E. Iacopini CSN1 16/5/05E. Iacopini CSN1 16/5/05

Violazione diretta di CP in KViolazione diretta di CP in K33

|M(u,v)|2 ~ 1 + gu + hu2 + kv2

Kinematic variablesKinematic variables

Lorentz-invariantsu = (s3-s0)/m

2;

v = (s2-s1)/m2;

si = (PK-Pi)2, i=1,2,3 (3=odd );

s0 = (s1+s2+s3)/3 = 1/3 M2 + m2

Centre of mass frame

u = 2mK∙(mK/3-Eodd)/m2;

v = 2mK∙(E1-E2)/m2.

Measured quantity sensitive toMeasured quantity sensitive to direct CP violation:direct CP violation:

Slope asymmetry:

Ag = (g+-g-)/(g++g-)≠0

BR(K±±+)=5.57%; BR(K±±00)=1.73%.““charged”charged” ““neutral”neutral”

K±±+ g = −0.2154 ± 0.0035K±±00 g = 0.652 ± 0.031 |g| >> |h|, |k|

NA48/2 NA48/2 experimental set-upexperimental set-up

1cm

50 100

10 cm

200 250 m

He tank+ spectrometer

Front-end achromat

• Momentum selection

Quadrupole quadruplet

• Focusing

Second achromat

• Cleaning• Beam spectrometer

~71011

ppp

K+

K

Beams coincide within ~1mm

all along 114m decay volume

focusing beamsfocusing beams

BM

z

magnet

vacuum tank

not to scale

K+

K

beam pipebeam pipe

PK spectra, 603 GeV/c

54 60 66

20032003 run:run: ~ 50 days~ 50 days

20042004 run: ~ 60 daysrun: ~ 60 days

Total statistics in 2 years:Total statistics in 2 years:• KK + + −− : ~ 4: ~ 4·10·1099

• KK 00 0 0 : ~ 2: ~ 2·10·1088

~ ~ 200 TB of data recorded200 TB of data recorded

Data taking: completato !Data taking: completato !

Risultato

preliminare

Il metodo sperimentale …Il metodo sperimentale …

In un mondo ideale (trascurando possibili asimmetrie nei parametri “quadratici” h, k) basta proiettare il Dalitz plot sull’asse u,u, e

se l’accettanza è la stessa per K+ e K−

R(u) = N+(u)/N−(u) ≈

≈ n∙(1+g+u)/(1+g−u) ≈

≈ n∙(1+ Δg u)

Nel mondo reale, però, ci sono anche le asimmetrie indotte

dall’apparato:

1. Asimmetria nelle accettanze

2. Dipendenza temporale della risposta del detector

3. Ottica del fascio Charge-dependent

4. Caratteristiche dei fasci (posizione, etc…) dipendenti dal tempo

5. Campi magnetici spurî

6. Interazioni charge-asimmetriche

7. …

per cui, l’eventuale asimmetria Ag Δg/2g puo’ essere estratta con un fit lineare del rapporto delle due distribuzioni in u u .

Strategia della presa datiStrategia della presa dati

Spectrometer magnetSpectrometer magnet polarità ( polarità (BB) invertita su base ) invertita su base giornalieragiornaliera Beam lineBeam line (achromat)(achromat) polarità (polarità (AA) invertita su base ) invertita su base settimanalesettimanale

B+ B-

B+

B+

B+

B+

B+

B+

B+

B+

B+ B+

B+

B+

B+

B-

B-

B-

B-

B-

B-

B-

B-

B-

Supersample 1

Supersample 2

Supersample 3

12 subsamples12 subsamples

12 subsamples12 subsamples

4 subsamples4 subsamples

B-

B-

B-

B-

Achromat +

Achromat +

Achromat +

Achromat –

Achromat –

Achromat –

Week 1

Week 2

Week 3Week 4

Week 5

Esempio: dal 6 Agosto al 7 Settembre 2003Esempio: dal 6 Agosto al 7 Settembre 20031 giorno

……in un supersample …in un supersample …

N(A+B+K+)N(A+B-K-)RUS=

le eventuali asimmetrie le eventuali asimmetrie left-rileft-rigght del detector si cancellanoht del detector si cancellanousando i 4 rapporti usando i 4 rapporti KK++//KK seguenti seguenti

ZZ

XXYY

JuraJura

SaleveSaleve

Beam line: K+ Up

Beam line: K+ Down

B+

B−

• beamline polarity (U / D)• direction of kaon deviation in spectrometer (S / J)

