Stefan E. MüllerLaboratori Nazionali di Frascati

INFN

Hadronische Physik mit dem

KLOE-Detektor

XXXVII. Arbeitstreffen Kernphysik

Schleching, 2.-9. März 2006

(für die KLOE Kollaboration)

Überblick:

ÿ DAFNE/KLOEÿ Physik mit skalaren Mesonen:

• fÆf0(980)gÆp+p-g• fÆf0(980)gÆp0p0g

ÿ h Physik:• Messung der h-Masse• hÆp0gg

ÿ Datennahme außerhalb der f-Resonanz

DEAR,

(Double Annular F-Factory for Nice Experiments)

DAFNE:

Gesamte Datennahme in 2004-05: 2fb-1

e+e- - Speicherring mit =mFª1.0194 GeVs

KLOE:(KLOng Experiment)

Magnetfeld 0.52 T

12582 Signaldrähte52140 Drähte gesamt

Impulsauflösung für Spuren:sp/p ª 0.4% (q > 45°)

Vertexauflösung:sxy ª 150 mm, sz ª 2 mm

Driftkammer

Pb/Szint Fasern4880 PM

Energieauflösung:

sE/E = 5.7%/÷E(GeV)

Zeitauflösung:

sT = 54 ps/÷E(GeV) ⊕ 50 ps

Electromagnetisches Kalorimeter

KLOE Physik:

JP =

f(1020)

g

ga0(980)

f0(980)

h(550)

h'(960)

g

g w(780) r(770)

KK

p0 p

0-0-1-1-

0+0+

BR 15%

pp g

BR 83%

BR 1.3%f0(600)

g

p0

Skalarmesonen@KLOE:

I=0: e+e-Æ f Æ ( f0(980)+s(600) ) g Æ p0p0g Æ 5 g [Phys. Lett. B 537 (2002) 21] e+e-Æ f Æ ( f0(980)+s(600) ) g Æ p+p- g

I=1: [Phys. Lett. B 536 (2002) 209] e+e-Æ f Æ a0(980) g Æ hp0g hÆgg fi 5 g hÆp+p-p0 fi p+p- + 5 g

• schwer zu deuten als Mesonen (3P0 Nonett)

• weitere Interpretationen: Zustände (Jaffe ’77) Moleküle (Weinstein-Isgur ’90)

• Fit des Massenspektrums oder des Dalitzplots zur Bestimmung der relevanten Parameter (Massen, Kopplungen, ...) und damit Festlegung des zugrunde- liegenden Modells

• Welche Rolle hat das s(600)?

qq

qqqqKK

Skalarmesonen@KLOE:

Sf

g

gfSggSP1P2

P1

P2e+

e-

gfKKgSKKgSP1P2

Sf

g

P1

P2

K+

K-

e+

e-

1. Kaon-Loop K-L (Achasov-Ivanchenko, NPB315

1989): Für jedes Skalarmeson S gibt es dreifreie Parameter im Fit: gSpp, gSKK, MS

2. No-Structure N-S (Isidori -Maiani):BW-Amplitude mit massenabh. Breite +polynomischer Kontinuumsuntergrund:gfSg, gSpp, gSKK, MS + pol. Parameter fürUntergrund

Für die skalare Amplitude werden im Wesentlichen zwei Modelle betrachtet:

fÆf0(980)gÆp+p-g:

Suche nach f0(980) ‡ p+p- in p+p-gEreignissen mit Photonen unter grossenWinkeln zur Strahlachse (450< qg <1350):

Untergrundprozesse:

Man erwartet eine Interferenzzwischen FSR- and f0-Amplitude

• e+e-Æ p+p-g via ISR (rad. return nach r,w)• e+e-Æ p+p-g via FSR• fÆ(rÆpg)p

f0(980)

rp-Region

r, w ISR

6.7x105 Ereignisse aus 350pb-1

Erei

gniss

e/1.

