Fisica dei mesoni scalari e pseudoscalari a KLOE

Fisica dei mesoni scalari e pseudoscalari a KLOE P. Gauzzi Roma, 18/04/2008 Roma 18/04/2008

DA NE • -factory: e+e- collider @ s 1020 Me. V M ; peak 3. 1 b • DA NE nel 2005: • Lpeak = 1. 4 × 1032 cm-1 s-1 • Ldt = 8. 5 pb-1/day Integrated luminosity (pb-1) Fine della presa dati a marzo 2006: 2. 5 fb 1 @ √s=M 8× 109 prodotte + 250 pb-1 “off-peak” @ s=1000 Me. V P. Gauzzi Roma 18/04/2008 2

KLOE Camera: • gas: 90% He-10% i. C 4 H 10 • p. T/p. T = 0. 4% • xy 150 m ; z 2 mm • vertex 1 mm Calorimetro (Pb-Sci. Fi. ): • E/E = 5. 7% / (E(Ge. V)) • t = 55 ps/ (E(Ge. V)) 100 ps • 98% of 4 Magnete: 0. 52 T P. Gauzzi Roma 18/04/2008 3

Fisica di KLOE • Mesoni K: |Vus |, violazione di CP e CPT, decadimenti rari, test di PT, test di meccanica quantistica • Mesoni scalari • Mesoni pseudoscalari • Sezione d’urto adronica [ISR, e+e─ (π+π─)]: correzioni adroniche a (g-2) 0 - Canale di decadimento Eventi (2. 5 fb-1) K+K─ 3. 7 109 KLKS 2. 5 109 π + π+π─π0 1. 1 109 9. 7 107 π0 9. 4 106 4. 6 105 BR=1. 3 10 -3 ππ 2. 2 106 0 π0 5. 2 105 0+ (1020) BR=83% BR=6. 2 10 -5 g KK g g p P. Gauzzi 1 - (770) BR=1. 3% Roma 18/04/2008 f 0(980) BR O(10 -4) g '(958) a 0(980) g BR=15. 3% 4

Mesoni scalari leggeri (600) I=0 (800) I=1/2, S=1 f 0(980) I=0 a 0(980) I=1 • Particolarita’: spettro di massa invertito • Difficile interpretazione come mesoni qq • Ipotesi alternative: – Stati qqqq (Jaffe’ 77) – a 0 e f 0 stati legati (molecole) (Weinstein- Isgur ’ 90) P. Gauzzi Roma 18/04/2008 5

S PP' • KLOE: f 0(980)/ (600) e a 0(980) nei decadimenti radiativi della P P' = 0 0, + 0 ( , + 0) KS KS f 0(980)/ (600) a 0(980) (f 0/a 0) • Misura di branching ratio + estrazione dei parametri rilevanti degli scalari (masse, couplings) P. Gauzzi Roma 18/04/2008 6

S PP 1. Kaon loop [Achasov - Ivanchenko Nucl. Phys. B 315(1989)465, Achasov - Gubin Phys. Rev. D 63(2001)094007, Achasov - Kiselev Phys. Rev. D 73(2006)054029 ] K+ P 1 S P 2 K─ 2. “No Structure” P. Gauzzi g KK g. SPP [G. Isidori, L. Maiani et al. , JHEP 0605(2006)049] Roma 18/04/2008 P 1 e+ S e- P 2 g S g. SPP 7

e+e─ 0 0 Selezione: 5 prompt a q >21 o ; senza tracce nella camera Fit cinematico: conservazione del 4 -impulso accoppiamento dei ai 0 3] Nuovo fit cinematico imponendo anche le masse dei 0 7 4 7) 0 -1 5 0 • Dati: 450 pb 4 10 eventi 9(2 4 JC • Due componenti: →S e e+e-→ π0 P E [ P. Gauzzi Roma 18/04/2008 8

