KLOE Fisica - F. Bossi - Istituto Nazionale di Fisica Nucleare

KLOE STATUS REPORT
F. Bossi
CSN1-Trieste 18/9/06
A circa 7 anni di distanza dal roll-in (Natale 1998)
KLOE ha terminato la presa dati su DANE ed e’
stata riportata nella contigua sala di assemblaggio
(Maggio 2006)
L’efficienza di rivelazione del detector (tutto incluso)
e’ stata superiore al 90% durante l’intero periodo ed
ha consentito la raccolta di un campione di:
~2500 pb1 al picco della 
~300 pb1 off-peak (principalm. a Ecm = 1000 MeV)
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2
KLOE INTEGRATED LUMINOSITY AT  PEAK
Best performance: Sept/Oct/Nov 2005 : 179/189/194 pb1
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3
LA CAMPAGNA D’INVERNO 06
Come richiesto da KLOE e raccomandato dal C.S., KLOE
ha concluso la presa dati con:
• Uno scan di 4 punti intorno al picco per determinare la
scala assoluta di energia della macchina, e studiare la
dipendenza da √s nella produzione di f0 ed 
• Una presa dati stabile a √s = 1000 MeV, per lo studio di
() fino alla soglia di produzione , e per lo studio di
processi 
Data acquired between 5 Dec and 16 Mar
√s (MeV) 1023.
Lint (pb-1)
10.4
1030.
11.4
1018. 1010. 1000.
10.2
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11.0 233.5
4
12 May 2006: KLOE roll-out
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5
STATO DELLA RICOSTRUZIONE
Runs 28700 (9 May 04) to 41902 (5 Dec 05)
raw
1970
1930
tag 100
recon
1740
dkc
dk0
1480
d3p
1520
drn/drc
1480
500
88% reconstructed
50% K+K
990
0
98% fully calibrated
1000
1500
75% KSKL
77% +0
DST format
(ready for
analysis)
75% f radiative
2000
pb-1
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6
STATO DELLE ANALISI DI FISICA
Il 2006 e’ stato impegnato su due fronti principali:
• Inizio della campagna di simulazione dei dati 04-05
•Finalizzazione di numerose analisi di precisione sui
dati 01-02
KLOE PHYSICS PAPERS
7
6
5
4
3
2
1
0
2002
2003
2004
2005
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2006
7
KAON PHYSICS PUBLISHED RESULTS IN 2006
Channel
KS en
K S   + ,  0  0
KL ln, 
Measurement
BR to 1.3% and form factor slope
First meas. of charge asymmetry
G(+)/G(00) to ~0.25%
Status
PLB636 (2006) 173
Accepted by EPJC
KL en
K L   + 
Absolute BR’s to ~ 0.5%
KL lifetime from S(BR)=1
Form factor slopes
BR to 1.1%
PLB 636 (2006) 166
PLB 637 (2006) 140
K+ m+n
Absolute BR to ~ 0.27%
PLB 632 (2006) 76
PLB 632 (2006) 43
Tutti numeri sul PDG 06!
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8
RISULTATO PIU’ RECENTE: KS →+
PID using decay kinematics
Normalize to KL  mn events
BR = (1.9630.0120.017)10-3
rel: 1.1% = 0.6%stat  0.9%syst
• in agreement with KTeV 2004
BR = (1.975  0.012) 103
• it confirms the 4 discrepancy
with PDG04 = (2.080  0.025) 10-3
• we get:
|h+ | = (2.216  0.013) 10-3
[ BR(KS ) and tL from KLOE, tS from PDG04]
PDG04: |e| = (2.280 0.013)10-3
2
2
Emiss
( )+ pmiss
(MeV)
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9
KS →e : le misure
TOF e/ ID, fit to Emiss pmiss spectrum
Normalize to + counts
Branching ratio
BR(pen) = (7.0460.0770.049 )10-4
fractional error: 1.3% = 1.1%stat  0.7%syst
signal
Charge asymmetry
1.5  9.6  2.9 ) 
AS = (
10-3
first measurement
bkg
KSe3 form factor slope
l+ = ( 33.9  4.1 )  103
first meas., compatible with KL
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10
KS →e : test di CPT
1) Re x: CPT viol. and DS  DQ
AS AL = 4 ( Re x + Re d )
Re x = ( 0.8  2.5) 103
AL
KTeV
=0.75104
Re d CPLEAR = 3.4 104
Factor 5 improvement w.r.t.