(stessa deviazione dallo spettrometro nel numeratore e nel denominatore)

N(A+B-K+)N(A+B+K-)RUJ=

N(A-B+K+)N(A-B-K-)RDS=

N(A-B-K+)N(A-B+K-)RDJ=

Spectrometer field

K+

K−

……e il resto lo cancelliamo …e il resto lo cancelliamo …

Double ratio cancellation of beam geometry difference effects:K+ and K- both passing through upper (lower) beam line

R = RUS×RUJ×RDS×RDJ

R(u)=n∙(1+4·g u)NormalizationNormalization Slope differenceSlope difference

usando il quadruple ratio:

Questo è sensibile solo allesolo alle asimmetrie left-right asimmetrie left-right dell’apparato sperimentale (detector+fascio), che variano nel tempo tempovariano nel tempo tempo

sulla scale di ~1 subsample (1 giorno 3 ore nel 2003)

Double ratio cancellation of rate effects (simultaneous beams):K+ and K− recorded at the same time

Double ratio cancellation of any detector asymmetry effects: K+ and K- both illuminating same detector regions.

Con questa strategia di misura, avremo infatti

Selected statistics 2003Selected statistics 2003

U

|V|

even pionin beam pipe

Data-taking 2003: 1.61x101.61x1099 events selected

odd pionin beam pipe

KK++

KK--

Sistematica ISistematica I

Beam geometry Dal MC, la strategia corretta risulta quella per cui l’accettanza geometrica è definita attraverso una “virtual pipe” più larga di quella reale, centrata sulla

posizione media dei due fasci, funzione del tempo e del momento del K (larghezze dei fasci ~ 5 mm, soggetti a spostamenti dell’ordine di 2 mm)

Spectrometer geometry Le DCH sono soggette a spostamenti dell’ordine delle centinaia di microns durante il run (tre mesi). Questo provoca asimmetrie nella misura dell’impulso fra e . L’effetto viene corretto equalizzando via via le masse ricostruite dei K+ e K−

Sensitivity to DCH4 horizontal shift: M/x 1.5 keV/m

Momentum scaleMomentum scale Si riaggiusta via via, imponendo che le masse ricostruite dei K abbiano il valore del PDG: Sensitivity to 10−3 error on field integral: M 100 keV

Sistematica IISistematica II

L2 inefficiencyL2 inefficiency

L1 trigger (2 hits nell’odoscopio): stable inefficiency ≈ 0.7·10-3 charge-symmetric, piatta in u: no correction

L2 trigger (online vertex reconstruction, basata sui dati delle DCH): inefficienza time-dependent (inefficienze locali delle DCH) da 0.2% a 1.8%, charge-symmetric e piatta in u, entro la precisione della misura con triggers di

controllo: correzione u-dependent

3x10-3

cut cut

La correzione introduce un

errore statistico a causa della statistica del control sample

Risultati dati 2003Risultati dati 2003

Conservative estimateConservative estimate

of systematic errorsof systematic errors

Effect on Effect on ΔΔgg××101044

Acceptance, beam geometryAcceptance, beam geometry 0.50.5

Spectrometer alignmentSpectrometer alignment 0.10.1

Spectrometer magnet fieldSpectrometer magnet field 0.10.1

ππ decaydecay 0.40.4

U calculation and fittingU calculation and fitting 0.50.5

Accidental activityAccidental activity 0.30.3

Trigger efficiency: L2Trigger efficiency: L2 0.80.8

Total systematic errorTotal systematic error 1.31.3

SampleSample RawRaw Corrected Corrected for L2 efffor L2 eff

SS0SS0 0.0 ± 1.50.0 ± 1.5 0.5 ± 2.40.5 ± 2.4

SS1SS1 0.9 ± 2.00.9 ± 2.0 2.2 ± 2.22.2 ± 2.2

SS2SS2 -2.8 ± 2.2-2.8 ± 2.2 -3.0 ± 2.5-3.0 ± 2.5

SS3SS3 2.0 ± 3.42.0 ± 3.4 -2.6 ± 3.9-2.6 ± 3.9

TotalTotal -0.2 ± 1.0-0.2 ± 1.0 -0.2 ± 1.3-0.2 ± 1.3

22 2.2 / 32.2 / 3 3.2 / 33.2 / 3

ΔΔg×10g×1044

(3 analisi independenti)(3 analisi independenti)

Ag Δg/2g = Δg·(-2.321) (Ford 1972)

