Fisica dei mesoni scalari e pseudoscalari a KLOE P.Gauzzi Roma, 18/04/2008.

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


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


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)


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


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


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


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]


• 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]


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]


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]


ee++ee0000

KL NS

[PLB537(2002)21]

Solo scalari

Scalari + 0


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)


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


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)


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]


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(


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


Fit di M(Fit di M(00))

Mπ (MeV)

KL()

(+0)

NS()

(+0)

• dati─ fit (+ risoluzione e matrice di efficienza)


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


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


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][


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)


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)


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]


++──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]


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]


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


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]


++──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


++──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


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)


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


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


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

Fisica dei mesoni scalari e pseudoscalari a KLOE P.Gauzzi Roma, 18/04/2008.

Documents

Transcript of Fisica dei mesoni scalari e pseudoscalari a KLOE P.Gauzzi Roma, 18/04/2008.