Schlüsselexperimente der Kern- und Teilchenphysik

Präsentation zum Thema: "Schlüsselexperimente der Kern- und Teilchenphysik"—  Präsentation transkript:

1 Schlüsselexperimente der Kern- und Teilchenphysik
Messung der direkten CP Verletzung im Kaonzerfall Jun Nian

2 Übersicht Motivation Grundbegriffe Phänomenologische Beschreibung
(einschl. Experiment von Cronin und Fitch) Experimente (NA48, KTeV) Zusammenfassung und Referenzen

3 Motivation Materie-Antimaterie Asymmetrie Wo ist Antimaterie?
Mögliche Erklärung: CP Verletzung im Quark-Sektor ( , , ) Aber nicht genug ... CP Verletzung im Lepton-Sektor?

4 Operatoren Für ein Teilchen: P Operator: C Operator: CP Operator: A A

5 CP-Eigenwerte von 2 und 3 Für ein System A,B,... :
A, B, ... sind Eigenzustände von CP-Operator.

6 Eigenzustände von Kaonen
Zur Beschreibung des neutralen K-Systems: Flavor-Eigenzustände CP-Eigenzustände: Frage: Sind und identisch mit beobachteten und ?

7 KL = K2 ? Frage: Sind und identisch mit beobachteten und ?
Frage: Sind und auch CP-Eigenzustände? Suche man das! Frage: Gibt es den Zerfall ?

8 Experiment von Cronin & Fitch (1963, Brookhaven, AGS)
Prinzip: James Watson Cronin Val Logsdon Fitch (1980 Nobelpreisträger) Nur zwei Produkte CP Verletzung:

9 Experiment von Cronin & Fitch (Brookhaven, AGS, 1963)
Brookhaven: RHIC+AGS

10 Aufbau des Experimentes von Cronin & Fitch
Collimator-1 Collimator-2 p(30GeV) Target(Be) Pb Magnet

11 Ergebnis des Experimentes von Cronin & Fitch
494 MeV<m*(2 )<504 MeV Ergebnis: 2 -Ereignisse aus KL Zerfällen KL kein CP-Eigenzustand CP Verletzung in schwacher WW

12 Analyse des Zerfalls Indirekte CP Verletzung Direkte CP Verletzung
dominant in Cronin-Fitch-Exp. : Direkte CP Verletzung Indirekte CP Verletzung Direkte CP Verletzung Frage: Wie misst man ?

13 Amplitude-Verhältnisse und Doppelverhältnis
Komplexe Größen Nicht zu messen! Zu messende Größe: Doppelverhältnis:

14 Vereinfachungen 1. Durch Isospin-Betrachtung: 2.
Sehr genaue Messung! Zurück zur Frage: Wie misst man ? Man misst nicht ! Direkte CP Verletzung

15 Experimente zur direkten CP Verletzung
Direkte CP Verletzung: oder NA31(CERN, 1988): E731(FNAL, 1989): stimmen nicht überein! Neue Experimente: CERN: NA48; FNAL: KTeV um Fehler zu verringern

16 NA48(CERN, SPS, ) CERN: LHC/LEP+SPS

17 Prinzip der Strahlen-Erzeugung
Gleichzeitig erzeugt Gleiche Zerfallsregion KS und KL Strahlen Zerfallsregion NA48: p KS KL Detektor KL-Target KS-Target

18 Strahlen-Erzeugung von NA48
Proton ~1.51012 Protonen / Puls Kristall Tagger AKS

19 Rekonstruktion von & KS Anti-Counter (AKS)
3 Szintillator Photon-Converter (Iridium Kristall) Rekonstruktion von

20 Prinzip des Detektors : Elektromagnetischer Calorimeter ( E )
El.mg.-Calorimeter : Spektrometer ( ) Magnet Drift-Chamber , Hadron-Calorimeter ( E ) Hadron-Calorimeter Außerdem: Hodoscope ( t ) Hodoscope Muon-Anticounter , Muon-Anticounter ( )

21 Detektor von NA48 Detektor (3-dim)

22 Untergrund-Korrekturen
Sehr gering Kollimator Rekonstruktion von 1. Untergrund 2. Untergrund Untergrund-Korrekturen

23 Korrekturen und : Wahrscheinlichkeit, KS als KL misidentifiziert
: Wahrscheinlichkeit, KL als KS misidentifiziert Zur Bestimmung von und : Aus dem Diagramm kann man bestimmen: Mit anderen Methoden kann man bestimmen:

24 Korrekturen und Ergebnis von NA48
Korrekturen und Fehler von R R als eine Funktion von Kaonenergie

25 KTeV (Kaon Experiment at Tevatron):
KTeV(FNAL, Tevatron, ) Tevatron Main Injector KTeV (Kaon Experiment at Tevatron): E799 + E832

26 Zerfallsregion und Magnet von KTeV

27 Detektor und Ergebnis von KTeV
Detektor (2-dim)

28 Zusammenfassung Drei Basen vom Kaon-System: , ,
, , Zwei Arten von CP Verletzung: Indirekte CP Verletzung Direkte CP Verletzung Drei Experimente: Indirekte CP Verletzung: Cronin, Fitch, 1963 Direkte CP Verletzung: NA48 & KTeV

29 Referenzen CP Violation and Decays, K.Kleinknecht, Ann. Rev. Nul. Sci. 26:1-50 A Precise Measurement of the Direct CP Violation Parameter Re( ), A.Lai et al., hep-ex/ v1 Measurements of Direct CP Violation, CPT Symmetry, and Other Parameters in the Neutral Kaon System, A. Alavi-Harati et al., hep-ex/ v1 Webseite von NA48: Webseite von KTeV: