L’esperimento NA62 al CERN
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
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

Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
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)
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
NA62 (P326) – Misura del
decadimento raro K+→p+nn
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, Torino
Stato dell’esperimento










Proposta P326 presentata al SPSC del CERN in settembre 2005
CERN-SPSC-2005-013
SPSC-P-326
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=G(K+  e+ n) / G(K+m+n),
primo passo verso la misura finale di K+→p+nn): 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
CERN-SPSC-2007-035
Completamento della fase di R&D previsto entro il 2008
SPSC-M-760
In attesa di approvazione formale (2008?)
Presa dati: dal 2011 (commissioning) al 2013 (se l’approvazione arriva in tempi brevi)
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
NA62-Motivazioni fisiche
Decadimenti rari dei K,
mediati da FCNC, strumento
sperimentale fondamentale
KL→p0nn
K+→p+nn
KL→p0e+ e- Golden modes
KL→p0m+ m-
 verifiche del Modello Standard
 sondare effetti di nuova fisica
 Minimal Flavour Violation (MFV)
 nuove sorgenti di rottura della
simmetria di sapore (TeV)
- Dinamica a corta distanza
- Contributi dominanti loop di W-top
Predizioni del Modello Standard
BR(K+p+nn)  (1.6×10-5)|Vcb|4[sh2+(rc-r)2]  (8.0 ± 1.1)×10-11
BR(KLp0nn)  (7.6×10-5)|Vcb|4h2
 (3.0 ± 0.6)×10-11
Misura esistente (E787/949): BR(K+ → p+ nn ) = 1.47+1.30-0.89 ×10-10 (3 eventi)
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
NA62 – linee guida
Proposta: 65 eventi/anno K+ p+nn (S/B ~8)
 BR(SM) = 8×10-11
 Accettanza segnale 10%
 Decadimenti di K ~ 1013




Basso livello di fondo
 Cinematica
n

qKp

n
m2miss=(PK-Pp)2

 Contatori di veto
 Identificazione di particelle


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 g/m
RICH (separazione p/m)
Spettrometro per eliminare le
particelle cariche
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
NA62 – il layout attuale
SPS primary p: 400 GeV/c
Unsepared beam:
• 75 GeV/c
• 800 MHz
• p/K/p (~6% K+)
A.Ceccucci
SPSC 4-12-07
K+p+ n n
p+
K+
n
~11 MHz of K+ decays
n
Sensitivity is NOT limited by protons flux
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
NA62 – i rivelatori

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
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
NA62: prestazioni layout attuale
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” e’/e ma che ha prodotto molte altre misure interessanti

Con un flusso ~100 volte quello NA48/2 si potrebbero studiare:
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Effetti “Cusp like” (pp scattering): K+→ p0 p0 e+ n
Lepton Flavour Violation: K+→ p+ m+ e- , K+ → p- m+ e+, (Ke2/Km2)
Nuove particelle leggere: K+→ p+ X, K+→ p+ p0 P (sGoldstino pseudoscalare)
Decadimenti rari p+ & p0
Decadimenti rari radiativi con elevata precisione
Confronto tra K+ e K- (alternando la polarità del fascio):
 K± → p± p0g (CPV interference)
 T-odd Correlations in Kl4
Argomenti di spettroscopia adronica
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
NA62, I fase: la misura di
Rk = G(K→ene)/G(K→mnm)
Misura del rapporto Rk = N(K→ene)/N(K→mnm )
test dell’universalità leptonica
e dell’accoppiamento V-A
tanb ~ 50 e MH+~ 500 GeV/c2
(*) hep-ph/0511289
Masiero, Paradisi e Petronzio(*) hanno ipotizzato che violazioni supersimmetriche
del sapore leptonico (SUSY LFV) possono modificare il valore di Rk di 2-3 %
Rk = (2.477 ± 0.001) x 10-5 SM
NA62, run 2007: SM test con precisione ≤0.5%
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
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
RK  2.457  0.032  10-5
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)
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
Contributi all’analisi dei dati
 Mauro Piccini
Misura del BR dei decadimenti X0→ S+e-n e X0→ S+e+n
 Misura di Vus da X0 b-decay e di g1/f1

NA48/1
 autore, Phys.Lett.B 645 (2007)
 Ermanno Imbergamo
 Misura del decadimento K0→ gg
 autore: Phys.Lett.B 493 (2000); Phys.Lett.B 551 (2003)
 Misura del BR e della asimmetria dei decadimenti X0→Lg e S0→Lg
 Misura della polarizzazione della X0
NA48/2
NA62
 Mauro Raggi: Misura del decadimento K± → p±p0g
→ prima evidenza del termine di interferenza
 autore, in corso di pubblicazione
 Roberto Piandani: Studio delle prestazioni di NA62
(analisi dati di run speciali di NA48/2 e sviluppo del montecarlo):
valutazione del fondo del decadimento
 valutazione della reiezione cinematica

Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
K± → p±nn
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 neutro
Parte 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±ng
o calcolo del fondo alla misura di Rk
Studio del decadimento K± → m±ng
o misura del rapporto Rk radiativo
(nessun altro gruppo in NA62 per ora si occupa di queste analisi)
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
NA62 - il rivelatore RICH
Responsabilità INFN: Perugia-Firenze
Prestazioni richieste
>3s separazione p/m @ 35 GeV/c
 Risoluzione temporale 100 ps
 Spettrometro di velocità (ridondanza)

Tubo di 18 m riempito con Ne @1 atm
Ottica e fotorivelatori
2 specchi inclinati (focale 17 m)
 2000 PMT
 Cella elementare 18 mm
 Matrice di PMT sul piano focale con
struttura compatta esagonale

Reiezione fondo da m al livello 10-6 associato al rivelatore di muoni
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
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)
1) Test CEDAR in H6 in novembre 2006
o Perugia:
responsabilità coordinamento e installazione test
responsabilità DAQ/read-out (M. Raggi)
responsabilità data handling e software
Firenze: responsabilità front-end, HV



o
o Perugia e Firenze: analisi dati

responsabile analisi a Pg: M.Raggi
2) Nel 2007:
o
o
o
o
Scelta PM
Validazione front-end
Limiti read-out
test dei PMT in laboratorio con laser (Fi e Pg)
costruzione di prototipo in scala 1:1 per il test beam (Fi e Pg)
prototipo TDC basato su Tell1 (LHCB) (Pi e Pg)
trigger veloce di molteplicità (Pg)
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
CEDAR Test 2006
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 b = 1
 misura della risoluzione temporale
17 m
A Perugia:
 test PMT in laboratorio
 progetto flangia lato PMT
 sviluppo TDC e trigger
endcap 2 (Mirror)
endcap 1 (96 PM)
60 cm
beam line
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
RICH – il prototipo 2007
attività in sede - I
Officina
Meccanica
Progettazione della flangia
all’estremità del tubo per
l’alloggiamento PM:
diametro interno: 600 mm
diametro esterno: 658 mm
D. Aisa, A. Piluso
I fori di alloggiamento dei PMT sono posizionati
lungo il cerchio dove è atteso l’anello Cherenkov
Simulazione 96 PMT
Diametro finestra PMT: 8 mm
Diametro base partitore: 18 mm
p
K
p+m
Coni di Winston per la raccolta della luce,
ottimizzati con simulazioni effettuate in
collaborazione con Winston stesso
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
RICH – il prototipo 2007
attività in sede - II
Test PMT (A. Sergi)
 Laser (l=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
Software (A. Sergi)
Tubo per ottica
Flangia supporto
PMT con coni di
Winston
 Montecarlo del prototipo (Geant4) e nuovi programmi per il test beam 2007 (C++)
 Montecarlo del rivelatore RICH finale (Geant4)
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
RICH – il prototipo 2007
test beam al CERN



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
Lo specchio
→ alla produzione: 94.3% p, 4.9% K, 0.7% p
→ dopo 900 m: 96.2% p, 3.0% K, 0.8% p
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)
Preamplificatori
NINO chip
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
La flangia dei fototubi
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
RICH – test beam 2007
risultati preliminari
Risoluzione temporale
per evento



Risoluzione temporale per evento < 100 ps
Risoluzione in angolo Cherenkov ≈ 50 mrad
N. di PM accesi per evento ≈ 17
Mean:
75 ps
RMS:
150 ps
 I risultati preliminari sul funzionamento
del prototipo sono in ottimo accordo
con le aspettative del montecarlo
Fit dell’anello Cherenkov
17.2 PM accesi
per evento
protoni
pioni
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
Anello dei
protoni
Anello
dei pioni
Seminari e presentazioni
a conferenze (dal 2005)
 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
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
Tesi (dal 2005)
Tesi di Laurea
• R. Piandani Studio del decadimento raro K±-> π±nn con l'esperimento NA48/2:
analisi e stima dei fondi
•Tesi di Dottorato
0
• M. Piccini Studio del decadimento b della particella X in NA48
• E. Imbergamo Measurement of the (X0 -> Lg) decay asymmetry factor in the
experiment NA48/1 at CERN
• M. Raggi Experimental study of the K±-> π±π0g decay
•Dottorato
• R. Piandani 2° anno XXII ciclo
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008
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 Ke2g e Km2g
Sezione INFN di Perugia - Gruppo NA62 - Febbraio 2008