2MeV

M(pp) (MeV)

f0(980) region

M(pp) (MeV)

†

dsdm

=dsdm

Ê Ë

ˆ ¯

ISR +FSR+ rp

+dsdm

Ê Ë

ˆ ¯

Skalar+

dsdm

Ê Ë

ˆ ¯

inter.Skalar +FSR

+Untergr.(p+p-p0+m+m-g)Er

eign

isse/

1.2M

eV

fÆf0(980)gÆp+p-g:

Even

ts

Mpp (MeV) Mpp (MeV)

Mpp (MeV) Mpp (MeV)

Fit in 490 Bins (1.2 MeV)zwischen 420 und 1010 MeV:

1.2-2.0-gffg (GeV)

2.6-4.42.2-2.8R=g2fK+K-/ g2

fp+p-

0.9-1.13.0-4.3gfp+p- (GeV)1.6-2.35.0-6.3gfK+K- (GeV)973-981980-987Mf0(MeV)

N-SK-LParameter

Even

ts

• Gute Beschreibung von Signal und Untergrund in beiden Fällen• negative Interferenz zwischen f0 und FSR• In beiden Fällen R>1• Ein zusätzliches s(600) zeigt keine deutliche Verbesserung des Fits

ISR-Untergrund mit Kühn-Santamaria -Parametrisierungbeschrieben[Z. Phys. C48 (1990), 445]

[Phys. Lett. B 634 (2006) 148]

fÆf0(980)gÆp+p-g:

Mpp (MeV) Mpp (MeV)

zoom

• Datenr MC: ISR+FSR˙ MC: ISR+FSR + f0 (Kaon Loop)

p+p- system: A(ISR): C = -1 A(FSR), A(f0): C= +1

fi Man erhält eine Asymmetrie in

AFB

AFB

Kaon-LoopVorhersage

2002 Scan(je 5-7pb-1)

on-peakDaten

Diese Asymmetrie und die Untersuchung des int. Wirkungsquerschnitts als Funktion von √s erlauben weitere Rückschlüsse auf die Natur des f0-Mesons.

†

AFB Mpp( ) =N(q+ > 90o) - N (q + < 90o)N (q + > 90o) + N(q+ < 90o )

Mpp( )

√s

Czyz, Grzelinska, Kühn, hep-ph/0412239

fÆf0(980)gÆp0p0g:

rp,wp

Mpp2(GeV2)

Mpg

2 (GeV

2 )

f0g

Untergrund von e+e-Æ(wp+rp) rp,wp: nicht-resonantes Verhalten

f0g: resonantes Verhalten

Energiescan: s als Funktion von √sEreignis-Selektion:• 5 “prompte” Photonen• Kinematischer Fit unter Ausnutzung von p0-Massen und 4-Impulserhaltung

Hohe Statistik (450 pb-1) erlaubt Bestimmung der Modellparameter durch einen Fit des gesamten Dalitzplots

fÆf0(980)gÆp0p0g:Fitfunktion:

†

dsdm

=dsdm

Ê Ë

ˆ ¯

VMD+

dsdm

Ê Ë

ˆ ¯

Skalar+

dsdm

Ê Ë

ˆ ¯

inter

w g

e+

e- r/r’/r’’

p2(1)

p1(2)f/w/w’/w’’

r g

e+

e-

p2(1)

p1(2)

VMD Diagramme

(Kaon-Loop-Parametrisierung von N. N. Achasov und A.V. Kiselev [hep-ph:0512047])

450pb-1 (KLOE 2001-2002) fi 400k Ereignisse: KLOE Prelim.!

• Parametrisierung für s(600) und aus [hep-ph:0512047] •10 freie Parameter im Fit: 7 für VMD + 3 für f0(980) • Weglassen des s(600) verschlechtert das Fit-Ergebnis!

1.Fehler: Statistischer Fehlerdes Fits2. Fehler:Modellunsicherheit

†

dBKK,dB

pp

Letzte Tests bezüglich der Systematiken des Fits mit K-L-Parametrisierung in Arbeit.fi Nächster Schritt: Fit der Daten mit N-S-Modell

h - Physik mit KLOE:

f Æ h g Æ p+p-p0g Æ p+p-ggg

f Æ hg

Eg (MeV)

h durch Übergang fÆhg erzeugt

Monochromatisches Rückstoß-photon erlaubt Ereignis ID

ÿERückstoß(h) = 363 MeV Sehr sauberes h Sample

Messung der h-Masse

Mgg (MeV)

m = ( 547.708 ± 0.014 ) MeVs = ( 2.143 ± 0.012 ) MeV

m = ( 134.956 ± 0.018 ) MeVs = ( 1.66 ± 0.005 ) MeV

c2/ndf = 304/257

p0

c2/ndf = 146/161E1<E2<E3

Mgg (MeV)

Mgg (MeV)

h

p0

h

• Kinematischer Fit für fÆ(h,p0)gÆggg Ereignisse• h und p0 in unterschiedlichen Regionen des Dalitzplots

Fit mit2 Gaussf.

