Fisica dei mesoni scalari e Fisica dei mesoni scalari e pseudoscalari a KLOEpseudoscalari a KLOE
P.GauzziP.Gauzzi
Roma, 18/04/2008
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 2
DADANENE• -factory: e+e- collider @ s 1020 MeV M ; peak3.1 b
•DANE nel 2005: • Lpeak = 1.4 × 1032 cm-1s-1
• Ldt = 8.5 pb-1/dayIntegrated luminosity (pb-1)
Fine della presa dati a marzo 2006: 2.5 fb @ √s=M 8×109 prodotte + 250 pb-1 “off-peak” @ s=1000 MeV
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KLOE KLOE Camera:• gas: 90% He-10% iC4H10
• pT/pT = 0.4%• xy150 m ; z2 mm• vertex 1 mm
Calorimetro (Pb-Sci.Fi.):•/E = 5.7% / (E(GeV))• t = 55 ps/(E(GeV))100 ps • 98% of 4
Magnete: 0.52 T
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Fisica di KLOE Fisica di KLOE
Canale di decadimento
Eventi (2.5 fb-1)
K+K─ 3.7 109
KLKS 2.5 109
π + π+π─π0 1.1 109
9.7 107
π0 9.4 106
4.6 105
ππ 2.2 106
π0 5.2 105
• Mesoni K: |Vus |, violazione di CP e CPT, decadimenti rari, test di PT, test di meccanica quantistica • Mesoni scalari • Mesoni pseudoscalari • Sezione d’urto adronica [ISR, e+e─ (π+π─)]: correzioni adroniche a (g-2)
(1020)
a0(980)
f0(980)
'
KK
0-
0- 1-
1-
0+
0+
BR=83%
BR=15.3%
BR=1.3%
BR=1.310-
3
BR=6.210-
5BRO(10-4)
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Mesoni scalari leggeriMesoni scalari leggeri (600) (800) f0(980) a0(980)
I=0 I=1/2, S=1 I=0 I=1
• Particolarita’: spettro di massa invertito
• Difficile interpretazione come mesoni qq
• Ipotesi alternative:
– Stati qqqq (Jaffe’77)
– a0 e f0 stati legati (molecole)
(Weinstein- Isgur ’90)
KK
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SPP'• KLOE: f0(980)/(600) e a0(980) nei decadimenti radiativi della
P P' = 00, +- f0(980)/(600) 0 (, +0) a0(980) KSKS (f0/a0)
• Misura di branching ratio + estrazione dei parametri rilevanti degli scalari (masse, couplings)
00KK
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SSPPPP
2
2S
PSPKSK33
22PP
22
S
)(mD
gg
M4π3
)m(Mp)g(m 2
dm
dΓ -
1. Kaon loop[Achasov - Ivanchenko Nucl.Phys.B315(1989)465,
Achasov - Gubin Phys.Rev.D63(2001)094007,
Achasov - Kiselev Phys.Rev.D73(2006)054029 ] gKK
gSKK
gSPP
S
P1
P2
K+
K─
gS
gSPP
S
P1
P2e+
e-
[G.Isidori, L.Maiani et al., JHEP0605(2006)049]2. “No Structure”
4
2S
2
120
2S
SγSPP2
NS m
mma
m
a
)(mD
gg
(s)D
sM
4FM
e
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ee++ee──0000 Selezione: 5 prompt a >21o ; senza tracce nella camera Fit cinematico: conservazione del 4-impulso accoppiamento dei ai 0
Nuovo fit cinematico imponendo anche le masse dei 0
• Dati: 450 pb-1 4105 eventi• Due componenti: →S e e+e-→ π0 [EPJC49(2007)473]
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• Kaon Loop con la (600):
– Parametri liberi per l’ f0(980): Mf0, gfK+K, gfπ+π (=2 gfπ0π0)
B=B + B
KK e massa e larghezza della (600) parametri fissati [Achasov-
Kiselev,PRD73(2006)054029]
– 0 + + interferenza (parametrizzazione VDM - 7 parametri)
Fit del Dalitz plot Fit del Dalitz plot (KL)(KL)
σ,SS,
ππS-1
SSKSKiδ2
KL
0
B g G g)eg(m Mf
• Best fit in M slices 2/ndf = 2754 / 2676 P(2) = 14.5 %
• Senza (600) P(2) 104
[EPJC49(2007)473]
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Fit del Dalitz plot Fit del Dalitz plot (NS)(NS) • “No structure” senza (600)
– Parametri liberi: Mf0, gfK+K, gfπ+π, gf, a0, a1 (complessi)– Ampiezza vettoriale : stessa parametrizzazione del KL (7 parametri)