current most precise measurement
(CPLEAR, = 1.3 102 )
2) Re y: CPT viol. and DS=DQ
AS+AL = 4 (Re e Re y)
Re y = ( 0.4  2.5) 103
Re e from PDG not assuming CPT
Comparable with best
result (CPLEAR from
unitarity, = 3.1 103 )
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11
SOON TO COME: LA RELAZIONE DI BELL-STEINBERGER
Grazie (principalmente) alle numerose nuove misure di KLOE,
e’ possibile migliorare considerevolmente la precisione
sperimentale sulla relazione di Bell-Steinberger
(1 + i tan fSW) [Re e  i Im d] =
1
A*(KS  f ) A(KL  f ) = Sf af
S
f
GS
Questa e’ una relazione fondamentale, poiche’ una misura di
Imd  0 comporta almeno una di tre possibilita’ “non standard”:
• Violazione dell’unitarieta’
• Violazione di CPT
• Matrici di massa e larghezza dipendenti dal tempo
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12
LA RELAZIONE DI B-S: INPUT SPERIMENTALI
E’ in preparazione un articolo di KLOE assieme a
G. D’Ambrosio e G. Isidori
Dei 22 input sperimentali, 13 provengono da misure di KLOE
da sola (→) o combinata con altri esperimenti (→)
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13
LA RELAZIONE DI B-S: RISULTATI
Ree = (160.8 ± 1.3) x 105
previous
Ree = (164.9 ± 2.5) x 105
Imd = (2.4 ± 5.0) x 105
Ree (x 102)
M(1018 GeV)
0.5
G(1018 GeV)
Imd (x 104)
cfr.
Imd = (0.5 ± 2.2) x 105
10
5
0
0
0.5
0.155
0.16
0.165
10
5.2 x 1019 < MK < 6.6 x 1019 GeV
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0
5
95% C.L.
14
TEST DI QM CON EVENTI KS-KL → 4
Deviazioni dal comportamento standard quantomeccanico del
sistema dei K neutri possono essere osservate tramite lo studio
dell’intensita’ dei decadimenti correlati KS-KL → 4
•
Nel modello piu’ semplice si introduce un parametro di
decoerenza  che descrive la “fattorizzabilita’” della f.d.o. iniziale
(QM = 0)
•
In modelli di QG, la decoerenza implica inoltre una violazione di
CPT che puo’ essere descritta da 3 nuovi parametri a, , 
probabilmente O(M2K / MPlank) ~ 10-20 GeV
•
I puo’ supporre che, sempre in ambito di QG, si osservi un
breakdown della correlazione di Bose nello stato iniziale,
descritta da un nuovo parametro , || ~ O(E2/MPlank /G)1/2 ~ 103
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15
TEST DI QM CON EVENTI KS-KL → 4
380 pb1 di dati di KLOE sono stati usati per fittare tutti e tre i
modelli, con i seguenti risultati
SL = 0.018 ±0.040 ± 0.007
cfr.
00 = (0.10 ±0.21± 0.04)105
CPLEAR
SL = 0.13 ±0.16
00 = 0.4 ±0.7
 = (1.1 +2.92.4 ± 0.4) 1021 GeV
 = (1.1 ± 2.0) 1021 GeV (CPLEAR)
Re() = (1.1 +8.75.3 ± 0.9) 104
Im() = (3.4 +4.85.0 ± 0.6) 104
KL regeneration
on the
beam pipe
|| < 2.1 103 at 95% C.L.