Fit del Dalitz plot (KL) • Kaon Loop con la (600): – Parametri liberi per l’ f 0(980): Mf 0, gf. K+K , gfπ+π (= 2 gfπ0π0) – B= B + BKK e massa e larghezza della (600) parametri fissati [Achasov. Kiselev, PRD 73(2006)054029] – 0 + + interferenza (parametrizzazione VDM - 7 parametri) • Best fit in M slices 2/ndf = 2754 / 2676 P( 2) = 14. 5 % • Senza (600) P( 2) 10 4 0 P. Gauzzi J P E [ C 20 ( 9 4 73 4 ) 7 ] Roma 18/04/2008 9

Fit del Dalitz plot (NS) • “No structure” senza (600) – Parametri liberi: Mf 0, gf. K+K , gfπ+π , g f , a 0, a 1 (complessi) – Ampiezza vettoriale : stessa parametrizzazione del KL (7 parametri) Fit in M slices P( 2) = 4. 2 % ] 3 7 )4 7 0 0 2 49( C J [EP P. Gauzzi Roma 18/04/2008 10

Parametri dell’f 0(980) param. KL NS Mf 0 (Me. V) 976. 8 0. 3 +10. 1 -0. 6 984. 7 0. 4+2. 4 -3. 7 g f (Ge. V-1) 2. 78+0. 02 -0. 05+1. 32 -0. 05 2. 61 0. 02+0. 31 -0. 08 gf + (Ge. V) -1. 43 0. 01+0. 03 -0. 60 1. 31 0. 01+0. 09 -0. 03 gf. K+K (Ge. V) 3. 76 0. 04 +1. 17 -0. 49 0. 40 0. 04+0. 62 -0. 29 ] 3 7 )4 7 00 2 ( 49 C J [EP • Differenza: KL include la (600); NS senza (600) R= (gf. K+K / gf + )2= 6. 9 (KL); 0. 09 (NS) • Parametri della (600) (parametri del modello KL): M = 462 Me. V; = 286 Me. V; g K+K = 0. 5 Ge. V; g + = 2. 4 Ge. V • Dall’integrale dell’ampiezza scalare: P. Gauzzi Roma 18/04/2008 11

e+e 0 0 Scalari + 0 KL NS Solo scalari [PLB 537(2002)21] P. Gauzzi Roma 18/04/2008 12

e+e + Eventi/1. 2 Me. V • Contributi: M( ) (Me. V) • Selezione: 2 tracce + 1 fotone a grande angolo ( > 45 ) • Dati: 350 pb-1 6. 7 105 eventi f 0(980) signal M( ) (Me. V) P. Gauzzi Roma 18/04/2008 13

Fit di KL P( 2)=4. 2% + M( ) (1) NS P( 2)=4. 4% Tutto lo spettro Regione del segnale ISR+FSR Spettro – (ISR+FSR) P. Gauzzi Roma 18/04/2008 14

Fit di + M( ) (2) • Interferenza distruttiva f 0 -FSR • Il fit non e’ sensibile alla (600) f 0 + f 0(980) param. Mf 0 (Me. V) g f (Ge. V-1) f 0 0 0 KL NS 980 – 987 973 – 981 976. 8 984. 7 1. 2 – 2. 0 2. 78 2. 61 gf + (Ge. V) 3. 0 – 4. 2 0. 9 – 1. 1 -1. 43 1. 31 gf. K+K 5. 0 – 6. 3 1. 6 – 2. 3 3. 76 0. 40 4. 2% 4. 4% P( 2) (Ge. V) 4( 3 6 B [PL 8] 14 ) 6 0 20 • R = (gf. K+K / gf + )2 = 2. 2 – 2. 8 (KL); 2. 6 – 4. 4 (NS) P. Gauzzi Roma 18/04/2008 15

f 0(980) update • Fit del Dalitz plot 0 0 e della distribuzione di M( + –) con la stessa ampiezza scalare [ (600) inclusa] • Ultima versione del modello Kaon Loop [Achasov, private communication] f 0 0 0 f 0 + 984. 7 1. 9 (mod. ) 983. 7 gf 0 + (Ge. V -1. 82 0. 19 (mod. ) -2. 22 gf. K+K 3. 97 0. 43 (mod. ) 4. 74 4. 8 4. 6 f 0(980) param. Mf 0 (Me. V) (Ge. V) R=(gf. K+K /gf + )2 • Buon accordo fra i due canali • Dipendenza dal modello ridotta • Prossimo passo: fit combinato P. Gauzzi Roma 18/04/2008 16

0 π ; Events/(4 Me. V) Selezione: 5 prompt con q >21 o ; senza tracce nella camera Fit cinematico: conservazione del 4 -impulso accoppiamento dei a 0 e Nuovo fit cinematico imponendo le masse di 0 e Dati: ~ 450 pb-1 ; 3. 0 104 eventi; • data efficienza 38% 0 7 Fondo = 55% (MC) da: f 0(980) 0 0 e+e 0 0 0 ; 0 0 0 ; f 0 3 M (Me. V) Normalizzazione al numero di prodotte [N = (1. 24 0. 03) 109] Background subtracted [ar. Xiv: 0707. 4609] P. Gauzzi Roma 18/04/2008 M (Me. V) 17

π0 ; + 0 Selezione: 2 tracce + 5 prompt con q >21 o Fit cinematico: conservazione del 4 -impulso accoppiamento dei ai 0 Nuovo fit cinematico imponendo le masse di 0 e 4. 5 103 events; efficienza 20% Data — Bckg (MC) o Fondo = 15% ( + + 4 o 6 fotoni da e+e─ π0; π+π─π0 KSKL π+π─3π0) [N = (1. 15 0. 03) 109] Background subtracted • Combinato: • Br( a 0 ) Br( ´ ) P. Gauzzi [ar. Xiv: 0707. 4609] Roma 18/04/2008 18 M( ) (Me. V)

Fit di 0 M( ) • Fit combinato sulle due distribuzioni di M( 0) Normalizzazione relativa libera: R =Br( )/Br( + 0) • Kaon Loop. Parametri liberi per l’ a 0(980): Ma 0, ga. K+K , ga π 0, (VDM) [Achasov-Gubin PRD 63(2001)094007] parametri liberi: Br( 0 0 ) + (fase) • No structure. Parametri: ga. K+K , ga π, g a , a 0, a 1, Br(VDM) • M(a 0) fissata per NS • PDG R =1. 73 0. 04 • VDM molto piccolo P. Gauzzi Roma 18/04/2008 19

Fit di 0 M( ) • dati ─ fit (+ risoluzione e matrice di efficienza) ( ) KL NS ( ) ( + 0) P. Gauzzi M π (Me. V) Roma 18/04/2008 20

Branching ratio Br( 0 0 + + – ) Br( 0 0 ) ( + – 0) ( ) P. Gauzzi Br( 0 ) qq: Achasov-Ivanchenko NPB 315(1989) Close et al. , NPB 389(1993) 4 q: Achasov-Ivanchenko NPB 315(1989) KK molec. : Close et al. , NPB 389(1993) Achasov et al. , PRD 56(1997) KK molec. -2: Kalashnikova et al. , EPJA 24(2005) Palomar et al. , NPA 729(2003): U PT Escribano, PRD 74(2006): Linear model Roma 18/04/2008 21

Couplings (1) SU(3) (ga. K+K /ga )2 0. 6 – 0. 7 4 q 0. 4 1. 2 – 1. 7 ( SND (2000) : 1. 8 2. 5) (gf. K+K /gf + )2 4. 6 – 4. 8 >> 1 1 2 1/4 CMD-2 (1999) : 3. 61 0. 62 SND (2000) : 4. 6 0. 8 BES (2005) : 4. 21 0. 33 (J/ + , K+K ) (gf. K+K /ga. K+K )2 4 – 5 • g S contenuto di quark s P. Gauzzi Roma 18/04/2008 Meson g M (Ge. V-1) 0 0. 13 0. 71 ´ 0. 75 a 0(980) 1. 6 – 1. 8 f 0(980) 1. 2 – 2. 7 1 22

Couplings (2) • Nuova teoria dei mesoni scalari: [‘t Hooft, Isidori, Maiani, Polosa, Riquer, ar. Xiv 0801. 2288] • Solo dati di KLOE: input gf 0 KK e gf 0 + masse + P output ga 0 KK e ga 0 P. Gauzzi Roma 18/04/2008 23

