Messung der CP-verletzenden Asymmetrie von K + - pi + - pi 0 pi 0 mit dem NA48-Detektor

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 von 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.

It is still not clear, why matter was favoured over anti-matter during the creation of the universe and thus the matter universe known today developed. An important requirement for the creation of the matter anti-matter asymmetry is the violation of the combination of the charge (C) and the parity (P) symmetry, the CP violation. CP violation can occur in several places, one of them are the decays K+- -> pi+- pi0 pi0. During the years 2003 and 2004, the NA48/2 collaboration recorded over 200~TB of data containing decays of charged kaons. In this analysis, the CP violating asymmetry of K -> pi+- pi0 pi0 has been measured, using over 90~millions K -> pi+- pi0 pi0 decays. Predictions of the CP violation in the standard model expect a CP violation in the range of $10^{-6}$ to $10^{-5}$. The CP violation may be larger in models beyond the standard model. The NA48/2 experiment was built to ensure very small systematic uncertainties. To achieve this, positive and negative kaons were produced simultaneously at one target. The kaons were limited to a momentum of about $60~GeV/c$ by two partly separated beam lines. In the decay region the beams superimposed each other by a few millimeters. The beam lines of positive and negative kaons, as well as the polarity of the magnet of the magnetic spectrometer were changed periodically. This allowed a charge symmetrization of the beam lines and the detector during the analysis. A quadrupole ration of the four possible magnetic field configurations was used to ensure that all systematic uncertainties due to imperfect symmetry of beam line or detector cancel at first order. The events were reweighted to correct for different production spectra of positive and negative kaons. A search for possible systematic uncertainties has been performed, which showed, that the systematic uncertainty of this measurement is about one half of its statistical uncertainty. The CP violating asymmetry is described by the parameter $A_g$, the result of the measurement of this parameter is: begin{equation} A_g= (1.2 pm 1.7_{mathrm{(stat)}} pm 0.7_{mathrm{(sys)}}) cdot 10^{-4}. end{equation} This measurement is about ten times more precise than previous measurements. It is in agreement with the predictions of the standard model, and excludes models which strongly enhance the CP violation in the decays K+- -> pi+- pi0 pi0.