Upload
others
View
3
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
K+ Physics at J-PARC
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS)
2005.May.26 K - RARE Meeting at INFN, Frascati
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 1 K+ Physics at J-PARC
Outline [in the next 16 slides, 15 minutes]
• “hadron-machine” experiments in Japan
– KEK 12GeV PS (1977 – 2005)
– J-PARC (2009 –)
∗ Accelerators
∗ Hadron Experimental Facility
• “K+-decay at rest” program at J-PARC:
– FCNC rare decay K+ → π+νν̄
– T-violation in K+ → π0µ+ν, K+ → µ+νγ
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 2 K+ Physics at J-PARC
12GeV KEK-PS experiments, by 2005
- K2K (long-baseline ν): data taking completed
- E391a (K0L → π0νν̄): Run-3 in the autumn ?
- some nuclear experiments are scheduled.
Fast Ext Slow Ext
t o
ν Beamline East Hall
North Hall
protons per pulse 6.5 2.5 ×1012
beam spill 1.1 micro 2.0 sec
cycle every 2.2 every 4.0 sec
operation in a year 6 2∼4 months
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 3 K+ Physics at J-PARC
Japan Proton Accelerator Research Complex
JAERI and KEK Joint Project
(Japan Atomic Energy Research Institute)
• at the Tokai site of JAERI
• 70km north of Narita Airport,
• 50km northeast of KEK,
80 minutes to drive
• KEK “Tokai campus” was
established (April 2005)
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 4 K+ Physics at J-PARC
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 5 K+ Physics at J-PARC
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 6 K+ Physics at J-PARC
Hadron Exp. Facility
Neutrino Exp. Facility
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 7 K+ Physics at J-PARC
J-PARC 50GeV-PS operation (Slow Ext)
KEK-PS AGS J-PARC
Phase-1 (mod ?)
proton energy 12 24 30 30 GeV
protons per pulse 2.5 65 200 100 1012/spill
cycle 4.0 6.4 3.42 >4.42 sec
average current 0.1 1.63 9.5 <3.6 µA
beam spill 2.0 4.1 0.7 >1.7 sec
duty factor 50 64 20 >39 %
instantaneous rate 1.3 16 286 <59 1012/sec
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 8 K+ Physics at J-PARC
�
�
� �
�������� ��������
���������! �"
#%$'&)(+*,#%$'&.-
/10�2435076�86
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 9 K+ Physics at J-PARC
K-decay lines: KL line at 16deg and K1.1 line(S-type)
or, in the future ...Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 10 K+ Physics at J-PARC
The show must go on !
• theoretical motivation:
|Vtd| in the SM, or beyond the SM
• impetus for more measurements:
3 events with small (and controlled) bgd,
B.R. = (1.47+1.30−0.89)× 10−10
• “K+ decay at rest” (low-energy K+):
established and matured with some known
limitaions (acceptance, ..)
• potential major upgrades have been
discussed since late 80’s
(KAON, AGS-2000, ...)
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 11 K+ Physics at J-PARC
detector: solenoidal spectrometer
COLLAR COUNTER
RANGE STACK
TARGET
END CAP VETOγ
DRIFT CHAMBER
RANGE STACK STRAW CHAMBERS
CERENKOV COUNTER
BEAM CHAMBER 1
BEAM CHAMBER 2
BE-O DEGRADER
END CAP VETOγ
B4 COUNTERS
COLLAR COUNTER
BARREL VETO γ
MICRO COLLAR
K+
π+
BARREL VETO γ
detector R& D’s around KEK, including:
• active degrader (PbWO4, ..)
