Messung der CP-verletzenden Asymmetrie von K + - pi + - pi 0 pi 0 mit dem NA48-Detektor
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Abstract
Bis heute ist die Frage nicht geklärt, warum bei der Entstehung des Universums Materie gegenüber der
Antimaterie bevorzugt war und das heutige Materieuniversum entstanden ist. Eine Voraussetzung
für die Entstehung dieser Materie-Antimaterie-Asymmetrie ist die Verletzung der Kombination
nvon Ladungs- (C) und Punktsymmetrie (P), die CP-Verletzung. CP-Verletzung kann sich unter anderem
in den Zerfällen K+- -> pi+- pi0 pi0 zeigen.
Die NA48/2"=Kollaboration zeichnete während den Jahren 2003 und 2004 über 200~TB Daten von Zerfällen
geladener Kaonen auf. In dieser Arbeit wurde die CP"=verletzende Asymmetrie der
Zerfälle K+- -> pi+- pi0 pi0 mit über 90~Millionen ausgewählten Ereignissen aus diesem Datensatz gemessen.
Vorhersagen im Standardmodell der Teilchenphysik sagen hier eine CP"=verletzende Asymmetrie
in der Größenordnung zwischen $10^{-6}$ und $10^{-5}$ voraus. In Modellen außerhalb des Standardmodells
kann es aber auch größere Asymmetrien geben.
Das NA48/2"=Experiment war darauf ausgelegt, mögliche systematische Unsicherheiten zu begrenzen.
Um dies zu erreichen, wurden positive und negative Kaonen simultan an einem Target erzeugt
und ihr Impuls durch ein Strahlsystem mit zwei Strahlengängen auf ca. $60~GeV/c$ begrenzt.
Die Strahlen wurden auf
wenige Millimeter genau überlagert in die Zerfallsregion geleitet.
Die Strahlengänge
von positiven und negativen Kaonen sowie die Polarität des Magneten des Impulsspektrometers wurden
regelmäßig gewechselt.
Dies erlaubte eine Symmetrisierung von Strahlführung und Detektor für positive
und negative Kaonen während der Analyse.
Durch ein Vierfachverhältnis der vier Datensätze mit den unterschiedlichen Konfigurationen
konnte sichergestellt werden, dass alle durch
Strahlführung oder Detektor erzeugten Asymmetrien sich in erster Ordnung aufheben.
Um die unterschiedlichen Produktionsspektren von positiven und negativen Kaonen auszugleichen
wurde in dieser Arbeit eine Ereignisgewichtung durchgeführt.
Die Analyse wurde auf mögliche systematische Unsicherheiten untersucht.
Dabei zeigte sich, dass die systematischen Unsicherheiten
in der Analyse deutlich kleiner als der statistischer Fehler sind. Das Ergebnis der Messung
des die CP-verletzende Asymmetrie beschreibenden
Parameters $A_g$ ist:
begin{equation}
A_g= (1,2 pm 1,7_{mathrm{(stat)}} pm 0,7_{mathrm{(sys)}}) cdot 10^{-4}.
end{equation}
Diese Messung ist fast zehnmal genauer als bisherige Messungen und stimmt innerhalb ihrer Unsicherheit
mit dem Standardmodell überein.
Modelle, die eine größere CP-Verletzung in diesem Zerfall vorhersagen, können ausgeschlossen
werden.