Stabilità del risultato …Stabilità del risultato …

R(right)/R(left) R(up)/R(down)K(+)/K(-)

I 4 supersamplesdanno risultati

consistenti

Le asimmetrie del rivelatore sono

Sotto controllo

Le asimmetrie dei fasci sonoSotto controllo

g…il MC riproducecorrettamente le

asimmetrie dell’apparato …

Stabilità del risultato …Stabilità del risultato …

0

10

20

30

40

-10

-20

-30

-40

g x10-4

0

20

40

60

80

-20

-40

-60

-80

g x10-4

Risultato preliminare: Risultato preliminare: dati 2003 dati 2003 (CERN Seminar: 1 marzo 2005)(CERN Seminar: 1 marzo 2005)

Ag = (0.5 ± 2.4stat.± 2.1stat.(trig.) ± 2.1syst.)×10−4

• This is a preliminary result, with conservative systematic errors…

• The extrapolated final statistical error (2003+2004) is: Ag = 1.6 × 10-4

• 2004 data: we expect smaller systematic effects (more frequent polarity inversion and a better beam steering)

Ag = (0.5 ± 3.8)×10−4

10-6

NA48/2

10-5

10-4

10-3

10-2

SMSMSUSYSUSY

NewNewphysicsphysics

HyperCP prelim. (2000) (“C”)TNF (2004) (“N”)

Ford et al. (1970) (“C”)Smith et al. (1975) (“N”)

|Ag|

NewNewphysicsphysics

Hic Hic sunt sunt

leonesleones

CN

CERN Seminar: 31 marzo 2005CERN Seminar: 31 marzo 2005

24m

Si tratta di una Si tratta di una distorsione (distorsione (≈ ≈ 15%) dello spettro15%) dello spettro di di massa invariante massa invariante dei due pioni neutridei due pioni neutri provenienti dal decadimento provenienti dal decadimento KK±± → → ±± 00 00, , sotto la soglia di produzione di due pioni carichi.sotto la soglia di produzione di due pioni carichi.

L’idea iniziale era che, L’idea iniziale era che, per quel valore di massa invarianteper quel valore di massa invarianteci dovesse essere un piccoci dovesse essere un picco dovuto alla formazione del pioniodovuto alla formazione del pionioe alla sua successiva annichilazione in due e alla sua successiva annichilazione in due 00 … …

B12

gA u

N.Cabibbo (PRL 93,121801, 2004) ha osservato, invece cheN.Cabibbo (PRL 93,121801, 2004) ha osservato, invece chedoveva esserci una struttura più complessa in quello spettro, doveva esserci una struttura più complessa in quello spettro, dovuta alla dovuta alla interferenza frainterferenza fra l’ampiezza direttal’ampiezza diretta del decadimento del decadimento e e quella di rescattering.quella di rescattering.

Siccome , il processo con rescattering può Siccome , il processo con rescattering può avvenire via una coppia virtuale di pioni carichi, avvenire via una coppia virtuale di pioni carichi, sia sia sotto sogliasotto soglia che sopra la sogliache sopra la soglia

0m m

20 (2 )s m

L’effetto di soglia è descritto da un branch-cut nell’ampiezza L’effetto di soglia è descritto da un branch-cut nell’ampiezza relativa a quel processo, ovvero, detta s la massa invariante relativa a quel processo, ovvero, detta s la massa invariante quadra del sistema dei due pioni neutri, si haquadra del sistema dei due pioni neutri, si ha

dove A(s) e B(s) sono funzioni analitiche che descrivono, dove A(s) e B(s) sono funzioni analitiche che descrivono, rispettivamente, il processo diretto (1) ed il processo con rispettivamente, il processo diretto (1) ed il processo con rescattering (2).rescattering (2).

00

00

( ) ( )

( ) ( )

s s

A

s sA s B s s s

s

s iB s s ss

Nel nostro caso, Cabibbo e Isidori Nel nostro caso, Cabibbo e Isidori (JHEP03 (2005) 021)(JHEP03 (2005) 021)

dimostrano che risultadimostrano che risulta( )

0 2

2( )

3 thrB i a a m

M

dove è l’ampiezza del decadimento del K in tre pioni dove è l’ampiezza del decadimento del K in tre pioni carichi, quando mentre acarichi, quando mentre a00 ed a ed a22 sono, rispettivamente, sono, rispettivamente,

le lunghezze di scattering in onda S ed isospin I =0,2.le lunghezze di scattering in onda S ed isospin I =0,2.