Messung der h-MasseJuni 2005: Neue Messung der h-Masse durch die GEM Collaboration

(COSY, Jülich) [M. Abdel-Bary et al., Phys. Lett. B 619 (2005) 281]

Mh = ( 547.311 ± 0.028 ± 0.032 ) MeV/c2

(Reaktion: p + d Æ 3He + h)

Starke Diskrepanz mit NA48![A. Lai et al., Phys. Lett. B 533 (2002) 196]

Mh = ( 547.843 ± 0.030 ± 0.041 ) MeV/c2

(Reaktion: p- + p Æ h + n, h Æ 3p0 )

KLOE prel.:[nach Mittelung über unterschiedliche Run-Perioden]

Mh = ( 547.822 ± 0.005 ± 0.069 ) MeV/c2

Abweichung von NA48: 0.24s

Endgültige Bestimmung der systematische Effekte (Fluktuationen in √s, Vertexposition, etc.) in Arbeit.

M4g (MeV)

hÆp0gg

Das Signal wird aus den 4 niederenergetischen Photonen gebildet.

fÆhgp0ggÆ 4g fi M4g

Erad=363 MeV} 5g Endzustand

Untergrund:• hgÆp0p0 p0g

fi Unterdrückung von Ereignissen mit Photon- verlust oder “merged clusters”

• f0gÆp0p0g; a0gÆhp0g; wp0Æp0p0gfi Überprüfung aller Photonkomb. auf Präsenz von h,w oder zusätzlichem p0 im Ereignis

Der Prozess erlaubt die Überprüfung von Chiraler Störungstheorie in höhererOrdnung: Die relevanten Terme beginnen bei O(p6)

BR(hÆp0gg) = ( 8.4 ± 2.7stat ± 1.4syst ) ·10-5Prelim.:

Aus Vergleich des M4g-Spektrums für Daten und MC:

735 evts selected fi Sign. = 68 ± 23; Bkg= 667 ± 36

Normalisierung zu N(hÆp+p-p0):

hÆp0gg

Crystal Ball(2004)

GAMS(1984)

KLOE

KLOE 1sKLOE 2sKLOE 3sO(p6) Rechnugen

• Faktor ~ 10 niedriger als GAMS • Marginale Übereinstimmung mit Crystal Ball• Gute Übereinstimmung mit O(p6) Rechnungen

[1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8]

PoP-Programm:

ÿ f Scan

4 Punkte im Energiebereich zwischen 1010 und 1030 MeV mit je 10pb-1

ÿ Datennahme unterhalb der f-Resonanz

200pb-1 bei 1000 MeV Schwerpunktsenergie

• Kalibration der Detektorenergie, f Lineshapes• Bestimmung der Modellabhängigkeit des f0• BR(fÆwp0), leptonische Zerfallsbreiten des f

• Messung des hadr. Wirkungsquerschnitts s(ppg) bis zur 2p-Schwelle • Photon-Photon-Physik mit KLOE: e+e-Æ e+e-(ggÆs,h)

PoP-Programm:

Run

÷s (

MeV

)

F F

÷÷s = 1023s = 1023

÷÷s = 1030s = 1030

÷÷s = 1018s = 1018

÷÷s = 1010s = 1010

÷÷s = 1000s = 1000

Ende Märzf scan „off peak“

Run Nr.

PoP-Programm:Ein erster Blick auf die Daten...

- √s=1020 MeV- √s=1000 MeV

…Fortsetzung folgt!

mmg

ppg

ppp

Prelim

inary

!

Zusammenfassung:Untersuchungen der Eigenschaften des f0(980) mit Daten aus 2001-2002:

• Deutliche Evidenz von f Æ f0g Æ p+p-g sowohl im Mpp -Spektrum als auch in der Vorwärts-Rückwärts-Asymmetrie. Fit des Spektrums mit verschiedenen Modellen. [Phys. Lett. B634 (2006) 148]• Erste (vorläufige) Ergebnisse im Kanal f Æ f0g Æ p0p0g über einen Fit des Dalitzplots mit Kaon-Loop-Modell.

