Study of the double-Dalitz decay of neutral pion at the NA62 experiment

Abstract

Experiment NA62 v CERN-e je svetovým lídrom vo výskume vzácnych rozpadov kaónov. Hlavným cieľom experimentu je zmerať vetviaci pomer rozpadu K+ → π+ νν, ktorý je približne 10−10 . Akákoľvek výraznejšia odchýlka medzi nameranou hodnotou a hodnotou určenou Štandardným modelom by znamenala objav fyziky za hranicami Štan- dardného modelu. Predmetom výskumu sú však aj iné vzácne rozpadové módy kaónov a piónov. Štúdium vzácnych rozpadov neutrálneho piónu, ako je dvojitý Dalitzov roz- pad π0 → e+ e− e+ e− , poskytuje dôležitý vstup pre teoretické modelovanie formfaktora, ktorý popisuje rozpady a interakcie neutrálnych piónov. Experiment NA62 zhromaždil v rokoch 2017 - 2018 veľký súbor dát (Run 1) rozpadov nabitého kaónu s elektrón- pozitrónovými pármi v koncovom stave. Našou analýzou bolo v dátach identifikovaných 1143 dvojitých Dalitzových rozpadov neutrálneho piónu. Hodnota vetviaceho pomeru tohto rozpadu zahrňujúca prípady s možným vyžiareným fotónom v koncovom stave je B(π0 → e+ e− e+ e− (γ), x4e > 0.9) = (3.12 ± 0.17) × 10−5 . Tento výsledok je kompati- bilný s predchádzajúcimi meraniami. Dôležitou súčasťou analýzy je aj štúdium efektivity rekonštrukcie dráh nabitých častíc v Run 1 dátach a simulovaných dátach päťčasticových rozpadov. 1

The NA62 experiment at CERN represents leading physics research of rare kaon decays. The NA62 aims to measure the K+ → π+ νν decay branching ratio which is approximately 10−10 . Any significant discrepancy between the measured value and the Standard Model (SM) prediction would hint at physics beyond the SM. Other rare kaon and pion decays can also be studied at NA62. The measurements of neutral pion decays, such as the double Dalitz decay π0 → e+ e− e+ e− , provide important input to the theoreti- cal modeling of form factor describing the π0 decays and interactions. In 2017 - 2018, the NA62 experiment collected a large data sample (Run 1) of the K+ decays with electron- positron pairs in the final state. In our analysis of the data sample, 1143 π0 double Dalitz decays were identified. The measured branching ratio of the decay is inclusive of final state photon radiation and reads B(π0 → e+ e− e+ e− (γ), x4e > 0.9) = (3.12±0.17)×10−5 . The result is compatible with previous measurements. The important part of the analysis is the study of five-track reconstruction efficiency in Run 1 data and simulated samples of five-track decays. 1