( )thrM

20m s

è che dalla forma dello spettro di massa invariante dei due pioniè che dalla forma dello spettro di massa invariante dei due pionineutri nel decadimento Kneutri nel decadimento K±± →→ ±± 00 00

a0 – a2a0 – a2

La conclusione per noi inattesa La conclusione per noi inattesa

1977: Misura di a1977: Misura di a00 del gruppo Ginevra/Saclay @ 20% del gruppo Ginevra/Saclay @ 20%

2003: BNL (E875) estrae a2003: BNL (E875) estrae a00 al al 6%6% misurando i fattori misurando i fattori

di forma nel K di forma nel Ke4e4 (K (K →→ e e ))

aa00 m m = 0.216 = 0.216 ±± 0.013(stat) 0.013(stat) ±± 0.002(syst) 0.002(syst)

DIRAC intende misurare la vita media del pionio @10%DIRAC intende misurare la vita media del pionio @10%e quindi, essendoe quindi, essendo 4040··(a(a00 – a – a22))22 ·· 10 10-15-15 s s a a00 –a –a22 @ 5% @ 5%

NA48/2 vuole misurare aNA48/2 vuole misurare a00 con un’incertezza (stat+sist) con un’incertezza (stat+sist)

aa00 0.006, sempre dal K 0.006, sempre dal Ke4e4

Fit interval: Moo

GeV

DATA

3 ;

M 20

22

020

200 mmm

sm

su K

… ma torniamo ai nostri dati !

se assumiamo solo cherisulti (PDG)

A = 1 + ½ g0 u

2 = 13574 / 148 d.o.f.

Mentre, fittando da 13 binssopra la cuspide,

2 = 120 / 110 d.o.f.

Posto al solito

≡ (data – fit) data, versus Moo

FIT INTERVAL

N. Cabibbo:Determination of the a0–a2 Pion Scattering Lengthfrom K decayPRL ()

…con un solo loop di rescattering

d.o.f.

N. Cabibbo and G. Isidori:Pion – pion scattering and the K decay amplitudesJHEP03 (2005) 021

… e con altri one-loop e two loops diagrams

d.o.f.

Ottimo !Ottimo ! … ma, per caso, c’è qualcos’altro ? … ma, per caso, c’è qualcos’altro ?

Predizione di formazione del pionionel decadimento K

(Z.K. Silagadze, hep-ph/9411382 v2 24 Nov 1994)

6104.7

KpioniumK

…Fissando il contributo del pionio al valore predetto dalla teoria:

d.o.f.

Rilasciando il contributo del Pionio: 1.7 ± 0.6 (invece di 1.0)2 d.o.f. … non c’e grande sensibilità al pionio …

(a0 – a2)m±

(stat.)

Mentre, da una stima preliminare e conservativa della sistematica, risulta:

Escludendo la regione del pionio dall’intervallo di fit Variando la min. distanza fra i fotoni e la particella carica nel calorimetro a LKr Dalla dipendenza della locazione del vertice di decadimento lungo l’asse del fascio Dalle differenze K K

TOTALE (sommando in quadratura)

…Comunque, anche se il pionio non è evidente,per questa strada inattesa,

usando la teoria di Cabibbo-Isidori, otteniamo

(a0 – a2)m+ = 0.281 ± 0.007(stat) ± 0.014(syst)

in ottimo accordo con la Teoria, in ottimo accordo con la Teoria, infatti Colangelo et al. infatti Colangelo et al. (Nucl. Phys. B603 (2001), 125)(Nucl. Phys. B603 (2001), 125)

hanno calcolato, nell’ambito della hanno calcolato, nell’ambito della PT a due loops, chePT a due loops, che

(a(a00 – a – a22) m) m = 0.265 = 0.265 ±± 0.004 0.004

aa00 m m = 0.220 = 0.220 ±± 0.005 0.005

aa22 m m= -0.0444 = -0.0444 ±± 0.0010 0.0010

… … Concludendo, dal “Cusp effect”Concludendo, dal “Cusp effect”

+K

NA48/3

P-326

s d

Villars 2004 (NA48-Future presented by A. Ceccucci)

From the Villars Report…CERN-SPSC-2005-010

SPSC-M-730Febbruary 28, 2005

Region IRegion I

Region IIRegion II

800 MHz(/K/p)

Solo i rivelatori upstream sono esposti a 800 MHz di fascio (≈6% K) …

10 MHz Kaon decays

K+ +

1.51.5

Fiducial region: 60m dal fin.coll.