Fit in M slices
P(2) = 4.2 %
[EPJC49(2007)473]
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Parametri dell’Parametri dell’ff00(980)(980)
• Differenza: KL include la (600); NS senza (600)
R= (gfK+K gf= 6.9 (KL); 0.09 (NS)
• Parametri della (600) (parametri del modello KL):
M = 462 MeV; = 286 MeV; gK+K= 0.5 GeV; g= 2.4 GeV
• Dall’integrale dell’ampiezza scalare:
f0(980) param. KL NS
Mf0 (MeV) 976.8 0.3 +10.1-0.6 984.7 0.4+2.4
-3.7
gf(GeV-1) 2.78+0.02-0.05
+1.32-0.05 2.61 0.02+0.31
-0.08
gf(GeV) -1.43 0.01+0.03-0.60 1.31 0.01+0.09
-0.03
gfK+K (GeV) 3.76 0.04 +1.17-0.49 0.40 0.04+0.62
-0.29
40.05 0.04 0.010.06(mod) 0.02(syst) 0.03(fit)
00 10) (1.07γ)ππSγBr(
[EPJC49(2007)473]
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ee++ee0000
KL NS
[PLB537(2002)21]
Solo scalari
Scalari + 0
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ee++ee++• Contributi:
• Selezione: 2 tracce + 1 fotone a grande angolo (> 45)
• Dati: 350 pb-1 6.7105 eventi
Eventi/1.2 MeV
M() (MeV)
f0(980) signal
M() (MeV)
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 14
Fit di M(Fit di M(++) ) (1)(1)
KL NS
Tutto lo spettro
Regione del segnale
Spettro –(ISR+FSR)
ISR+FSR
P(2)=4.2% P(2)=4.4%
interf.FSR scalarescalareρπFSRISRdm
dσ
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 15
Fit di M(Fit di M(++) ) (2)(2)
• Interferenza distruttiva f0-FSR • Il fit non e’ sensibile alla (600)
[PLB634(2006)148]
γ)]ππBr( 2[~ 102.4) (2.1γ)ππγBr( 004- 0f
f0+ f0 00
f0(980) param. KL NS KL NS
Mf0 (MeV) 980 – 987 973 – 981 976.8 984.7
gf (GeV-
1)
1.2 – 2.0 2.78 2.61
gf (GeV) 3.0 – 4.2 0.9 – 1.1 -1.43 1.31
gfK+K (GeV) 5.0 – 6.3 1.6 – 2.3 3.76 0.40
P(2) 4.2% 4.4%
• R = (gfK+K / gf = 2.2 – 2.8 (KL); 2.6 – 4.4 (NS)
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 16
ff00(980)(980) update update
• Fit del Dalitz plot 00 e della distribuzione di M(+–) con la stessa ampiezza scalare [(600) inclusa]
• Ultima versione del modello Kaon Loop [Achasov, private communication]
f0(980) param. f0 00 f0+
Mf0 (MeV) 984.7 1.9 (mod.) 983.7
gf0 (GeV -1.82 0.19 (mod.) -2.22
gfK+K (GeV) 3.97 0.43 (mod.) 4.74
R=(gfK+K/gf 4.8 4.6
• Buon accordo fra i due canali• Dipendenza dal modello ridotta• Prossimo passo: fit combinato
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 17M (MeV)
ππ00 ; ; Selezione: 5 prompt con >21o ; senza tracce nella camera Fit cinematico: conservazione del 4-impulso accoppiamento dei a 0 e Nuovo fit cinematico imponendo le masse di 0 e Dati: ~ 450 pb-1 ; 3.0 104 eventi; efficienza 38%
Fondo = 55% (MC) da: f0(980) 00
e+e000 ; 000
;
Normalizzazione al numero di prodotte[N = (1.24 0.03) 109]
• datadata
00 77
ff00 33
M (MeV)
Eve
nts
/(4
MeV
)
Background subtracted
5syststat
0 10)0.210.10(6.95γ)ηπBr(
[arXiv:0707.4609]
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 18
ππ00 ; ; ++00
Selezione: 2 tracce + 5 prompt con >21o Fit cinematico: conservazione del 4-impulso accoppiamento dei ai
0
Nuovo fit cinematico imponendo le masse di 0 e 4.5 103 events; efficienza 20%
Fondo = 15% (++ 4 o 6 fotoni da
e+e─ π0; π+π─π0
KSKLπ+π─3π0)
[N = (1.15 0.03) 109] 5syststat
0 10)0.240.13(7.12γ)ηπBr(
[arXiv:0707.4609]
o Data— Bckg (MC)
Background subtracted
M() (MeV)
• Combinato:
• Br(a0) Br(´)
50 100.21)(7.03γ)ηπBr(