• con numeri quantici JPC=0++ • “Golden channel” → KSKS + + • Selezione: 2 vertici vicino all’IP, ognuno con 2 tracce di carica opposta + richiesta del fotone per scartare KSKL + + e e+e + + • Dati analizzati: 1. 4 fb-1; efficienza 20% • 1 evento nei dati; 0 eventi di fondo (MC) • Usando i couplings di KLOE dall’analisi , 0 (Kaon Loop) • In corso: analisi di tutta la statistica con ottimizzazione dei tagli e analisi del Roma MC 18/04/2008 ( Ldt 2) P. Gauzzi 24

Pseudoscalari • Una -factory e’ anche una -factory [Br( ) = 1. 3%] • L = 2. 5 fb-1 8 109 108 5 105 ' • • Mixing / ´ Dinamica del decadimento Misura di precisione della massa dell’ ( + ─e+e─ ; 0 ) P. Gauzzi Roma 18/04/2008 25

Mixing / ´ • ; + -; 0 0 0; + - 0 • ; 0 0 0 Stato finale: + - + 7 L= 427 pb-1 N = 3407 61 43 ev. N = 16. 7 106 ev. Massa inv. di + -+ 6 su 7 [err. sist. dominato da Br( )=3%] • Angolo di mixing pseudoscalare: P=(41. 4 0. 3 0. 9)° P=(-13. 3 0. 9)° P. Gauzzi Roma 18/04/2008 M 6 (Me. V) 6 B L [P 0 20 ( 8 4 67 2 ) 7 26 ]

Contenuto gluonico dell’ ´ Y ´ P= (39. 7 0. 7)° Z ´ 2 = 0. 14 0. 04 P( ) = 49 % 2 P. Gauzzi 67] 2 ) 07 (20 8 4 B 6 [PL Roma 18/04/2008 X ´ 27

+ ─ 0 • Viola la simmetria di isospin dove ; + ─ 0 + ─+ 3 (E rec = 363 Me. V) 450 pb-1 1. 34 106 eventi nel Dalitz plot |A(X, Y)|2 = 1+a. Y+b. Y 2+c. X+d. X 2+e. XY+f. Y 3 • c, e compatibili con zero (violano C) • fit senza termine cubico (f. Y 3) P( 2) 10 -6 • Martemianov-Sopov [PRD 71(2005)] Q = 22. 8 0. 4 P. Gauzzi Roma 18/04/2008 [ar. Xiv: 0801. 2642 v 1 - accettato da JHEP] 28

0 0 0 • Dalitz plot simmetrico: |A|2 1 + 2 Z un solo parametro ( = distanza dal centro) • Metodo: fit del rapporto dati/MC MC solo spazio delle fasi |A|2 =costante • 450 pb-1 6. 5 105 eventi usando M =547. 822 0. 069 Me. V (KLOE) (con M =547. 300 Me. V = -0. 014 0. 005) P. Gauzzi [ar. Xiv: 0707. 4137 v 1] Roma 18/04/2008 29

Massa dell’ • Differenza di 8 fra le misure di: – GEM (COSY) in p +d 3 He + – M = 547. 311 0. 028 0. 032 Me. V NA 48 in 3 0 ( + p + n) M = 547. 843 0. 030 0. 041 Me. V • Recente risultato di CLEO-c: M = 547. 785 0. 017 0. 057 Me. V in ' J/ • KLOE: ; check con 0 ; 0 • Dopo il fit cinematico la massa e’ indipendente dall’energia dei fotoni dominata della posizione P. Gauzzi Roma 18/04/2008 30

Massa dell’ E 3 > E 2 > E 1 [JHEP 0712(2007)073] M = 547. 874 0. 007 0. 029 Me. V M 0 = 134. 906 0. 012 0. 049 Me. V PDG 134. 9766 0. 0006 Me. V (1. 4 ) • scala assoluta di s dal fit della line-shape della , normalizzando il picco a CMD-2 (VEPP-2 M) P. Gauzzi M 1 2 (Me. V) Roma 18/04/2008 31

