Содержание
1 Введение 8
2 Адронные распады очарованных барионов 12
2.1 Классификация барионов............................................... 12
2.2 История исследований адронных распадов Л+ бариона.................... 14
2.3 Вычисление В(Л* —> рф) с формфакторами из HQET ................... 17
2.4 Распад Л+ —> Т,+ф в кварк-полюсной модели......................... 17
2.5 Распады Л+ в модели кварковых волновых функций.................... 19
3 Экспериментальная установка 21
3.1 Ускоритель КЕКВ................................................... 21
3.2 Детектор BELLE..................................................... 23
3.2.1 Вершинный детектор.......................................... 26
3.2.2 Дрейфовая камера............................................ 27
3.2.3 Аэрогелевый детектор черепковского излучения ................28
3.2.4 Система измерения времени пролета частиц..................29
3.2.5 Электромагнитный калориметр..................................32
3.2.6 Мюонная система............................................. 34
3.2.7 К/к идентификация........................................... 34
3.2.8 Триггерная система.......................................... 39
3.2.9 Моделирование детектора .................................... 41
4 Анализ экспериментальных данных 43
4.1 Общие критерии отбора событий ......................................44
4.2 Измерение вероятности распада А+ —¥ Л+К+п~ .........................61
4.3 Резонансный анализ распада А+ —> Y,+K+K~............................69
4.4 Резонансный анализ распада А+ —V А°К°К+ ............................81
4.5 Поиск распада А+ —>• Н(1690)°К+, Е(1690) —► Н~7г+...................88
4.6 Измерение вероятностей распадов А+ —У рК+К~ и рф....................91
4.7 Оценка систематических неопределенностей............................97
4.8 Обзор полученных результатов....................................... 98
5 Заключение 100
1
Список иллюстраций
1 SU(4) мультиплеты барнонов, составленных из u,d,s и с кварков, а)
20-плет барионов с Jp = 1/2+, содержащий SU(3)-oktct; b) 20-плет барионов с Jp = 3/2+, содержащий 8и(3)-декуплет. .................
2 Проекция треков, зарегистрированных нейтринным экспериментом в
BNL в событии с рождением очарованного бариона Е++ с последующим распадом Е++ -* Л+7г+ и Л+ —> Л07г+7г+7г-. Измеренная масса Л+ составляет 2260 ±19 МэВ/<?........................................
3 Проекция треков, зарегистрированных экспериментом ВЕВС в собы-
тии с рождением очарованного бариона Е+ с последующим распадом EJ —> Л+тг° и Л+ —> рК~тг+. Измеренная масса Л+ составляет 2290 ± ЗМэВ /с2 .........................................................
4 Кварковые диаграммы слабых распадов барионов ........................
5 Схема ускорителя КБКВ и инжекторной системы..........................
6 Схематический вид детектора BELLE..................................
7 Идентификация заряженных частиц в эксперименте BELLE по удель-
ным потерям энергии в газе дрейфовой камеры. На рисунке показана зависимость удельных потерь энергии частиц от их импульса.........
8 Разрешение TOF но времени пролета частиц в зависимости от z координаты пересечения трека со счетчиком..................................
9 Разрешение TOF по времени пролета частиц в зависимости от типа
адрона. На рисунке показано разрешение, усредненное по всем време-нипролетным счетчикам.............................................
10 Функция 7г±/К± идентификации (в единицах стандартных отклонений)
по измеренному времени пролета в зависимости от импульса трека. Определение функции идентификации дано в тексте...................
11 Идентификация частиц в детекторе BELLE с использованием различных детекторных систем в зависимости от импульса. Глубина цвета диаграммы соответствует более надежной степени идентификации. .
12 Эффективность идентификации К£ мезонов и вероятность неправиль-
ной идентификации ^ —> ”К±п в зависимости от импульса частицы, определенные на реальных данных при помощи распадов D*+ -> £>0тг+, D0 -у К" гг+..............................................