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 19
Fit di M(Fit di M(00) ) • Fit combinato sulle due distribuzioni di M(0)
Normalizzazione relativa libera: R=Br()/Br(+0)
• Kaon Loop. Parametri liberi per l’ a0(980): Ma0, gaK+K, gaπ
0, (VDM) [Achasov-Gubin PRD63(2001)094007]
parametri liberi: Br(00) + (fase)
• No structure. Parametri: gaK+K, gaπ, ga, a0, a1, Br(VDM)KL NS
Ma 0 (MeV) 982.5 ± 1.3 ± 2.7 982.5 (fissata)
ga K+K (GeV) 2.15 ±0.05 ± 0.17 2.01 ± 0.07± 0.28
ga(GeV) 2.82 ± 0.04± 0.12 2.46 ± 0.08 ± 0.11
g a(GeV-1) 1.59 ± 0.09± 0.16 1.83± 0.03 ± 0.08
Br(VDM) 0.92 ± 0.40 ± 0.15 0.05 ± 4 ± 0.07
R=Br( )/Br( 0) 1.70±0.04± 0.05 1.70 ±0.04 ± 0.01
R=(gaK+K─/gaπ)2 0.58 ± 0.03± 0.06 0.67 ± 0.12 ± 0.13
P(2) 10.4% 30.9%
• M(a0) fissata per NS
• PDG R =1.73 0.04
• VDM molto piccolo
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 20
Fit di M(Fit di M(00))
Mπ (MeV)
KL()
(+0)
NS()
(+0)
• dati─ fit (+ risoluzione e matrice di efficienza)
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 21
Br(00)
Br(0)
()
(+–0)
qq: Achasov-Ivanchenko NPB315(1989) Close et al., NPB389(1993)4q: Achasov-Ivanchenko NPB315(1989) KK molec.: Close et al., NPB389(1993) Achasov et al., PRD56(1997) KK molec.-2: Kalashnikova et al., EPJA24(2005) Palomar et al., NPA729(2003): UPT Escribano, PRD74(2006): Linear model
Br(00++–)
Branching ratioBranching ratio
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 22
Couplings Couplings (1)(1)
Meson gM (GeV-1)
0 0.13
0.71
´ 0.75
a0(980) 1.6 – 1.8
f0(980) 1.2 – 2.7
• gS contenuto di quark s
CMD-2 (1999) : 3.61 0.62 SND (2000) : 4.6 0.8 BES (2005) : 4.21 0.33 (J/+, K+K)
(gfK+K/gf+)2 4.6 – 4.8
(gaK+K/ga)2 0.6 – 0.7
( SND (2000) : 1.8 2.5)
(gfK+K/gaK+K)2 4 – 5
>> 1 >> 1 1/4
1.2 – 1.7 0.4
1 2 1
SU(3) 4q qq
nn0 f ss0 f
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 23
Couplings Couplings (2)(2)• Nuova teoria dei mesoni scalari: [‘t Hooft,Isidori,Maiani,Polosa,Riquer, arXiv0801.2288]
(S)Oc(S)Oc(S) 1Iffdec L
• Solo dati di KLOE: input gf0KK e gf0 + masse + P output ga0KK e ga0 KLOE (KL)
gf 0K+K─ (GeV) 3.97 ─ 4.74 cI = - 2.8 ─ - 3.4 GeV -1 cI = - 3.9 ─ - 4.8 GeV -1
gf 0─ (GeV) -1.82 ─ -2.23 cf = 20.5 ─ 24.5 GeV -1 cf = 16.5 ─ 19.7 GeV -1
ga0K+K (GeV) 2.01 ─ 2.15 2.1 ─ 2.5 2.4 ─ 2.9
ga0(GeV) 2.46 ─ 2.82 3.3 ─ 3.9 6.6 ─ 7.9
}qq ]qq[qq][
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 24
γ)KKBr( 00
• con numeri quantici JPC=0++ • “Golden channel” → KSKS ++ • Selezione: 2 vertici vicino all’IP, ognuno con 2 tracce
di carica opposta+ richiesta del fotone per scartare
KSKL++ e e+e++
• Dati analizzati: 1.4 fb-1; efficienza 20%• 1 evento nei dati; 0 eventi di fondo (MC)
γKK)γ/( 0000 af
00KK2
2K3
γ m
4M1E
dm
dΓ
• Usando i couplings di KLOE dall’analisi , 0 (Kaon Loop)
8900 104103γ)KKBr(
C.L. 90% @ 101.8γ)KKBr( 800
• In corso: analisi di tutta la statistica con ottimizzazione dei tagli e analisi del MC (Ldt 2)
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 25
PseudoscalariPseudoscalari
• Una -factory e’ anche una -factory [Br() = 1.3%]
• L = 2.5 fb-1 8 109 108
5 105 '
• Mixing /´
• Dinamica del decadimento • Misura di precisione della massa dell’• (+─e+e─ ; 0)
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 26
Mixing Mixing //´́• ; +-; 000
00; +- 0
• ; 000
Stato finale: +- + 7
M6 (MeV)
Massa inv. di +-+ 6 su 7
N = 3407 61 43 ev. N = 16.7 106 ev.