No simultaneous decays
 mai misurato prima
Paper submitted to
PLB
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FISICA ADRONICA: STUDIO DEL MESONE SCALARE f0(980)

qq

qqqq
(Jaffe 77)
La natura dei mesoni
scalari f0 e a0 e’ controversa

molecole KK (Weinstein Isgur 90)
Sia il BR(→S) che lo spettro di decadimento dipendono da
questa natura. E’ tuttavia necessario specificare il modello
con cui si descrive il processo di decadimento
2) “No Structure”
1) Kaon Loop
[N.N.Achasov, V.N.Ivanchenko, NPB315 (1989) 465]
[N.N.Achasov, V.V.Gubin, PRD 56 (1997) 4084]
K+
S
K-
P
P
gfKK
gSKK
gSPP
[G.Isidori, L.Maiani, M.Nicolaci, S.Pacetti,
hep-ph/0603241]
e+
e-
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V
S
P
gVS
gSpp

17
STUDIO DEL f0: IL CANALE CARICO
Prima misura al mondo del processo →f0→+
Dal fit sullo spettro di decadimento
della coppia  si deduce:
• In entrambe i modelli forti accoppiamenti
sia con i  che con i K (4-quark model)
• Non c’e’ necessita’ di introdurre la (600)
Si osserva una chiara asimmetria FB
funzione di M, cosi’ come previsto
in presenza di produzione di f0
 no f0
‫ ٱ‬with f0
• data
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18
STUDIO DEL f0: IL CANALE NEUTRO
Strategia di analisi migliorata rispetto a PLB537 (02):
• Introduzione dell’interferenza con il canale in 0
• Dalitz-plot bi-dimensionale in M() – M()
Risultati:
a) Nel modello KL si conferma il forte accoppiamento dell’ f0
con  e K osservato nel canale carico
b) La convergenza del fit richiede la presenza della (600)
c) Il risultato a) e’ falso se si usa il modello NS, che pero’ e’
molto sensibile alla parametrizzazione del fondo continuo
Paper submitted to EPJC
Si sta pianificando un fit combinato dei due canali per
ottimizzare l’estrazione di informazione fisica
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19
L’IMMEDIATO FUTURO: ALTRE ANALISI DATI 01-02
Sono in corso ed a buon punto di “cottura” parecchie ulteriori
analisi sui dati 01-02
Fisica adronica:
Fisica dei K:
• BR(KL→e) con E > 30 MeV
• Misura della massa dell’ h
• Studio del ff scalare in KL semil.
• Dalitz plot di h→3
• Prima misura di B(KS→m)
• Limite superiore su h→00
• Vita media del K+
• Mixing hh’
Alcuni draft gia’ in circolazione. Analisi concluse ≤ 1 anno
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20
IL PROSSIMO FUTURO: ANALISI DEI 2.5 fb1
L’analisi dell’intero data set consente sostanziali miglioramenti in
alcune delle precedenti analisi ed apre la possibilita’ di studiare
nuovi canali.