DAFNE als h-Fabrik:• Messung der h-Masse: Vorläufiges Ergebnis in Übereinstimmung mit NA48• BR(hÆp0gg): Vorläufiges Ergebnis von KLOE niedriger als frühere Messungen

Perspektiven für die nächste Zukunft:• 2fb-1 an Daten aus 2004-2005 bringen Verbesserungen in Statistik und Systematik • Daten aus Energiescan und bei √s=1000 MeV erlauben Bestimmung systematischer Effekte sowie Messungen von gg-Prozessen

Perspektiven für die fernere Zukunft (2011): DAFNE2

• Super-f-Fabrik bei √s=1.02 GeV ?• √s=2-2.4 GeV (Nukleon-Formfaktoren)?• Energiescan zwischen 1 - 2.4 GeV (R-Verhältnis)?

s(e+e-Æp+p-) mit ISR:• s(e+e-Æ Hadronen) geht in das Dispersionsintegral für am

hadr ein:

†

amhadr =

14p 3 dss Hadr s( )K

4m p2

•

Ú s( )Ê

Ë Á

ˆ

¯ ˜

• Beitrag vom p+p- Kanal zu amhadr beträgt ca. 70%!

†

K(s) µ1 s

• Ausnutzung des Prozesses s(e+e-Æ p+p-gISR) und Abstrahlfunktion H(Mpp)2

erlaubt Messung von spp bis zur Schwelle 4mp2:

H(Mpp)2 aus PHOKHARA-MC-Generator (Kühn, Czyz et al).

• Bis zu 3s Diskrepanz zwischen (SM)-Theorie und Experiment (BNL g-2 Exp.)

s(e+e-Æp+p-) mit ISR:Photonen unter kleinen Winkeln

(qg< 150o oder qg >165o)

Photonen unter großen Winkeln(50o < qg < 130o)

Æ Photon NICHT detektiert!

Æ mit Photon Detektion

• Hohe Statistik für ISR• FSR Beitrag < 0.5%• weitere Untergrundkanäle unterdrückt (eeg,mmg,ppp)

• Messung bis zur 2p-Schwelle möglich• Hoher Anteil von FSR und Untergrund• Erlaubt Messung der C-Asymmetrie

s(e+e-Æp+p-) mit ISR:Kleinwinkelanalyse:

Mpp 2(GeV2)

KLOE data 2001Lint = 140 pb-1

Einfluss auf am

am - 11 659 000 · 10-10

Experiment E821

DEHZ’03 [e+e-]

DEHZ’03 [t ]

Enthält CMD-2 undKLOE-Messung

A. Höcker @ ICHEP04: hep-ph/0410081

Theorie:DEHZ’04 [e+e-]

Phys. Lett. B606, 12 (2005)

• Update mit 2002 Daten in Arbeit (Verbesserung des syst. Fehlers!)• Normalisierung mit mmg begonnen ËMessung des R-Verhältnisses R=s(ppg)/s(mmg)

s(e+e-Æp+p-g) :• Sowohl Pionspuren als auch Photonen unter Winkeln 50o-130o selektiert• Mind. ein Photon mit Eg>50 MeV

p+p-g – MC

p+p-p0 – MC

m+m-g - MC

Mpp2 [GeV2]

Mtr

k [M

eV]

mp

mm

mr2

Untergrund: e+e Æ e+e-ge+e Æ m+m-gf Æ p+p-p0

• Bhabha-Ereignisse können mit einer auf EMC-Informationen basierenden PID unterdrückt werden• Unterdrückung von m+m-g und p+p-p0 mit Hilfe von Schnitten auf kinematische Variablen (Mpp

2, Mtrk)• Abschätzung der Anzahl der übrigen m+m-g mit MC• Weitere Unterdrückung von p+p-p0 Ereignissen mit

• Schnitt auf den Winkel W zwischen • Kinematischem Fit in p+p-p0 Hypothese

†

r p g und r

p miss = -(r p + +

r p -)

p+

p-

misspr

ãpr

W

g

s(e+e-Æp+p-g):

2002 DataL = 240 pb-1

Mpp2 [GeV2]

KLOE preliminary

Spektrum bis zur Schwelle!

dN/dMpp2 Spektrum nach Selektionsschnitten und

Untergrund-unterdrückung:

†

ds ppg

dMpp2 =

Nobs -N bkg

DMpp2 ¥

1eSelect.

¥ 1 L

Wirkungsquerschnitt:

• Luminositätsbestimmung aus Großwinkel-Bhabha-Ereignissen

• Bestimmung der Selektions- effizienzen weit fortgeschritten

• Reduzibler Untergrund gut unter Kontrolle

• Irreduzibler Untergrund (f0g, rp, FSR,...) bedarf weiterer Anstrengungen

Ë „Off-Peak“-Datennahme!