L= 427 pb-1
M6 (MeV)
Massa inv. di +-+ 6 su 7
3100.19)0.09(4.77ηγBr
γηBrR
[err. sist. dominato da Br()=3%]
3
η
η
2
P
V
S
NSsP
2
p
p
sin2
tan
C
C
m
m1cotR
• Angolo di mixing pseudoscalare:
sscosqqsinη
sssinqqcosη
PP
PP
P=(41.4 0.3 0.9)° P=(-13.3 0.3 0.9)°
[PLB648(2007)267]
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 27X´
Y´
2
ηVSs
ηNS
3
η
ω2π
2ω
2ω
2η
0
2η
3
η
ω2π
2ω
2ρ
2η
V
NS0
2
ηs
qη
3
π
η
0
3
η
η
2
P
V
S
NSs2P
2
YtanCm
m2XC
m
m
mm
mm
3
1
γ)πΓ(ω
ωγ)ηΓ(
Xm
m
mm
mm3
cos
C
γ)πΓ(ω
ργ)ηΓ(
Yf
f25X
m
m
9
1
γγ)Γ(π
γγ)ηΓ(
p
p
sin2
tan
C
C
m
m1coscotR
G
CContenuto gluonico dell’ontenuto gluonico dell’´ ´
1Y X 0Z
sinZ
coscosY
sincosX
GZssYqqXη
2η
2η
2η
Gη
PGη
PGη
ηηη
P= (39.7 0.7)° Z´
2 = 0.14 0.04
P(2) = 49 %
[PLB648(2007)267]
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 28
++──00
• Martemianov-Sopov [PRD71(2005)] Q = 22.8 0.4
; +─0 +─+ 3 (Erec = 363 MeV) 450 pb-1 1.34 106 eventi nel Dalitz plot
|A(X,Y)|2 = 1+aY+bY2+cX+dX2+eXY+fY3
Q
mE3Y ;
Q
EE3X 00
• Viola la simmetria di isospin ))(m(m2
1I dduudu L
2π
2K
2π2
π
2K
2 F33
u)t,M(s,)m(m
m
m
Q
1u)t,A(s, 2
u2d
22s2
mm
mmQ
ˆ
dove
a -1.090 ± 0.005 + 0.008- 0.019
b 0.124 ± 0.006 ± 0.010
c 0.002 ± 0.003 ± 0.001
d 0.057 ± 0.006 + 0.007- 0.016
e -0.006 ± 0.007 + 0.005- 0.003
f 0.14 ± 0.01 ± 0.02
P(2) 73%
• c, e compatibili con zero (violano C)• fit senza termine cubico (fY3) P(2) 10-6
[arXiv:0801.2642v1- accettato da JHEP]
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 29
000000
• Dalitz plot simmetrico: |A|2 1 + 2 Z un solo parametro
2max
22
3
1i πη
ηi
ρ
ρ
3MM
M3E
3
2Z
( = distanza dal centro)
• Metodo: fit del rapporto dati/MC MC solo spazio delle fasi |A|2 =costante • 450 pb-1 6.5 105 eventi
0.0040.0060.0040.027α
usando M=547.822 0.069 MeV (KLOE)
(con M=547.300 MeV = -0.014 0.004 0.005)
[arXiv:0707.4137v1]
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 30
Massa dell’Massa dell’
• Differenza di 8 fra le misure di:– GEM (COSY) in p +d 3He +
M = 547.311 0.028 0.032 MeV
– NA48 in 30 ( + p + n)
M = 547.843 0.030 0.041 MeV
• Recente risultato di CLEO-c:
M = 547.785 0.017 0.057 MeV
in 'J/
• KLOE: ;
check con 0; 0
• Dopo il fit cinematico la massa e’
indipendente dall’energia dei fotoni
dominata della posizione
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 31
Massa dell’Massa dell’
M12 (MeV)
E3 > E2 > E1
M0 = 134.906 0.012 0.049 MeVPDG 134.9766 0.0006 MeV (1.4 )
M = 547.874 0.007 0.029 MeV
• scala assoluta di s dal fit della line-shape della , normalizzando il picco a CMD-2 (VEPP-2M)
[JHEP0712(2007)073]
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 32
++──ee++ee──
• Decadimento raro: predizioni di
PT e VDM Br 3 10-4
• 2 misure: CMD-2 4 eventi
WASA@CELSIUS 16 eventi
• D.N.Gao [MPLA17(2002)]
violazione di CP non convenzionale (non CKM)
interazione a 4 quark con S=0
2%~0)cosN(sin0)cosN(sin
0)cosN(sin0)cosN(sinACP
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 33
++──ee++ee──
• Dati analizzati: 622 pb-1
• Selezione: 4 tracce + 1 di E=363 MeV
()
• Fit cinematico
• Fit della distribuzione di M inv.
con segnale + fondo (MC)
733 62 eventi
(efficienza = 11.7 %)
Risultato preliminare:
Br(+─e+e─)=(2.4 0.2 0.4) 10-4
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 34
ππ00 PT: termini O(p2) Q = 0;
O(p4) @ tree level = 0; O(p4) @ 1 loop soppresso
test di O(p6) • Misure recenti di Br(0): (7.21.4)10-4 GAMS (1984) < 8.4 10-4@90% C.L. SND (2001)
(3.5 0.7 0.6)10-4 Crystal Ball@AGS (2005) (2.24 0.46 0.17)10-4 Crystal
Ball@MAMI(2007)• KLOE ; 0• Fondo: (1) processi a 5: a0, f0; e+e-0 (0) (2) ; 000 • L 450 pb-1 Br(→) = ( 8.4 ± 2.7 ± 1.4 ) × 10-5
• 1.5 fb-1
M4 (MeV)
P.Gauzzi Roma 18/04/2008 35
KLOE-2KLOE-2• LoI (marzo 2006) ─ “Expression of Interest for the continuation of the
KLOE physics program at DANE upgraded in luminosity and energy”: programma di fisica per una luminosita’ integrata di ~ 50 fb-1 al picco della + la possibilita’ di aumentare l’energia nel c.m. fino a 2.5 GeV
• In fase di test: nuovo schema di funzionamento di DANE (crab waist collisions) per aumentare la luminosita’
• In fase di studio upgrade del rivelatore: – Inner tracker
─ Tagging per fisica ─ Miglioramento del read-out del calorimetro (nuovi PMT’s)
─ Nuovi calorimetri a piccolo angolo
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Programma di KLOE2Programma di KLOE2• Test di CPT e di meccanica quantistica studiando l’evoluzione temporale di
stati entangled di mesoni K• Universalita’ leptonica (Ke / K)• Unitarieta’ della matrice CKM• Decadimenti rari del KS • Spettroscopia adronica:
– Scalari: ricerca della (600) in e+ee+e00 ( 00) Osservazione di
– Pseudoscalari: , ' a alta statistica (0, …)• Alta energia (fino 2.5 GeV nel c.m.)
(f0) e (a0 ) attraverso f0 ,a0
– Sezione d’urto adronica• Altra fisica a DANE:
– Fattori di forma time-like dei barioni (DANTE LoI)– Ricerca di stati legati nucleari di K (AMADEUS LoI)
[- http://www.lnf.infn.it/lnfadmin/direzione/roadmap/roadmap.html, - F.Ambrosino et al., EPJC50,729 (2007)]
γKK)γ/( 0000 af
Λ Λ,nn ,ppee
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ConclusioniConclusioni• Una parte rilevante del programma di fisica di KLOE e’ dedicato alla
fisica adronica (non K)
• Scalari: le misure dei Br(S) e dei couplings degli scalari sembrano
indicare una struttura prevalentemente tetraquark di
f0(980) e a0(980);
(600) necessaria per il fit del Dalitz plot di 00
• Pseudoscalari: grande statistica di e '
evidenza a 3 di un contenuto gluonico dell’ ';
miglior misura al momento della massa dell’ e dei
parametri del Dalitz plot di ;
decadimenti rari dell’
• Upgrade di DANE possibilita’ per ulteriori interessanti misure di spettroscopia adronica