Fisica adronica:
Fisica dei K:
• Misura di KS → , +0, +e+e
• Studio di f0,a0 → KK
• Limiti su KS → 30, e+e
• Search per la (600) in reazioni 
• Improved B(KS →e) e AS
• Studi di h→0, +e+e, +
• Misura di B(KL →) a 103
• Decadimenti dell’ h’
• Interferometria Quantistica
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PRODUZIONE MONTECARLO 04-05
Importante lavoro di preparazione per la campagna di
produzione MC 04-05 terminato ~ Giugno 06
•
•
•
•
Map of 2004-2005 machine energy and trigger conditions ready
New IR geometry in simulation
Better parameterizations of EmC response: t, E resolution; cluster efficiency
Improved simulation of nuclear interactions in DC wall and beam pipe
•
•
•
•
New event generators: KS  +e+e-;   en,   e+e ; e+e  0
Simulation of dE/dx measurement in DC
Machine background from events acquired with random trigger
Correlated noise in charged kaon tracking
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22
STATO DELLA PRODUZIONE MC
• Pre-produzione
di un campione di 350 pb-1 completata con
successo
• Produzione finale iniziata da poco. Prodotti ~ 200 pb-1 di
eventi  → all ad una rate di ~ 10 pb-1/day su 214 CPU B80
• Studi in corso per migliorare il throughput di dati per poter
aumentare il numero di CPU utilizzate per la produzione MC
Va inoltre tenuta in considerazione la necessita’ di
riprocessare i dati 2004 che sono stati ricostruiti con una
errata mappa dei fili caldi
Con questa potenza di calcolo pensiamo di completare entro
Maggio 2007 sia la produzione MC in scala 1:1 dei dati
2004-2005 che il reprocessing
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RISORSE OFFLINE: TAPE LIBRARY
Final estimate includes:
• Closing of holes in
datarec/DST coverage
• MC for ’04-’05 data
Tape library usage (TB)
raw
DS
T
rec
MC
Current
capacity
810 TB
536
Current
955
Final
0
200
400
600
800
Library capacity:
• Currently 810 TB
600 new cassettes
added at start of 2006
• Expandable to 1400 TB
(1400/3600 slots in use
in new library)
1000
Will need 145 TB of additional cassettes to finish MC production
400 new cassettes (120 TB) already financed on 2006 budget
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24
UN MASTERPLAN PER LE ANALISI FUTURE
Alcune delle analisi summenzionate sono gia’ cominciate
ed a buon punto di maturazione
La tempistica per i risultati di queste analisi e’ strettamente
connessa con quella della produzione MC. Un piano
ragionevole puo’ prevedere:
• Risultati preliminari di alcune analisi pronti per meta’ 2007
• Finalizzazione delle analisi nel corso dei successivi ~ 2 anni
Va sottolineato che la manodopera a disposizione e’
relativamente limitata: ad es. oggi abbiamo 7 dottorandi e 3
laureandi, + 3 FTE dedicati al computing
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VERSO KLOE-2
A Marzo di quest’anno e’ stata presentata una EoI al
Laboratorio per la continuazione del programma di fisica di
KLOE ad una facility in grado di fornire una luminosita’
integrata alla  di ~ 50 fb1 in un periodo di ~ 3 anni, e di
operare uno scan in energia fino a ~ 2.4 GeV ad una
luminosita’ di picco di ~ 1032 cm-1s-2 per la misura della
sezione d’urto multiadronica e lo studio di eventi di collisione
fotone-fotone
Data supposta di inizio presa dati: 2011
http://www.lnf.infn.it/lnfadmin/direzione/KLOE2-LoI.pdf
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Il progetto e’ stato presentato al Comitato Scientifico dei
Laboratori il 31/5 e ne ha ricevuto un fermo sostegno
The Committee was impressed by the EoI presented by the
KLOE-2 Collaboration… This increase in luminosity and
energy will open new prospects relative to the goal achievable
by KLOE with the present data sample… The required
detector upgrades are a minor additional investment
compared to the cost of KLOE… The Committee is satisfied
with the overall assessment of needs and options presented in
the EoI, and encourages the Collaboration to continue its
preparatory work.
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STATO DELLA COLLABORAZIONE
Attualmente:
Di cui
:
72 fisici
di 12 istituzioni
44 italiani
4 italiane
41 gia’ in KLOE 7 gia’ in KLOE
Sono in corso contatti con ulteriori istituzioni per
rafforzare la Collaborazione. Newcomers are welcome!
Il 30 Giugno si e’ tenuto ai LNF un meeting generale
con lo scopo di (a) discutere le milestones immediate
del nostro progetto (b) definire le prime strutture di
“governo” della collaborazione
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PROGRAMMA DI FISICA ALLA 
KAON PHYSICS:
• Interferometria Quantistica
• Decadimenti rari del KS ( en, mn, 3, 0l+l…)
• Search di LFV con i decadimenti Ke2
h- h’ PHYSICS:
• Dettagliati test di PT con decadimenti adronici e radiativi
• Test di C, CP h→3, 2, 0l+l
h’ → hl+l
MESONI SCALARI:
• Studio ad alta statistica di f0, a0 → KK
• Searches di (600) K*(800) attraverso reazioni 
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PROGRAMMA DI FISICA A 1 ≤ √s ≤ 2.5 GeV
HADRONIC X-SECTION:
• Misura di R per la determinazione di am e ae.m.
