Experimento NA31

NA31 es un experimento del CERN propuesto en 1982 para medir |η ₀₀ /η _+- | ² por la colaboración CERN-Edimburgo-Maguncia-Pisa-Siegen. Recopiló datos entre 1986 y 1989, utilizando un haz de protones del SPS a través de la línea de haz neutro K4 . Su objetivo era demostrar experimentalmente la violación directa de CP.

Si bien la simetría de carga y la simetría de paridad se violan para cualquier transformación bajo la interacción débil , se sabe que la violación de CP solo aparece en fenómenos particulares, como las desintegraciones de kaones y mesones B , bajo la interacción débil.

La violación de CP fue desarrollada teóricamente por primera vez para el Modelo Estándar por Kobayashi y Maskawa en 1973 cuando introdujeron una tercera generación de quarks (fondo y cima) y extendieron así la matriz de Cabibbo a la matriz CKM de 3x3 , parametrizando los acoplamientos entre los autoestados de masa de quarks y los bosones de gauge débiles de carga . ^{[ 1 ]} La violación de CP aparece entonces a través de la presencia de parámetros complejos en esta matriz.

Determinada a partir de las tasas de desintegración relativas de kaones neutros de corta y larga vida en dos piones neutros y cargados , respectivamente, la denominada relación ε'/ε, que expresa la fuerza relativa de la violación directa de CP ^{[ 2 ],} era pequeña, pero se esperaba que fuera distinta de cero en el Modelo Estándar. La medición de esta pequeña desviación de cero fue el objetivo de NA31 para demostrar la existencia de violación directa de CP en las desintegraciones de kaones bajo interacción débil.

NA31 encontró la primera evidencia de violación directa de CP en 1988 con una razón que se desviaba aproximadamente tres estándares de cero. Sin embargo, poco después, otro experimento, E731 en Fermilab , informó una medición consistente con cero. Tanto NA31 como Fermilab necesitaban una mayor precisión para encontrar resultados consistentes y, por lo tanto, permitir una conclusión final. Así, se construyó una nueva generación de detectores , tanto en el CERN (para lo que se convertiría en el experimento NA48 ) como en Fermilab (KTeV). Finalmente, en 1999, los dos nuevos experimentos confirmaron la violación directa de CP en la desintegración de kaones neutros (CERN Courier septiembre de 1999 p. 32), un descubrimiento que más tarde fue reconocido con honores como uno de los descubrimientos más importantes realizados en el CERN. ^{[ 1 ]} En particular, el Premio de Física de Partículas y Altas Energías de la Sociedad Europea de Física de 2005 fue otorgado conjuntamente a la Colaboración NA31 y a su portavoz Heinrich Wahl.

El detector se compuso mediante cámaras de alambre combinadas con calorimetría para determinar los parámetros K ⁰ (por ejemplo, energía , vértice de desintegración ). Se requiere una gran precisión en estos parámetros para definir bien el espacio de fases para todos los modos de desintegración que se van a comparar. ^{[ 2 ]} Consta de  :

• una región de descomposición evacuada.
• Cámaras de cables proporcionales para medir la dirección del pión cargado .
• Calorímetro de argón líquido con buena resolución energética y posicional para medir los fotones procedentes de la desintegración del pión.
• un calorímetro hadrónico para medir la energía de los piones cargados.
• un plano de contadores de centelleo que sirven como identificadores de muones .

• Lista de experimentos SPS
• NA48
• NA62

Registro del experimento NA31 del CERN en INSPIRE-HEP