Die Experimente NA48 und NA62 am CERN

 

Überblick

 

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 zur Zeit 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.

Das NA48-Experiment untersuchte Zerfälle von K-Mesonen und Hyperonen. Besonders im Vordergrund steht dabei die Messung von und Suche nach direkter Verletzung der CP-Symmetrie in den verschiedenen Kaonzerfällen: Die Untersuchung der Symmetrieverletzung unter Raumspiegelung P und Teilchen-Antiteilchen-Austausch C ist von sehr großem Interesse und kann Aufschluss geben über die Struktur der schwachen Wechselwirkung, möglicher neuer Physik jenseits des Standardmodells und die Frage der beobachteten Materie-Antimaterie-Asymmetrie des Universums. Bis vor kurzem waren neutrale Kaonen die einzigen Teilchen, bei denen die Verletzung der CP-Symmetrie nachgewiesen wurde.

Des Weiteren eignen sich semileptonische Kaonzerfälle bestens zur Messung des Kobayashi-Maskawa-Matrixelements |Vus|, des sogenannten Cabibbo-Winkels. Das NA48-Experiment hat mehrere der weltbesten Messungen dieses Parameters durchgeführt. Schließlich werden extrem seltene Kaonzerfälle bis hinunter zu Verzweigungsverhältnissen von 10-9 (1 Zerfall in 1 Millarde!) untersucht. Neben einem tieferen Verständnis der schwachen Wechselwirkung interessiert hier vor allem die Untersuchung von Parametern der chiralen Störungstheorie (ChPT). So wurden die genauesten Messungen der π-π-Streulängen, und damit des führenden ChPT-Parameters <0|qq|0>, von NA48 in Zerfällen geladener Kaonen durchgeführt.

Neustes Ergebnis ist eine Präzisionsmessung der relativen Verzweigungsverhältnisse des geladenen Kaons in ein Elektron-Neutrinopaar, bzw. Myon-Neutrinopaar diese wurde zu (2.500 +/- 0.016 ) x 10-5 bestimmt.

Die erste Datennahme des NA48-Experiments fand im Jahr 1997 statt. Bis einschließlich dem Jahr 2001wurden simultan KL- und KS-Zerfälle aufgezeichnet, um den Parameter Re(ε'/ε) der direkten CP-Verletzung bei neutralen Kaonen zu messen. Außerdem wurden diverse seltene und seltenste KL-Zerfälle gemessen.

Im Jahr 2002 wurde im NA48/1-Experiment die Strahlführung geändert, um eine etwa 200fache Intensität der KS-Mesonen zu erhalten und seltene KS- und Hyperonzerfälle untersuchen zu können. Das Experiment besitzt die weltweit größte Datenmenge an KS- und Ξ0-Zerfällen.

In den Jahren 2003 und 2004 schließlich wurde wiederum die Strahlführung geändert, um im NA48/2-Experiment Zerfälle geladener Kaonen zu studieren. Hauptziel ist die Suche nach CP-Verletzung in K+- und K--Zerfällen, außerdem werden diverse seltener K+- und K--Zerfälle untersucht. Mit dem NA48/2-Experiment wurde die Datennahme abgeschlossen.