+ ─ e e • Decadimento raro: predizioni di PT e VDM Br 3 10 -4 • 2 misure: CMD-2 4 eventi WASA@CELSIUS 16 eventi • D. N. Gao [MPLA 17(2002)] violazione di CP non convenzionale (non CKM) interazione a 4 quark con S=0 P. Gauzzi Roma 18/04/2008 32

+ ─ e e • Dati analizzati: 622 pb-1 • Selezione: 4 tracce + 1 di E=363 Me. V ( ) • Fit cinematico • Fit della distribuzione di M inv. con segnale + fondo (MC) 733 62 eventi (efficienza = 11. 7 %) Risultato preliminare: Br( + ─e+e─)=(2. 4 0. 2 0. 4) 10 -4 P. Gauzzi Roma 18/04/2008 33

0 π • PT: termini O(p 2) Q = 0; O(p 4) @ tree level = 0; O(p 4) @ 1 loop soppresso test di O(p 6) • Misure recenti di Br( 0 ): (7. 2 1. 4) 10 -4 GAMS (1984) < 8. 4 10 -4@90% C. L. SND (2001) (3. 5 0. 7 0. 6) 10 -4 Crystal Ball@AGS (2005) (2. 24 0. 46 0. 17) 10 -4 Crystal Ball@MAMI(2007) • KLOE ; 0 • Fondo: (1) processi a 5 : a 0 , f 0 ; e+e- 0 ( 0 ) (2) ; 0 0 0 • L 450 pb-1 Br( → 0 ) = ( 8. 4 ± 2. 7 ± 1. 4 ) × 10 -5 • 1. 5 fb-1 P. Gauzzi Roma 18/04/2008 M 4 (Me. V) 34

KLOE-2 • Lo. I (marzo 2006) ─ “Expression of Interest for the continuation of the KLOE physics program at DA NE upgraded in luminosity and energy”: programma di fisica per una luminosita’ integrata di ~ 50 fb-1 al picco della + la possibilita’ di aumentare l’energia nel c. m. fino a 2. 5 Ge. V • In fase di test: nuovo schema di funzionamento di DA NE (crab waist collisions) per aumentare la luminosita’ • In fase di studio upgrade del rivelatore: – ─ ─ ─ P. Gauzzi Inner tracker Tagging per fisica Miglioramento del read-out del calorimetro (nuovi PMT’s) Nuovi calorimetri a piccolo angolo Roma 18/04/2008 35

Programma di KLOE 2 • Test di CPT e di meccanica quantistica studiando l’evoluzione temporale di stati entangled di mesoni K • Universalita’ leptonica (K e / K ) • Unitarieta’ della matrice CKM • Decadimenti rari del KS • Spettroscopia adronica: – Scalari: ricerca della (600) in e+e 0 0 ( 0 0) Osservazione di – Pseudoscalari: , ' a alta statistica ( 0 , …) • Alta energia (fino 2. 5 Ge. V nel c. m. ) – (f 0 ) e (a 0 ) attraverso f 0 , a 0 – Sezione d’urto adronica • Altra fisica a DA NE: – Fattori di forma time-like dei barioni – Ricerca di stati legati nucleari di K (AMADEUS Lo. I) (DANTE Lo. I) [- http: //www. lnf. infn. it/lnfadmin/direzione/roadmap. html, P. Gauzzi Roma 18/04/2008 - F. Ambrosino et al. , EPJC 50, 729 (2007)] 36

Conclusioni • Una parte rilevante del programma di fisica di KLOE e’ dedicato alla fisica adronica (non K) • Scalari: le misure dei Br( S ) e dei couplings degli scalari sembrano indicare una struttura prevalentemente tetraquark di f 0(980) e a 0(980); (600) necessaria per il fit del Dalitz plot di 0 0 • Pseudoscalari: grande statistica di e ' evidenza a 3 di un contenuto gluonico dell’ '; miglior misura al momento della massa dell’ e dei parametri del Dalitz plot di ; decadimenti rari dell’ • Upgrade di DA NE possibilita’ per ulteriori interessanti misure di Roma 18/04/2008 37 spettroscopia adronica P. Gauzzi