• Silicon Strip beam counter
• “chopped” plastic-scintillators
• 500-MHz waveform digitizers
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 12 K+ Physics at J-PARC
New Spectrometer for breakthroughs (conceptual stage)
≥2 Tesla spectrometer
• momentum resolution
• “compact” detector
– “fiber” stack
– “crystal” barrel
• segmentation
goal: more than 50 SM signal events (BR precision ≤ 20%)
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 13 K+ Physics at J-PARC
T-violating PT in K+ → π0µ+ν, K+ → µ+νγ
PT• PT ≡ sµ+ × (pπ0 × pµ+)
|pπ0 × pµ+ | : T-odd
→ an observable of CP violation
• sensitive probe of non-SM CPV
• PT = −0.0017 ± 0.0023stat ± 0.0011syst
( |PT | < 0.50% )
Kµ3 from KEK-E246: PRL 93(2004) 131601
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 14 K+ Physics at J-PARC
J-PARC T-violation experiment (K+ decay at rest)
C3C4
CsI (Tl)
Polarimeter
(a)
µ+
K+
C- Counter
Pb
C2
0 0.5 1m
TOF
v
Quad
-10 -5 0 5 10 y (cm)
µ stopper Trigger counter
TOF counter
C4 chamber
Left e counters Right e counters+ +
Fe field trim
+e+
µ+
Cu degrader
z
y
r
z
(or y)
r
Target
µ stopper
Cu degrader
(b) (c)
counter
stopperIron pole
Coil
Target
CsI (Tl)
e+
+µ
e counter+
+
Magnet
r
(or y)z
upgrading the E246 apparatus, in an early stage of J-PARC:
• CsI(Tl) readout
• photon veto system
• additional tracker
• polarimeter system
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 15 K+ Physics at J-PARC
New Detector for breakthroughs
������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
�����������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������������
+µ
+
Calorimeter
Preshower detectors
Degrader
Active targetK
Central tracker
Veto counters
Trackers
γ
γ
γ
Polarimeter
-veto and calorimeter
+e
+µ
TRACKER
Plastics
Al-plates
ACTIVE POLARIMETER SEGMENT
MWPC
goal: PT ∼ 10−4 (E246 was limited by the statistics)
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 16 K+ Physics at J-PARC
NP Experiments at J-PARC: near-term schedule
2003 Jan 30 LoI’s were submitted.
Jun Facility Committee’s assessment:
- Day-1 experiments
- Phase-1 experiments (including kaon experiments)
2004 Feb Report on the Beamline Layout plan of the Hadron Exp Hall
http://www-ps.kek.jp/jhf-np/Layout/Layout.html
2005 Jun ? Call for full-Proposals
2006 Mar ? deadline of the Day-1 Proposals
2008 J-PARC first beam ??
2009 Day-1 experiments start ??
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 17 K+ Physics at J-PARC
Summary : K+ Physics at J-PARC
• new Hadron Experimental Facility, under construction
• “K+-decay at rest” experiments, with established techniques
to control backgrounds, systematics.
• K1.1 line for lower-energy K+ beam (studies in progress),
or new K+ beam line in future
• goal: beyond the Standard Model with K+ decays
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 18 K+ Physics at J-PARC
Backup Slides
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 19 K+ Physics at J-PARC
KEK-PS BNL-AGS FNAL/CERN
1960 Experiments started (32GeV).
1964 (the year I was born) K0L → π+π−
1977 Experiments started (12GeV).
E10: K+ → π+νν̄
E89,104: K+ → µ+νH
E99,195: PL in K+ → µ+ν
E137: K0L → µe ←→ K0
L → µe direct CPV: ε′/ε
K+ → π+µ+e− K0L rare decays
K+ → π+νν̄ K0S decays
1993 Booster
E162: K0L → π+π−e+e−
E246,470: PT in K+ → π0µ+ν, ..
E391a: K0L → π0νν̄
* 1992∼ US-Japan kaon program (BNL-E787/E949, FNAL-KTeV)
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 20 K+ Physics at J-PARC
K0.8/K1.1 line(C-type) and high-memontum line
Takeshi K. Komatsubara (KEK-IPNS) 21 K+ Physics at J-PARC