• CEDAR – To tag positive kaon identification

• GIGATRACKER – To track secondary beam before it enters the decay region

• ANTICOUNTERS– Photon vetoes surrounding the decay tank

• Wire Chambers – Wire chambers to track the kaon decay products

• RICH– Ring image Cerenkov, to help in disantangling muons from pions

• CHOD

– Fast hodoscope to make a tight K- pi time coincidence • LKR

– Forward photon veto and e.m. calorimeter• MAMUD

– Hadron calorimeter, muon veto and sweeping magnet• SAC and CHV

– Small angle photon and charged particle vetoes

Regione I Regione II

P = [15- 35] GeV/c

(2.78 ± 0.02) × 10-2

(14.8 ± 0.1) × 10-

2

P = [10 - 40] GeV/c

(3.92 ± 0.02) × 10-2

(21.7 ± 0.1) × 10-

2

2 2 20. 0.01 ( / )missm GeV c

16 events/year

80 events/year !!

But populated by3 body decays

4×1012 decays/year@ BR = 10-10

2 2 20.026 0.068 ( / )missm GeV c

KK++ momentum: (75.0 momentum: (75.0 ±± 0.8) GeV/c 0.8) GeV/c

K+→ + (BR≈ 8.0 × 10-11 )

63 %

21 %

6 %

2 %

3 %

5 %

Soppressione:Soppressione:

PID, kinematics

veto, kinematics

CHV, kinematics

veto, kinematics

(called K+3) veto,

PID

(called K+e3) veto, E/P

e

• Veti il più possibile ermetici e misure ridondanti sono una necessità assoluta !

… comunque, l’alta energia dei K li semplifica …

Veto cinem. acc.% bck.Veto cinem. acc.% bck. 5.105.10-6 -6 2.10 2.10-6 -6 30 8 (<1) 30 8 (<1) 3.103.10-7-7 2.10 2.10-5 -5 20 20 ~1~1 1010-6-6 2.10 2.10-5 -5 15 15 ~1~1 <10<10-8-8 2.10 2.10-5 -5 15 <<1 15 <<1 No problem <<1No problem <<1 se e/p < 10se e/p < 10-3-3 <<1 <<1

Al momento, le Istituzioni che si stanno impegnando nella proposta sono:

CERNDubna, Protvino, MoscaINFN(Fe, Fi, Na, Pg, Pi, To, Rm1)MainzMercedSaclaySofia

J. Engelfried Mexico (S.Luis Potosì)

P. Cooper letter Fermilab

R. Tschirhart Fermilab

V. P. Obraztov IHEP Protvino

V.A. Matveev INR Mosca

Le Responsabilità:

Fe+To (+CERN) → Gigatracker

Fi+Pg → Charged hodoscope

Pi+Na +Rm1 → Anticounters (veto )

Pi (+CERN+altri) → Trigger

MAMUD (CERN+Protvino)

CEDAR (CERN+ Pi + To)

DCH a straw tubes (Mainz+Dubna)

KABES (Saclay)

FASCIO (CERN)

SAC+CHV (Sofia+INR)

RICH

Pole gap is 11 cm V x 30 cm H

Coils cross section 15cm x 25cm

• To provide pion/muon separation and beam sweeping.

–Iron is subdivided in 150 2 cm thick plates (260 280 cm2 )

• Four coils magnetise the iron plates to provide a 0.9 T dipole field in the beam region→ 4.8 T m of bending power• Active detector:

–Strips of extruded polystyrene scintillator (1 x 4 x130 cm3) –Light is collected by WLS fibres 1.2 mm diameter

2 21 2

22

m m

p

K/

( / )p GeV c

Cedar-W

Cedar-N

Cerenkov differential counter Highly parallel beam

Perdita di accettanzaPerdita di accettanzadovuta al foro centrale: <10%dovuta al foro centrale: <10%

Straw 2.3m, Straw 2.3m, ØØ9.6 mm9.6 mmKapton films 12Kapton films 12m+25m+25mm

4 viste per 6 DCH:4 viste per 6 DCH:1792 straws/DCH1792 straws/DCH

Lavoreranno in vuoto !Lavoreranno in vuoto !

