Misura diretta al LEP del numero di famiglie di neutrini

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Eleonora Pasquali
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1 Misura diretta al LEP del numero di famiglie di neutrini Anno Accademico Presentazione a cura di F. Orio

2 Quanti tipi diversi di neutrino esistono? Spettro continuo del decadimento β ν e _ ν e π + μ + + ν μ ν μ + n p + μ - Scoperta del leptone τ _ ν μ, ν μ _ ν τ, ν τ Il quadro è completo?

3 Misura indiretta di N ν al LEP Γ inv = Γ tot - Γ vis SM: Γ ν = ± 1.5 MeV N ν = Γ inv / Γ ν ALEPH DELPHI L3 OPAL1 N ν = ±

4 Misura diretta di N ν 1981: G. Barbiellini, B. Richter and J. L. Siegrrist Physics Letters B 106 (1981) : M. Chen, C. Dionisi, M. Martinez and X. Tata Physics Reports 159 (1988) : L3 Collaboration

5 L idea base γ e+ e - Z ν e + e -- ννγ ν _ ν _ Forte segnatura: un solo fotone con E γ = s M Z Possibilità di osservare un gran numero di eventi in prossimità di M Z La misura è diretta!

6 Vantaggi di una misura diretta Il valore di Γ inv potrebbe essere dovuto non solo ai neutrini ma anche ad altre particelle stabili e debolmente interagenti con m<m Z /2 N ν >3 Il valore di Γ inv potrebbe anche essere più piccolo del previsto a causa, ad esempio, di accoppiamenti non previsti dallo SM N ν <3 Una misura diretta della Γ inv risulta allora fondamentale

7 Processi caratteristici e+ γ e - Z ν ν _ e+ ν e+ γ ν e+ ν de γ ν e+ Z e - γ ν _ 2 d σ d cosθ γ ( E,cosθ, s) σ ( s ) = H γ γ 0 e - γ W ± ν _ e - W ± ν Se s è prossima a M Z questi contributi sono trascurabili e - W ± γ ν _ σ 0 ( s ) 12π s Γ N Γ e ν νν = 2 M 0 Z Z Z ( 2 ) s M 0 + s Γ 0 M Z 0 s = s ( 1 2E s ) γ

8 Il background e + e - e + e - γγγ e + e - X γ γ con X = l + l - γ, π 0, η, η e + e - e + e - γ Radiative Bhabha scattering

9 Strategia della misura Misurare un singolo fotone di bassa energia (~100 MeV) Assicurarsi che l evento non sia di background Conoscendo la luminosità della macchina, dal numero di eventi si ricava la sezione d urto Dalla sezione d urto si ricava il valore di N ν

10 L apparato sperimentale: L3 al LEP

11 L apparato sperimentale: L3 al LEP BGO barrel: BGO endcaps: HCAL: MUCH: LUMI:

12 Il trigger di primo livello Si sommano gli output del BGO barrel in 256 segmenti da 30 cristalli ciascuno Vengono sommati i segmenti per θ costante e φ costante: si ottengono 32 somme Σ θ ed 8 somme Σ φ Condizioni del trigger: max θ e max φ > 900MeV max θ e max φ > 0.8 tot Rate ~1 Hz (essenzialmente dovuto al rumore elettronico!!!)

13 Il trigger di terzo livello Nuova condizione di trigger: un UNICO cluster nel BGO barrel con un energia totale maggiore di 500 MeV Il cluster deve essere formato da un numero di cristalli che va da 2 a 80. Il rate totale di eventi in uscita dal trigger si riduce ~ 0.01 Hz

14 Condizioni elettromagnetiche La selezione degli eventi Deposito di energia nel BGO barrel nell intervallo 1 10 GeV, condiviso da almeno cinque cristalli Distribuzione laterale dell energia depositata compatibile con quella ottenibile da una singola particella elettromagnetica proveniente dal punto d interazione In questo modo diminuisce la probabilità di includere eventi di bremsstrahlung da raggi cosmici

15 La selezione degli eventi Condizioni di veto Nessun altro deposito di energia nel BGO (più di 100 MeV condivisi da più di due cristalli contigui) Nessuna traccia nel TEC Meno di 3 GeV depositati nel HCAL Meno di 1.5 GeV depositati nelle LUMI Nessuna traccia nel MUCH No eventi a due fotoni No eventi a singolo elettrone No Radiative Bhabha Scattering No CR Breemsstrahlung

16 Gli eventi buoni Questi risultati però sono sicuramente affetti da sistematiche: bisogna studiare le varie fonti di errore!

Efficienza di sottrazione del background Efficienza di selezione: condizioni di veto Errore sulla

17 Studio degli errori sistematici Efficienza del trigger:costanti di calibrazione, risoluzione e fattori di conversione Efficienza di selezione: condizioni elettromagnetiche Scala energetica Efficienza di sottrazione del background Efficienza di selezione: condizioni di veto Errore sulla misura di luminosità Efficienza dei generatori Monte Carlo Errori teorici su Γ ν Cosmic Ray Background Procedura di fit

18 Risultati ( ) ( ) Z Z Z e Z M s M s N s M s Γ + Γ Γ = ν ν ν π σ Γ inv = 498 ± 12 (stat) ± 12 (sys) MeV N ν = 2.98 ± 0.07 (stat) ± 0.07 (sys)

19 Conclusioni N ν = 2.98 ± 0.07 (stat) ± 0.07 (sys) Sicuramente non è una misura precisa come si sperava Se anche si avesse a disposizione una statistica maggiore resterebbe il problema delle sistematiche Con le conoscenze attuali non è possibile una misura di questo tipo molto più precisa

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