• Energy scan: migliorare di un ordine di grandezza la
precisione sulle misure dei canali esclusivi
SPETTROSCOPIA:
• Studio delle ricorrenze ,,
• Natura della (1900) (glueball?)
FISICA :
• Studio della produzione di h’, f0, a0 e loro larghezza 
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30
VERSO KLOE-2: UPGRADES DEL DETECTOR
Molto lavoro preparatorio e’ necessario per poter disporre di
un rivelatore in grado di sostenere da una lato il maggior flusso
di dati e dall’altro di mantenere le sistematiche ai livelli
desiderati
• KLOE FEE : spares (if possible) or
updates
• Daq update
• Computing update
• Inner tracker/vertex detector insertion
• Calorimeter upgrades
• Software upgrades
•
Stay’n alive
Sustain lum
Reduce syst
Enalarge physics
scope
 tagger insertion
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TRACCIATORE INTERNO: REQUIREMENTS
Il primo layer sensibile della DC di KLOE si trova a 30 cm
dall’IP. L’inserimento di un tracciatore nella zona, attualmente
vuota, 10 ≤ R(cm) ≤ 25 e’ rilevante per molte delle misure
summenzionate (Q.I., KS decays, h decays)
E’ altresi’ fondamentale minimizzare il material-budget per
non deteriorare la p → X0 <~ 1.5%
Una risoluzione spaziale O(200 mm) assicura un contributo a
p < di quello dovuto al MS su tracce O(10 cm)
Questo rivelatore deve essere in grado si sostenere una rate
di fondi macchina relativamente elevata (O(10 Mhz/layer)?)
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32
INNER TRACKER: Conceptual GEOMETRY
25
cm
10
cm
Quads
Quads
DC wall
50
cm
Real life geometry MUST follow the IP region design
63 cm
56 cm
50 cm
25 cm
44 cm
38°
22.5 cm
38 cm
15 cm
17.5 cm 20 cm
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33
LA GEM CILINDRICA
Una tecnologia estremamente promettente ed innovativa sembra
essere rappresentata dalla GEM cilindrica (G. Bencivenni et al.)
Il cilindro e’ realizzato avvolgendo un foglio
di GEM a forma di parallelogramma, con
una minima (~ 3 mm) zona morta elicoidale
FE out of
acceptance
Ogni layer cilindrico e’ costituito da 5 strati: il
catodo, 3 fogli di GEM, l’anodo di lettura
3 mm
2 mm
2 mm
Rivelatore estremamente leggero: ~ 1% X0
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2 mm
34
GEM CILINDRICA: LAVORI IN CORSO
La tecnica di avvolgimento e’
stata provata con successo su
GEM di scarto di LHCb
Va ora costruito ed equipaggiato (200 canali, DAQ chain) un
prototipo single layer con GEM buone per testarne il
funzionamento entro il 2007
E’ nostra intenzione utilizzare elettronica di FE gia’ sviluppata
per altri esperimenti (ricerca in corso)
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35
GEM CILINDRICA: LE DIMENSIONI
Attualmente vengono prodotte industrialmente fogli GEM di
dimensioni massime 400 x 400 mm2
Cfr. KLOE-2 : 500 x 2300 ÷ 600 x 2300 mm2
Tuttavia la 3M puo’ produrre fogli di kapton biramato (da
“GEMmare”) larghi 514 mm e di lunghezza infinita. Ci
incontreremo con loro in Ottobre
Queste dimensioni consentirebbero la costruzione dei primi 4
layers con la tecnica di avvolgimento summenzionata
Per il 5o e’ pensabile una soluzione di incollaggio di due fogli che
aumenterebbe leggermente lo spazio morto (da testare)
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GRANULARITA’ DEL CALORIMETRO
Una granularita’ di lettura del calorimetro piu’ fine rispetto alla
attuale (~ 4x4 cm2) puo’ risultare rilevante allo scopo di ridurre
effetti sistematici indotti da:
• Merging dei clusters: rilevante, p. es,
in Ks → , KL → 00
• PID issues: il profilo dello sciame
aiuta , p.es, in Ke2/Km2
• Splitting dei clusters: piu’
problematico. Utilissimo in KS →30
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37
GRANULARITA’ DEL CALORIMETRO
Si e’ formato un gruppo di lavoro con lo scopo di
• Determinare la granularita’ ideale attraverso una dettagliata simulazione
con FLUKA su alcuni canali di fisica campione
• Studiare soluzioni tecniche concrete, testando in laboratorio e su fasci di
test (BTF, PSI) strumenti gia’ disponibili sul mercato (PMT multianodo)
• Ricercare ulteriori possibili soluzioni tecniche (PMT ad alta QE?)