Must achieve inefficiency < 10-5 to detect photons above 1 GeV

Advantages: It exists Homogeneous (not sampling)

ionization calorimeter Very good granularity (~2 2

cm2) Fast read-out (Initial current,

FWHM~70 ns) Very good energy (~1%, time ~

300ps and position (~1 mm) resolution

Disadvantages 0.5 X0 of passive material in

front of active LKR The cryogenic control system

needs to be updated

PbWO4 crystals (CMS) Dimension of crystals 2x2x23 cm3 7 x 7 cm matrix ~ 25 X0

Readout with light guides and PMT

Element Cost (MCHF) Comments

BEAM LINE 0.4 Modified K12 line

CEDAR 0.5 Replacement of photon detectors

GIGATRACKER 2.7 (1.4) Assuming 0.13 m CMOS technology

VACUUM 1.0 Addition of 20 large diffusion pumps

ANTI 4.2 (4.2) CKM estimate + 40% for the electronics

STRAW TRACKER 2.4 6 straw chambers

MNP33/2 2.5 (1170 + prolongation of He tank)

CHOD 0.9 (0.9) MGG-RPC

LKR 2.0 !!! New supervision system and R/O

RICH 4.0 Indication

MAMUD 1.5 Cost of iron ≈0.5 MCHF

SAC, IRC1 & IRC2 0.4 Shashlik or PbWO4

Trigger & DAQ 1.5 (0.7) L0 HW, L1 SW

TOTAL 24.0 (7.2)

Gigatracker 0.7-1.0 M€ (assumendo 50% sharing)

Anticounters 2.8-3.4 M€

Chod 0.5–0.7 M€

Trigger 0.5-0.8 M€ (assumendo 40% sharing)

TOTALE 4.5-5.9 M€TOTALE 4.5-5.9 M€

(Nella proposta sono quotati 7.2 MCHF = 4.8 M€ )(Nella proposta sono quotati 7.2 MCHF = 4.8 M€ )

L’idea è quella di usare Glass Multigap RPCs, sullo stile di quanto realizzato in ALICE

A questo rivelatore infatti è richiesto di essere efficiente (>99%) e di avere un’ottima risoluzione temporale (50ps)in modo da ridurre al massimo la possibilità di associazioniaccidentali fra il pione di decadimento ed il K che lo origina.

R&D necessario, specialmente per verificare la sua capacità di sostenere il rate di 2KHz/cm2, nella zona interna.

~80 K+ πνν

p io

n

NA48/3 COMPASS

~80 K+ πννNIM 533A,74 (2004) Gas mixture: C2 F4 H2 (90%),

C4H10 (5%) SF6 (5%)

4×2 modules, each equipped with horizontal and vertical strips, respectively.

With strips 20x1280 mm2

(20 = 19strip + 1 interstrip)the total number of channel is 60×4×2 = 480 ( ×2 …)

The estimated material budget is ≈ 15% X0

2.4 m2.4 m

ALICE has developed for this precise purpose a low-power(45mW/ch), fast (1ns peaking time) front-end amplifier/discriminator (NINO).

The input is low impedance (40-75 ohms), differential and the output standard is an open-collector LVDS (Low Voltage Differential Signal), able to drive a 100 ohm line.

The output width goes from 2 to about 20ns, according to theinput charge (+10ns, if needed): the width is used for off-lineslewing correction.NINO can respond to another signal immediately (few ns) after the end of a previous signal (almost no dead time).

The estimation is made by rescaling the cost of the ALICE Detector (from 160 m2 to ≈ 12 m2): this should be considered as an upper limit, due to the fact that our strip-design reduces the number of channels per m2.

In the case of ALICE: ≈ 75 kCHF/m2

For NA48/3 (12 m2) 900 kCHF (600k€) …and this cost is comprehensive of tooling, FE electronics, LV, HV, Gas system, cables and connectors.

Questo rivelatore deve consentire di vetare i 0, con massima inefficienza tollerabile ≈ 10-7, ovvero, mediamente, dell’ordine di 10-4 o meglio sul singolo fotone.

Naturalmente, la capacità di veto dipende dall’energia del e l’effetto complessivo richiede un’integrazione sull’accettanza, nonchè la combinazione con il segnale dal LKr, il SAC e gli IRC.

