: programma di attività a Perugia nel 2008

Un ricco e interessante programma sperimentale a Perugia nell’immediato futuro:

R&D RICH Completamento analisi dei dati del test beam 2007 Il prototipo per il test beam 2008:

o ampliamento del prototipo 2007 con 400 PMT o disegno e costruzione della nuova flangia PMT (Firenze)o test in laboratorio dei PMT (Perugia e Firenze)o sviluppo del TDC (Pisa e Perugia) o sviluppo del trigger di molteplicità (Perugia)

Test beam al CERN in ottobre 2008

Analisi dei dati completamento dello studio delle prestazioni di NA62 inizio dello studio dei processi Ke2 e K2

sezione infn di perugia - gruppo na62 - febbraio 2008 lesperimento na62 al cern

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