•
Studiare le problematiche connesse alla rimozione del vecchio hardware
(guide di luce, pmt…) ed alla installazione di quello nuovo
Queste attivita’ sono gia’ incominciate, particolarmente a RM1 e
RM3, con il coinvolgimento di alcuni neo-collaboratori stranieri
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We started to test a multianode PMT as
possible device for an improved granularity:
PMT
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Mechanical issues to remove present readout are not trivial
The dismounting of the light guides is a complex job. Careful
design and planning are needed
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40
IL TAGGER DI EVENTI 
La osservazione di eventi di scattering  sia alla  che ad alta
energia e’ rilevante per
• Provare conclusivamente l’esistenza del mesone (600) tramite →00
• Determinare le larghezza  dei mesoni scalari f0 e a0 e pseudoscalari h ed h’
Sperimentalmente gli eventi debbono essere taggati dalla
osservazione dell’ e± diffuso in avanti (alla  il tagging da
entrambe i lati e’ necessario)
Allo scopo proponiamo di utilizzare rivelatori di posizione del
tipo di quelli utilizzati dall’esperimento GRAAL a Grenoble.
Il relativo gruppo di RM2 e’ entrato in KLOE-2 → Tecnica
consolidata
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SMALL ANGLE TAGGER
Position detector: mstrip silicon detector + plastic scintillator hodoscope
Stiamo studiando assieme alla DA la locazione ideale dei
rivelatori sulla linea di fascio sulla base dell’ottica prevista nella
nuova zona di interazione
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LA ZONA DI INTERAZIONE
Secondo i nuovi programmi del Laboratorio (cfr presentazione
di M. Calvetti) uno schema della nuova zona di interazione
puo’ essere installata ed operativa gia’ per l’Autunno 2007 per
il run di SIDDHARTA
Stiamo studiando la possibilita’ di installare un nostro SAT
completo su questa zona con lo scopo di
• Caratterizzare il rivelatore
• Fornire una misura indipendente della luminosita’
• Misurare il livello di fondi macchina nella zona di interazione
Lo studio della meccanica della zona di interazione di KLOE-2
completo e’ appena cominciato
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CONCLUSIONI
• La
presa dati di KLOE si e’ conclusa con successo. Il
rivelatore e’ adesso “parcheggiato” in sala assemblaggio
• La produzione di lavori di fisica continua a rate elevata
• Abbiamo cominciato ad attaccare le analisi dei 2.5 fb-1. Ci
aspettiamo di lavorarci a pieno regime per almeno 2 anni
• Si sta definendo la strada che porta a KLOE-2. Abbiamo
molte idee per miglioramenti del detector e stiamo pianificando
un intenso anno di lavoro preparatorio
• Tuttavia la collaborazione e’ ancora sottocritica. Abbiamo
bisogno di tutto il vostro appoggio per potere continuare.
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