Soluzione alla CKM• 1mm Pb/5 mm scintillatore (+WLS fiber)

• 80 layers, 16 X0

• 13 corone circolari di 16 settori (22.50)• Superficie totale vista dai fotoni: 28 m2

• Superficie totale di Pb e Sci: 2270 m2

• Lunghezza delle fibre per la raccolta di luce: 220 Km

• 13 x 64 = 832 fototubi• Montaggio tra due sezioni del tubo a

vuoto

• Estrapolazione da CKM

• Pb: 23 €/m2

• Scintillatore: ≈ 100 €/dm3• Fibre: 1.€/m

– Valutazioni in K€– Scintillatore 1150– Piombo 50– Fibre 250– Fototubi 500– Supporti 400– HV 200– Readout 250

– Totale 2800 K€

RRextext = 1100 mm = 1100 mm

RRintint = 880 mm = 880 mm

Soluzione “alla KLOE”

• 0.5mm Pb/ 1mm fibre scintillanti

• Spessore 24 cm 20 X0

• 13 corone circolari, in U o in anello (da studiare)

• Superficie totale del Pb: 5600 m2

• Lunghezza delle fibre: 4100 Km• 96x13=1248 fototubi

• Quotazioni usate• Pb: 14 €/m2

• Fibre: 0.4€/m

– Valutazioni in K€– Fibre 1600– Piombo 100– Fototubi 600– Supporti 600– HV 250– Readout 300

– Totale 3450 K€

Premessa tecnica: Il progetto Gigatracker consta di 2 stazioni di

Pixel posizionate lungo il percorso del fascio di P326, piu' precisamente nella regione del secondo achromat, dove il fascio viene deviato di -40mm in direzione verticale e riportato in posizione dopo circa 6 metri.

Le due stazioni di pixel dovranno misurare la posizione e il tempo di passaggio delle particelle del fascio. Dalla seconda stazione e da una terza equipaggiata con una FastTPC (KABES) ci si attende la misura della direzione di tali particelle, minimizzando la deviazione dovuta al multiple scattering.

La dimensione del fascio alle stazioni di pixel e' di 36x48mm2, con un rate massimo di 1.9MHz/mm2, 0.6MHz/mm2 in media, e in totale circa 1 GHz, di cui solo circa il 6% sono K+.

Le informazioni dal Gigatracker dovranno permettere la coincidenza di un + visto nel rivelatore (tempo dal hodo e direzione e momento dallo spettrometro) con un K+ passato nel GT.

Questo impone ai pixel risoluzioni, sia spaziali che temporali, molto stringenti:

t~100ps, p/p <0.5%, ~15rad

mantenendo minimo il materiale posto su fascio (X0<<1%).

- Ottimizzazione spessore: 300m Si: 100 (chip) + 200 (rivelatore) 150 (chip) + 150 (rivelatore) supporto segnale! Da testare: segnale, fragilita', danneggiamento da radiazione (~12 Mrad in 100 gg)

fasciorate ~1GHzmaggior parte, solo 6.5%

12.32m

Pixel 1

6.05mKabes

final collimator,decay volume,detector

87m Ch1

40mm

80.681m from T0

86.731m from T0

Pixel2 99.051 m from T0

204.850mfrom T0

≈≈35000 canali/stazione35000 canali/stazione

- Ottimizzazione dimensioni pixel

X= 200 (300) m /√12 ->

X= 58 (87) m,

MultSc Si spessore 200m~13rad xMSP1= 13*6.05 ~80m

V pixel size mom resol (P1,P2) ( X√2 & xMSP1 )/40mm 200m (300) = 0.3% (0.4%) H pixel size Angular resol(P2,K3 kab=80m) (X &kab ) /12.3m &MSP1

200m (300) = 15rad (16rad)

Simulation results (+ 0)Contributions to

the missing mass resolution

22 2 21 1 KK

Kmiss K Km m m P

P

P

P

PP

Pixels 300×200 m good enough…

Per la realizzazione dell'elettronica di lettura dei rivelatori a pixel si stanno considerando due opzioni tecnologiche :

la CMOS 0.25 m e la CMOS 0.13 m.

La tecnologia 0.25 m è ben conosciuta e caratterizzata nei suoi aspetti di prestazioni analogiche e di radiation tolerance ed i costi sono relativamente contenuti.

Di contro le prestazioni che offre potrebbero non essere sufficienti per quanto richiesto dall'esperimento.

La tecnologia 0.13 m, le cui prestazioni sarebbero certamente superiori, è attualmente in fase di caratterizzazione, per quanto riguarda le prestazioni analogiche e la tolleranza alle radiazioni.

Trattandosi di una tecnologia di punta, i costi però sono superiori di un fattore ~4 rispetto alla 0.25 m.

