RICERCA ITALIANA     

SVILUPPO DI RIVELATORI AD ALTISSIMA EFFICIENZA ED ECCELLENTE RISOLUZIONE TEMPORALE PER LO STUDIO DEL TRIANGOLO DI UNITARIETA' E LA RICERCA DI 'NUOVA FISICA' NEI DECADIMENTI RARI DEI MESONI K CON FASCI AD ELEVATA INTENSITA'.

Università di Pisa

Abstract

La presente proposta si inquadra in un ampio programma di ricerca il cui scopo è la misura del rapporto di decadimento ultrararo del K+ ? p+ nu nubar al SPS del CERN. Nel M.S. la stima teorica per il BR di K+ to p+ nu nubar è (8.0 ± 1.1) • 10E-11.
L’obiettivo è di raccogliere circa 80 decadimenti di K+ in pi+ nu nubar in 2 anni di presa dati con un S/N = 10.
Questo decadimento, insieme a KL in pi0 nu nubar, offre un’opportunità unica di verifica del M.S. e di approfondire la conoscenza della matrice CKM (Ref 1 in 2.2.a).
“Le misure di questi due modi di decadimento insieme a KL in pi0 e+e- e di KL in pi0 mu+mu- sono elementi cruciali per l’esplorazione della ‘Nuova Fisica’ accessibile a LHC.”
Questa affermazione sulla complementarietà dei risultati ottenibili da LHC e delle misure di precisione nei decadimenti rari dei K, è stata una delle note conclusive di M.Mangano in chiusura del meeting del SPSC del CERN (Villars, sett. 2004) per valutare le possibilità del futuro programma di esperimenti su bersaglio fisso al CERN (Ref 19).
La stessa affermazione è stata fatta dal Chairman del SPSC, J.Dainton, nel seminario al CERN sulle conclusioni di Villars.
“ C’è un evidente interesse per proseguire un programma ambizioso di fisica dei K al CERN, sfruttando i fasci di protoni ad alta energia disponibili al SPS per misure di decadimenti in volo dei K. Grazie all’esperienza su fasci ad alta intensità di kaoni carichi e neutri e agli >>>

Coordinatore Scientifico del Programma di Ricerca

Flavio Costantini Università degli Studi di PISA

Obiettivo del Programma di Ricerca

La presente proposta si inquadra in un programma di ricerca il cui scopo è la misura del decadimento raro K+ -> pi+ nu nubar.
Nella prima parte di questa sezione vengono presentate le motivazioni fisiche, seguite da alcune considerazioni sugli aspetti sperimentali di questa misura dalle quali saranno fatti emergere gli obiettivi propri del presente progetto.
I decadimenti rari K+ -> pi+ nu nubar e KL -> pi0 nu nubar sono estremamente attraenti: offrono l'opportunità unica di verificare il M.S. e approfondire la nostra conoscenza della matrice CKM. Per una rassegna aggiornata con diverse referenze su questi decadimenti e sulla matrice CKM in generale, si veda [1].

Al livello di quark i due processi sono connessi al processo s ? d nu nubar, originato da una combinazione di diagrammi a pinguino con Z – i primi 2 grafici di figura 1 – e un diagramma a box con doppio scambio di W, il terzo grafico.

In questi grafici i quark u,c,t contribuiscono come linee interne, ma il contributo del quark top domina su un contributo più piccolo proveniente dal quark charm, almeno nel caso del K+ ? pi+ nu nubar. In ambedue i decadimenti il contributo del quark up è trascurabile, in questo modo il s ? d nu nubar è essenzialmente un processo a breve distanza, ben descritto da un accoppiamento alla Fermi:

dove G_l è la costante effettiva di accoppiamento (C’è una piccola differenza tra gli accoppiamenti >>>

Durata

24 mesi

Base di partenza scientifica nazionale o internazionale

E’ importante inquadrare questo progetto in un contesto internazionale. Fino ad ora lo studio di K+ in pi+ nubar nu è stato fatto con decadimenti del K a riposo. Gli esperimenti BNL-AGS-E787 (E949) hanno raccolto dati dal 1995 fino al 1998 (2002) pubblicando [9] un risultato B.R.(K+ to pi+ nubar nu) = (1.47 +1.30 - 0.89) • 10E-10 basato su tre eventi identificati come segnale.
E’ stata espressa a J-PARC l’intenzione di proseguire ulteriormente l’ indagine sperimentale con la tecnica dei decadimenti a riposo [11]. Per quanto riguarda la tecnica dei decadimenti in volo, la collaborazione CKM [12] ha proposto un esperimento per misurare 100 eventi di K+ to pi+ nubar nu al Main Injector di FNAL. Tale esperimento non è stato approvato dall’HEPAP P5 sub-panel per ragioni di costi.
Per queste misure particolarmente difficili sarebbe molto importante avere esperimenti indipendenti, come si e’ gia' verificato per la misura di epsilon’/epsilon .

I vari elementi del rivelatore per l’esperimento sono di seguito elencati insieme a una breve descrizione delle funzionalità.
In particolare, gli elementi che sono oggetto del programma di ricerca di cui si richiede il finanziamento, sono discussi singolarmente e piu’ in dettaglio nella prossima sezione 2.3.
Essi sono:
CEDAR, GIGATRACKER, LARGE ANGLE PHOTON VETO DETECTORS, RICH (SCELTA DEI PMT's)
E' da evidenziare che tali rivelatori sono indispensabili per il >>>