13
14
15
19
22
25
28
30
31
32
37
38
2
13 Логическая схема триггерной системы детектора BELLE
40
14 Функция протонной идентификации Prob(p/K) для протонных треков из распадов А+ —> рК~7г+ (белая гистограмма). Инвариантная масса рК~тг+ ограничена интервалом ±10 МэВ/с2 вокруг номинальной массы Л+. Аналогичное распределение для контрольных интервалов (шириной 10 МэВ/с2 с центрами ±20 МэВ/с2 вблизи номинальной массы Л*) показано заштрихованной гистограммой. Небольшой пик влнзи значения 0.5 соответствует частицам, для которых информация TOF, CDC и АСС не позволяет сделать заключение о предпочтении протонной или К-мезонной гипотез. Разрешение по инвариантной массе А^ в распаде А+ —> рК~п+ составляет около 4 МэВ/с2 (см. раздел 4.5 этой Главы), т. е. выбранная ширина сигнального и контрольного интервалов приблизительно соответствует 2.5а.............................................46
15 Отбор К§ мезонов, родившихся в первичной вершине, при помощи согласования радиус-вектора, проведенного из первичной вершины VI (предполагаемой вершины рождения /£§) во вторичную V2 (вершину распада , с направлением импульса К$. Мера совпадения этих направлений - угол а, вычисляемый для проекций векторов в плоскости г — ф. Аналогичная методика отбора применялась для реконструкции
А0 гиперонов......................................................... 48
16 Инвариантная масса отобранных 7г+7г“ комбинаций........................49
17 Инвариантная масса отобранных ртг“ комбинаций......................... 50
18 Инвариантная масса отобранных ртг0 комбинаций..........................51
19 Отбор S" гиперонов, реконструированных в каскадном распаде Е~ —>
А°7г", А0 —» ртг“. На рисунке показана первичная вершина е+е“ взаи-
модействия (VI), а также вторичные вершины распадов 5“ и A0 (V2 и
21 Инвариантная масса отобранных рК~7Г+ комбинаций, без ограничений на качество фита совместной вершины рК~п+ треков (гистограмма -точки с ошибками) и с отбором по х2 фита 3-трековой вершины Хрк* <
53
54
9 (гистограмма, показанная сплошной линией)
55
3
22 Инвариантная масса отобранных Е+7Г+7Г- комбинаций, без ограничений на качество фита совместной вершины 7г+тг“ треков (гистограмма - точки с ошибками) и с отбором по х2 фита 2-трековой вершины
х1* < 9 (гистограмма, показанная сплошной линией)...................56
23 Инвариантная масса отобранных Е +К+К~ комбинаций без применения метода “разности масс”. Разрешение по инвариантной массе, полученное в результате фита сигнала Л+ —> Е+К+К~, составляет (4.6 ±
0.5) МэВ/с2......................................................... 58
24 Инвариантная масса отобранных Е+К+К~ комбинаций после применения метода “разности масс”. Разрешение по инвариантной массе, полученное в результате фита сигнала Л+ —> Е+К+К~, составляет (2.1 ±
0.2) МэВ/с2......................................................... 59
25 Кварковая диаграмма, описывающая распад Л+ —у Е+К*°..................63
26 Кварковые диаграммы, описывающие распад Л+ —у А*К+...................63
27 Инвариантная масса отобранных Е+/<’+7г“ комбинаций. Гистограмма,
показанная темным цветом, соответствует распределению, построенному для контрольных интервалов по массе Е+ гиперона..............64
28 Инвариантная масса отобранных Е+тг+7г“ комбинаций....................65
29 Инвариантная масса отобранных Е+7г- комбинаций (точки с ошибка-
ми). Гистограмма, показанная темным цветом, соответствует контрольным интервалам по инвариантной массе Е+Л'+7Г~ комбинаций, вблизи номинальной массы Л+ бариона........................................ 67
30 Инвариантная масса отобранных К*тт~ комбинаций (точки с ошибка-
ми). Гистограмма, показанная темным цветом, соответствует контрольным интервалам по инвариантной массе Е+/<г+7г~ комбинаций, вблизи номинальной массы Л+ бариона........................................ 67
31 Далиц-график отобранных К+тг~ и Е+7г“ комбинаций из массового интервала, соответствующего распаду А+ —У Е+Л’+тг“.....................68
32 Кварковая диаграмма, описывающая распад А+ -у Е*°К+..................69
33 Кварковая диаграмма, описывающая распад А+ —у Е+$................... 69
34 Инвариантная масса отобранных Е +К+К~ комбинаций.................... 71
35 Инвариантная масса отобранных Е+7г+7г“ комбинаций....................71
4
36 Инвариантная масса отобранных К* К ~ комбинаций из сигнальной области распада Л+ —> Е+К+К~ (точки с ошибками). Темным цветом показана гистограмма для аналогичного распределения из контрольных интервалов по массе Л+................................................... 73
37 Инвариантная масса отобранных Е+К~ комбинаций из сигнальной об-
ласти распада Л+ —» Т,+К+К~ (точки с ошибками). Темным цветом показана гистограмма для аналогичного распределения из контрольных интервалов по массе Л+.......................................... 76
