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Measurement of the absolute branching ratio for the dominant KL decays, the KL lifetime, and Vus with the KLOE detector 2008/11/06 Tohoku Y.Sato DAΦNE (フラスカーティ、イタリア) • 電子・陽電子加速器 e+e- → Φ ( ~ 1020 [MeV] ) • Φ factory … K中間子のpure source – ほぼ静止したΦが生成される。( PΦ ~ 12 [MeV] ) – Φ → KL KS, K+ K– Kのエネルギーは monochromatic ( PK0 ~ 110 [MeV] )。 • 中性K中間子系による直接的CPの破れ ( KL → 2π0 ) の探索 1 KLOE detector • Drift chamber (DC) – 半径 2 [m], 長さ 3.3 [m] – Momentum resolution – Spatial resolution ~ 3 [mm] • Electromagnetic calorimeter (EMC) – 半径 3.25 [m], 長さ 3.25 [m] – Energy resolution – Time resolution • Trigger • カロリーメーターにThreshold 以上の2つのエネルギーデポジット → start • カロリーメーターの最外面でthreshold以上のエネルギーデポジット 2 → reject Intro • 目的 : KLの “absolute” な分岐比、寿命の測定 – Semileptonic KL decay rate から | Vus | が求められる。 • KL tag – Φ → KL KS ( → π+ π- ) – KSが π+π- に崩壊するのを見つけることによってKLをタグする。 • KLの崩壊モード – Charged : π±e±ν, π±μ±ν, π±π± π0, – Neutral : π0π0π0 それそれのモードに崩壊したKLの数の比を調べる。 （acceptance, reconstruction efficiency, backgroundを修正） • データ ( 2001 ~ 2002 ) • Integrated luminosity L ~ 328 [pb-1] • 109 個のΦ中間子 3 Tagging uncertainties • tagging efficiency ( KS → π+ π- ) はKLの振る舞いに依存。 – “ tag bias ” で補正（ εtag,f / εtag,tot ） どのモードに崩壊するか？ カロリーメーターで反応するか？ etc… – – – – Ntag : タグしたKLの数 Nf : KLが終状態 f に崩壊した数 εrec,f : rerconstruct efficiency εFV : FVのgeometrical efficiency (生成されたKLがFV中で崩壊する割合) → 後で説明。 4 KL tag by KS → π+ π 候補 : 反対の曲率の２本のトラックをもつ、IP 付近のバーテックス • | m ( π+π- ) - mK0 | < 5 [MeV/c2] rxy < 10cm • | Σ ( p+ + p- ) | - pK < 10 [MeV/c] Δz < 20 cm KLのtagging line を求める。 ① KSの decay vertex と、momentum を求める。 ② Φ の vertexを求める。 ③ KLの momentumを求める。 π+ e+ × KS KL × (Φ) π- e5 • 要因 tag bias – KLの崩壊モードによってカロリーメーターの トリガー効率が変わるため。(下図) – Chamberの中の他のトラックの存在により reconstruction efficiencyが変わるため。 π0π0π0 π+π-π0 π±e±ν π±μ±ν nuclear interaction 6 KL decay into charged particles • KLから崩壊してきたトラックの候補 dc < 0.03 rxy + 3 - 20 < ℓc < 25 [cm] ℓc [cm] dc [cm] dc : トラックのフィット線とバーテックスの距離 ℓc : フィット線を予想して伸ばした距離 ℓc [cm] × dc [cm] ・ rxy [cm] rxy [cm] 25 [cm] rxy 7 Identification of KL decays into charged particles • Δμπ = | Pmis | - Emis π±e± ν KL → π±μ± ν π±π± 0 πtwo tracks missing track – ２つのトラックに μ± と π± の質量をassignする。 絶対値の小さい方を Δμπ の値とする。 Emis = Etr1 + Etr2 - EKL Pmis = Ptr1 + Ptr2 - PKL e- KL π+ ν 8 KL → π0 π0 π0 decay • 探し方 – KLの崩壊点 はγ がカロリーメーターに届いた時刻から求まる。 γ hit on the calorimeter × Φ vertex KL vertex × × KL tagging line RKL – ２つの γ のペアを組み、近いものを ”chain” でつないでいく。 9 KL → π0π0π0 decay • Cut – KLの崩壊点から生じた20 [MeV] 以上のγが少なくとも３つ。 • バックグラウンド : “ KL → π+ π- π0 ” + machine background – γ の数が 3 or 4 個の ”chain” に対して • Eγ,max > 50 [MeV] • 一番隣接しているクラスターを２つ選び、以下を満たす者は拒否。 – Emin < [ 70 + 250( |cosθ| -1 ) ] MeV – |cosθ| > 0.9 θ : クラスターのpolar angle – γ の数が 3 個の ”chain”に対して • KLの崩壊点のRMSが 1.2 以下 10 Results • Absolute KL branching ratios – 13×106 個のKL events が得られた。 – ΤKL = 51.54 ± 0.44 [ns] を用いて、absolute branching ratios を求める。 +) other mode 0.0036 1.0104 ± 0.0018 stat ± 0.0074syst • KL branching ratios and lifetime – Branching ratio の和が 1 になるようにして、KL のlifetime を求める。 – τKL = 50.72 ± 0.11stat ± 0.13syst-stat ± 0.33syst [ns] 11 Fiducial-volume efficiency (εFV) drift chamberの中 35< rxy ≡ √x2+y2 < 150 cm, |z| < 120 cm (x,y,z) … KLのdecay vertex • FV efficiency … 生成された KL が FV 中で崩壊する割合。 – KLのlifetimeに依存している。 • ５０ [ns]の周りでは線形依存性。 – εFV / ε0FV = 1 + 0.0128 [ τ0 - τ ] – Τ0 = 51.7 [ns] 12 Results • Rμ,e = Γ (Kμ3) / Γ (Ke3) – 今回の結果から計算 → Rμ,e = 0.6734 ± 0.0059 – form - factor slope f0 から計算 → Rμ,e = 0.6640 ± 0.0040 • R3π = BR (KL → π0π0π0) / BR (KL → π+π-π0) – 今回の結果から計算 → R3π = 1.582 ± 0.027 – R3π = 1.579 • | Vus | – semileptonic decay rate Γ ( Kℓ3(γ) ) から計算できる。 • | Vus | = 0.2257 ± 0.0022 – 他の実験から計算 ( | Vud | = 0.9740 ± 0.0005 ) • | Vus | = 0.2265 ± 0.0021 13 Backup 14 15 16