Parte rilevante del costo globale delle stazioni di pixels viene quindi dal tipo di tecnologia (CMOS 0.13m o 0.25m) che sara' necessario utilizzare:

- se in 0.13m: 1.935 M€, di cui 970 k€per i 2 eng. runs previsti

- se in 0.25m: 1.065 M€, di cui 250 k€per i 2 eng. runs previsti

Il rate di traccia singola passa dall’attuale MHz a circa 20 MHz Il rate di traccia singola passa dall’attuale MHz a circa 20 MHz (10 dal dec. del K e 7 dall’alone del fascio): occorre un trigger di L0 (10 dal dec. del K e 7 dall’alone del fascio): occorre un trigger di L0 che tagli almeno un fattore 10, e poi usare triggers soft, in modo da che tagli almeno un fattore 10, e poi usare triggers soft, in modo da essere essere il più possibile flessibiliil più possibile flessibili, per adattarsi facilmente alle esigenze , per adattarsi facilmente alle esigenze che emergeranno ...che emergeranno ...

Data la scala dei tempi, si ritiene di dover cercare di limitare al massimoData la scala dei tempi, si ritiene di dover cercare di limitare al massimolo sviluppo di soluzioni ad hoc.lo sviluppo di soluzioni ad hoc. Si cercano quindi soluzioni già realizzateSi cercano quindi soluzioni già realizzatep.es. per LHC, con hardware commerciale (PC), stile LHCb a ALICE.p.es. per LHC, con hardware commerciale (PC), stile LHCb a ALICE.

Lo schema attuale prevede dunque un Lo schema attuale prevede dunque un trigger hardware semplice di trigger hardware semplice di livello L0,livello L0, capace di ridurre il rate sotto il MHz (rate di L1 in LHCb …), capace di ridurre il rate sotto il MHz (rate di L1 in LHCb …), seguito da una farm di PC che lavorano sull’informazione completa,seguito da una farm di PC che lavorano sull’informazione completa, circa 150 000canali (100 000 dai pixels, 13500 dal LKr e 15000circa 150 000canali (100 000 dai pixels, 13500 dal LKr e 15000dalle DCH) a ridottisima occupazione (principalmente TDC).dalle DCH) a ridottisima occupazione (principalmente TDC).

~80 K+ πνν

SPARESSPARES

K+→+ : Stato dell’arte

BR(K+ → + ) = 1.47+1.30-0.89 × 10-10

•Twice the SM, but only based on 3 events (→2.4) …

hep-ex/0403036 PRL93 (2004)

Stopped K~0.1 % acceptance

AGS

E391a@PS-KEK

•First dedicated experiment to search for KL→ •SES~ 3 10-10

•Based on pencil kaon beam and photon vetoesScheduled for ~100 days KEK PS beam in 2004 This is a Stage I project for further study at J-PARC

KOPIO@BNL

• Aim to collect 60 KL→ events with S/B~2 (Im t to

15%)• Measure as much as possible

– Energy, Position and Angle for each photon

• Work in the Kaon Center of Mass – Micro-bunched AGS beam

– Use TOF to measure KL momentum

• Start construction in ?

No Beam pipe !!!No Beam pipe !!!

Four views Four views X,Y,U,VX,Y,U,V

per chamberper chamber

beambeam

driftE

driftE

Tdrift1

Tdrift2

Operated @ Edrift=0.83kV/cm

Tdrift1 + Tdrift2 = 750ns

48 strips with 0.8 mm pitch

Very low discharge probability

Micromegas

Gap 50 μm

Micromegas

Gap 50 μm

KABES principle: TPC + micromegas

~80 K+ πνν

p io

n

NA48/3 COMPASS

90 92 94 96 98 100 102 104 106 108 1100

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

Radial distance of at diaphragm [mm]

Diaphragm 1mm

+K+

Nu

mb

er o

f en

trie

s

3 mm

Ring at correct position-K separation as expected:

Tagging eff. Tagging eff. ≈ ≈ 90% 90%

Misident. prob.Misident. prob.< 1%< 1%

• Siamo di fronte alla fortunata combinazione di un caso di fisica importante, che può essere affrontato con un acceleratore già esistente, usando le infrastrutture (i.e. civil engineering, hardware, …) di un esperimento in chiusura

Vogliamo comunque Vogliamo comunque sottolineare che sottolineare che questa questa iniziativainiziativa NONNON è una mera è una mera continuazione di NA48, continuazione di NA48, bensì un NUOVO PROGETTO, bensì un NUOVO PROGETTO, che rinasce da quelle ceneri …che rinasce da quelle ceneri …