Riassunto analitico
L'assione è ampiamente considerato come una delle aggiunte meglio motivate al
SM, fornendo una soluzione al problema del CP forte ed essendo un possibile candidato DM
candidato. In questa tesi, diamo una rassegna delle sue proprietà - ri-derivando alcune
alcune di esse nel quadro della CHPT - e delle più comuni tecniche sperimentali utilizzate nella ricerca dell'assone. In seguito, concentriamo la nostra attenzione su una famiglia specifica di modelli, denominata axiflavon. Combinando l'assione QCD con un "flavon" a là Froggatt-Nielsen, essi forniscono una soluzione al modello del sapore, oltre ad essere modelli di assioni di QCD. Per un modelli generale di assoni, il potenziale di scoperta degli esperimenti di fisica del sapore non è in generale competitivo rispetto alle sonde di natura astrofisica; il contrario è vero per i modelli axiflavon. Infatti, per l'accoppiamento vettoriale dell'axiflavon ai quark, la "fabbrica di Kaoni" NA62 può sondare lo spazio dei parametri proprio dell'assione come candidato di materia oscura, un'impresa unica tra gli esperimenti di fisica delle particelle. Tuttavia, nessun programma sperimentale per misurare il corrispondente accoppiamento assiale-vettoriale agli esperimenti attuali è, ad oggi, in corso.
Perciò, la seconda e principale parte di questa tesi è dedicata alla stima di sensibilità che l'esperimento NA62 può avere per il decadimento K + → π + π 0 a, con a come qualsiasi pseudoscalare stabile. Questo viene fatto utilizzando simulazioni Monte Carlo, impiegando anche un generatore di eventi MC stilato per l'occasione, e i dati del 2017B periodo di raccolta dati, corrispondenti a ≈ 8 × 10^8 decadimenti del K+ nel volume fiduciale. La nostra analisi statistica, che utilizza il metodo CL s, produce un stima della sensibilità BR nell'ordine di 10^ -7 nell'intervallo di massa [0, 200] MeV/c 2 . Questo dovrebbe essere preso come un risultato preliminare, con aree di possibile miglioramento già sotto esame nella collaborazione NA62. Tuttavia, il risultato presenta un notevole margine di miglioramento (circa 2 ordini di grandezza) dagli attuali limiti.
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Abstract
The axion is widely thought to be among the best-motivated additions to the SM, providing a solution to the strong CP problem and being a possible DM candidate. In this thesis, we give a review of its properties — re-deriving some of them in the framework of CHPT — and of the most common experimental techniques used in axion searches. Afterwards, we focus our attention on a specific family of models, dubbed axiflavon. Combining the QCD axion with a
Froggatt–Nielsen flavon, they provide a solution to the flavour model, on top of being QCD axion models. For general axion models, the discovery potential of flavour physics experiments is in general not competitive with respect to astrophysical probes; the opposite is true for axiflavon models. Indeed, for the vectorial coupling of axiflavon to quarks, the Kaon factory NA62 can probe the DM window, a unique feat among particle physics experiments. However, an experimental effort to measure the corresponding axial-vector coupling at current experiments is, to date, lacking. Motivated by this, the second and main part of this thesis is dedicated to the estimation of the sensitivity the NA62 experiment can have for the K + → π + π 0 a decay, with a being any stable pseudoscalar. This is done using MC simulations, employing also a newly-written MC event generator, and the data from the 2017B data-taking period, corresponding to ≈ 8 × 10 8 K + decays in the fiducial volume. Our statistical analysis, which employs the CL s method, yields an estimate of the BR sensitivity of O(10 −7 ) in the mass range [0, 200] MeV/c 2 . This should be taken as a preliminary result, with areas of possible improvement already under examination in the NA62 collaboration. Nonetheless, it shows a sizeable margin of improvement (roughly 2 orders of magnitude) from current limits.
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