38 Далиц-график отобранных комбинаций К+К~ и Е+К~ из массового интервала, соответствующего распаду Л* —> Е+/С+А'-. Горизонтальные пунктирные линии показывают сигнальный интервал ф-мезона:
±10 МэВ/с2 от номинального значения массы. Вертикальная сплошная линия соответствует фитированиому значению массы Е(1690)°, вертикальная пунктирная - М2{1с9о)о + Г=(1б90)о...........................79
39 Инвариантная масса отобранных Е+К+К~ комбинаций после вычитания резонансных вкладов ф -4 К+К~ и Е(1690) -4 Е+К~..................80
40 Кварковая диаграмма, описывающая распад А+ -4 А°К°К*..................81
41 Инвариантная масса отобранных А°К$К+ комбинаций.......................82
42 Инвариантная масса отобранных А°К§ комбинаций из сигнальной об-
ласти распада А+ -4 А°К$К+ (точки с ошибками). Темным цветом показана гистограмма для аналогичного распределения из контрольных интервалов по массе А+. Пунктирная линия соответствует функции, параметризующий фон................................................. 83
43 Инвариантная масса отобранных А°К+ комбинаций из сигнальной об-
ласти распада А* -4 А°К$К+ (точки с ошибками). Темным цветом показана гистограмма для аналогичного распределения из контрольных интервалов по массе А+.......................................... 87
44 Далиц-график отобранных комбинаций К+К% и А°К% из массового
интервала, соответствующего распад}' А+ -4 А°К+Кд. Горизонтальные пунктирные линии показывают сигнальный интервал Е(1690): ±Г от центрального значения массы......................................... 87
45 Инвариантная масса отобранных Е~К+тт+ комбинаций......................88
5
46 Инвариантная масса отобранных Е"7г+ комбинаций из сигнальной области распада Л+ -» Е~А'+7г+ (точки с ошибками). Темным цветом
показана гистограмма для аналогичного распределения из контрольных интервалов но массе Л*.................................... 89
47 Далнц-график отобранных комбинаций Е~7Г+ и Е"/Г+ из массового интервала, соответствующего распаду А+ —> E~K+ir+......................90
48 Кварковая диаграмма, описывающая распад А+ —> рф..................... 91
49 Инвариантная масса отобранных рК*К~ комбинаций....................... 92
50 Спектр инвариантных масс для нормировочного канала рК~7г+.............92
51 Инвариантная масса отобранных К+К~ комбинаций из сигнальной области распада А+ —» рК+К~ (точки с ошибками). Темным цветом по-
казана гистограмма для аналогичного распределения из контрольных интервалов по массе А+..........................................94
52 Инвариантная масса отобранных рК~ комбинаций из сигнальной области распада А* —» рК+К~ (точки с ошибками). Темным цветом по-
казана гистограмма для аналогичного распределения из контрольных интервалов по массе А+..........................................95
53 Инвариантная масса отобранных рК*К~ комбинаций после вычитания
резонансного вклада ф —> К+К~........................................96
54 Эффективность идентификации К± мезонов и вероятность неправиль-
ной идентификации тг* мезонов в зависимости от импульса частиц при условии РгоЬ{К/тт) > 0.8. Графики показаны для функций К/тт-разделення, использующих CDC, TOF и АСС по отдельности, а также для суммарной функции идентификации (гистограммы в вехнем левом квадрате)............................................................97
6
Список таблиц
1 Измеренные кабиббо-подавленные распады А+ бариона................... 16
2 Измеренные распады А* бариона с обменом W-бозоном................... 16
3 Вероятности распадов, вычисленные в работе [6]...................... 20
4 Численные предсказания теоретических моделей для А+ —> E+ÿ, рф. . . 20
5 Проектные параметры ускорителя КЕКВ.................................23
6 Параметры основных элементов детектора BELLE........................24
7 Полные сечения и число событий в секунду для различных физических процессов в энергетическом интервале Т(45) при проектной светимости ускорителя КЕКВ. Индекс означает, что число событий в секунду указано с учетом фактора 1/100, который вводится в триггере
для данного типа событий............................................39
8 Относительные вероятности нормировочных каналов А+ бариона |16]. . 61
9 Данные эксперимента CLEO по распадам А* —> Т,*К+К~ и £+7г+7г-. . 72
10 Экспериментальные сведения о барионном резонансе Е(1690)°...........78
11 Результаты фита массового спектра Е“7г+............................. 89
12 Данные группы CLEO по распадам А+ —> рК+К~ и А+ -> рф...............91
13 Сводная таблица представленных экспериментальных результатов. ... 99
14 Сравнение результатов с измерениями других экспериментов............ 99
15 Основные результаты, полученные в работе............................101
16 Сравнение полученных результатов с численными предсказаниями теоретических моделей. Относительные вероятности пересчитаны с учетом центрального значения и стат. ошибок В(А* —* Е+тгч'7г~) из [16]. . . 102
7
- Київ+380960830922