Das Experiment NA62 am CERN SPS

 

 

Nur für wenige Kaonzerfälle gibt es genaue theoretische Vorhersagen. Eine dieser Ausnahmen ist der extrem seltene Zerfall K+→π+ν¯ν, dessen Verzweigungsverhältnis in der Größenordnung 10-10 liegt. Im Rahmen des Standardmodells ist die Zerfallsamplitude, abgesehen von bekannten Korrekturen, direkt proportional zum Produkt |Vts * Vtd| von CKM Matrixelementen.

 

Die theoretischen Unsicherheiten können aus anderen semileptonischen Zerfällen zuverlässig bestimmt werden und betragen nur wenige Prozent. Wegen ihrer niedrigen Rate, der präzisen Vorhersage, und der Tatsache, dass dieser Prozess nur durch Schleifendiagramme geschehen kann, wäre zusätzliche Beitrage von Physik jenseits des Standardmodells hier einfach zu sehen, wenn man nur genug Ereignisse sammelt. Die meisten Theorien für Physik jenseits des Standardmodells sagen eine signifikante Erhöhung der Rate voraus. Bisher hat das E787/E979 – Experiment in Brookhaven nur 7 solche Ereignisse beobachtet und kann deshalb auf solche Modelle nur grobe Grenzen setzen.

 

Das Experiment NA62 am CERN SPS hat das Ziel, innerhalb von zwei  Jahren  Datenahme etwa 100 K+→π+ν¯ν Ereignisse mit einem Signal zu Untergrund Verhältnis von 10:1 zu nehmen. Die NA62-Kollaboration ist zwar Nachfolger der NA48-Kollaboration, die meisten Teile des Detektors werden aber neu gebaut. Die Kaonen werden durch Protonen aus dem CERN SPS erzeugt, die auf ein feststehendes Target treffen. Im weiteren Verlauf wählt ein achromatisches System Teilchen mit einem Impuls von 75 GeV/c aus. Ein Silizium – Pixeldetektor, der bei einer Rate von 1 GHz arbeitet ( GigaTracker), markiert und vermisst diese. In einem 80m langen Vakuumtank zerfallen die Kaonen. Die Pionspur wird dann in einem Spektrometer vermessen, welches aus 4 Stohkammern und einem Magneten besteht. Um Vielfachstreuung zu reduzieren, werden die Strohkammern im Vakuum betrieben. Untergrund entsteht durch zwei häufige Kanäle K+ → π+ π0  und K+→ μ+ ν die zusammen für 87% aller Zerfälle verantwortlich sind. Um den π+ π0  – Zerfall zu unterdrücken, verwerfen mehrere Photonantizähler alle Ereignisse mit zusätzlichem Photon. Die meisten Photonen werden im Flüssigkryptonkalorimeter, das bereits von NA48 benutzt wurde, nachgewiesen. Ein Weitwinkelzähler, der aus mehreren Ringen aus Bleiglassszintillator um den Vakuumtank besteht, findet Photonen, die den Detektor nach außen verlassen. Kalorimeter am Ende des Strahlrohres weisen Photon nach, die entlang der Strahlachse fliegen.

 

Die Unterdrückung des K+→ μ+ ν Zerfalls wird hauptsächlich kinematisch durch die Impulsmessung in den Strohkammern erfolgen. Um aber die geforderte Unterdrück von 1011 zu erreichen, wird zusätzlich eine gute Myonidentifikation benötigt, Dies geschieht durch einen RICH-Zahler, im Flüssigkryptonkalorimeter und einen neuen Myondetektor, der die Schauer von Pionen und Myonen aufgrund ihrer Form unterscheidet.

 

 

In einer ersten Phase hat die NA62 Kollaboration in den Jahren 2007 und 2008 Daten für eine präzise Bestimmung des Verhältnisses Γ(K+ → e+ ν)/Γ(K+ → μ+ ν)   genommen. Diese beträgt aufgrund der Helizitätsunterdrückung etwa 10-5, und kann innerhalb des Standardmodells präzise vorhergesagt werden.  Mögliche Beiträge durch ein geladenes Higgs-Boson können die Vorhersage um einige Prozent erhöhen oder senken. Mit dem existierenden NA48-Detektor und lockeren Triggerbedingungen konnten etwa 150000 K+ → e+ ν Ereignisse aufgezeichnet werden, die aktuell analysiert werden. Wir erwarten ein Endergebnis mit einer Genauigkeit  von etwa 0,35%, womit wir entweder neue Physik in diesem Kanale entdecken oder aber den möglichen Massenbereich eines geladenen Higgs stark einschränken können. Ein erstes Zwischenergebnis konnte bereits vorgestellt werden.