2
Содержание
Введение .......................................................... 4
Глава 1. Ускорительный комплекс ВЭПП-2М ........................ 8
Глава 2. Детектор СНД ......................................... 11
2.1. Трековая система ........................................ 13
2.2. Калориметр .............................................. 14
2.3. Мюоиная система ......................................... 17
2.4. Эксперименты с детек тором СНД........................... 17
2.5. Модернизация детектора СНД............................... 18
Глава 3. Изучение процесса с+е~ —> 777г+7г~ 20
3.1. Используемые экспериментальные данные ................... 20
3.2. Условия отбора .......................................... 21
3.3. Кинематическая реконструкция ............................ 22
3.4. Фоновые процессы......................................... 24
3.4.1. Сравнение фона в эксперименте и моделировании ... 27
3.5. Измерение видимого сечения............................... 28
3.5.1. Моделирование детектора ........................... 28
3.5.2. Описание формы спектра............................. 32
3.5.3. Измерение числа экспериментальных событий.......... 34
3.5.4. Эффективность ..................................... 34
3.5.5. Видимое сечение.................................... 40
3.6. Борновское сечение ...................................... 41
3.7. Анализ систематических погрешностей...................... 44
3
3.7.1. Систематические погрешности, связанные с неточностями моделирования............................................ 45
3.7.2. Погрешность, связанная с отбором по углам вылета фотонов.................................................. 50
3.7.3. Погрешность измерения светимости................... 54
3.7.4. Погрешность аппроксимации борновского сечения ... 54
3.7.5. Результаты анализа систематических погрешностей . . 54
3.8. Обсуждение результатов ..................................... 55
Глава 4. Мюонная система............................................. 56
4.1. Устройство мюонной системы ................................. 56
4.2. Модернизация мюонной системы ............................... 61
4.3. Принцип действия пропорциональных камер..................... 62
4.4. Измерения на прототипе ........................-............. 63
4.4.1. Измерения счетных характеристик ...................... 63
4.4.2. Измерение временных спектров ......................... 65
4.4.3. Заключение по результатам измерений на прототипе . 67
4.5. Работа с модулем мюонной системы.......................... 68
4.5.1. Электроника модуля ................................... 69
4.5.2. Тестирование модулей............................... 70
4.6. Работа модулей на детекторе................................. 72
4.7. Заключение ................................................. 74
Приложения........................................................... 76
Литература
88
Введение
Измерение сечений процессов аннигиляции е+е в адроны необходимо для проверки Стандартной модели. Например, величина
D _ <т(е+е~ —> hadrons) (л Л
С7(е+е- - fl+ß-) ( )
используется для проверки кварковой модели. Процесс рождения пары «кварк-антикварк» аналогичен процессу рождения пары Пара «кварк-антикварк»
адронизуется, так что сечение рождения этой пары при значениях y/s далеких от масс резонансов cr(e+e“ —> qq) = о(е+е" —> hadrans).
Согласно кварковой модели при энергиях, далеких от порогов рождения пар «кварк-антикварк», отношение
где — заряд кварка сорта q (множитель 3 возникает в результате суммирования по цветам кварков). Суммирование ведется по всем сортам кварков, масса которых тч < \fsj2, то есть рождение которых возможно с точки зрения кинематики. Таким образом, с ростом \[э величина К должна возрастать на значениях Я, равных массам кварков. Это и наблюдается (с поправкой на влияние резонансов) [1|.
Сечение аннигиляции е+е~ в адроны необходимо также для интерпретации результатов эксперимента g-2, в котором был измерен аномальный магнитный момент мюона [2]. Вклад в аномальный магнитный момент мюона дают различные взаимодействия, поэтому, вычислив его с учетом известных взаимодействий и сравнив с результатами экспериментального измерения, можно сделать вывод о существовании или несуществовании неизвестных
(е+е qq)
(2)
5
на данный момент фундаментальных взаимодействий (так называемой Новой физики).
Для теоретического вычисления аномального магнитного момента мюона необходим учет вклада адронной поляризации вакуума. Если для высоких энергий этот вклад может быть вычислен на основе теории возмущений, то для низких энергий (менее 2 ГэВ) единственная возможность — использовать экспериментальные данные о полном сечении аннигиляции е"е~ в адроны. Для его вычисления необходимо знать сечения процессов аннигиляции е+е~ в различные адронные состояния в зависимости от энергии.
На данный момент предсказанное на основе Стандартной модели значение аномального магнитного момента мюона расходится с экспериментальным на уровне достоверности в 3 стандартных отклонения, что может являться указанием на существование Новой физики. Для получения окончательного ответа на этот вопрос необходимо, в частности, уточнить сечение аннигиляции е+е~ в адроны. Необходимы новые, более точные измерения сечений таких процессов.
Одним из процессов аннигиляции е+е- в адроны является процесс е+е-г]7г+п~. Кроме сказанного выше, процесс е+е~ —> г]тт+п~ представляет интерес с точки зрения исследования структуры изовекторной части электромагнитного адронного тока. Энергетическая зависимость сечения может быть использована для проверки гипотезы сохранения векторного тока путем сравнения с распределением по массе адронной системы в распаде т~ —>
777Г“7Г°^Т.
Процесс е+е“ —* г/7г+тг~ изучался в нескольких экспериментах, в частности, на детекторах БМ2 [3], КМД [4] и ВаВаг [5]. В эксперименте НД (проводившемся на коллайдере ВЭПП-2М ранее эксперимента СНД) процесс еч'е" —> т]7г'ь7г~ также изучался [6|.
6
Основные каналы распада 77-мезона — 77 —* 77 (Вг = 39.3%), г/ —> 37г° (Вг = 32.6%) и 77 —> 7г+7г_7г° (Вг = 22.7%) [1]. В эксперименте НД реакция изучалась в канале 77 —* 77, во всех остальных экспериментах использовался канал распада 77 —> 7г+7г”7г°.
Данная работа посвящена измерению сечения процесса е+е_ —> 777т • 7г~ детектором СНД на коллайдере ВЭПП-2М, а также модернизации мюонной системы детектора СНД для экспериментов на ВЭПП-2000.
В данной работе процесс е+е~ —> 7]7г+тг~ изучается в канале 77 —> 77 в области энергий -</$=1.04-1.38 ГэВ. Изучение процесса в канале 77 —> 77 более предпочтительно для детектора СНД, так как последний оптимизирован для регистрации фотонов. Кроме того, канал 77 —► 77 имеет преимущество перед 77 —> 7Г+7Г“7Г°, заключающееся в том, что вероятность распада 77 —> 77 больше, чем 77 —> 7г+7г“7г°. Аналогично, вероятность распада 77 —» Зя0 меньше, чем 77 —► 77, кроме того, эффективность регистрации для канала 77 —* Зя° также меньше. Таким образом, в канале 77 —» 77 можно набрать большую статистику и получить лучшую статистическую точность. В то же время представляет интерес сравнение результатов, полученных в различных каналах распада 77-мезона.
Трудность изучения процесса е+е~ —> г/п+тг" заключается в том, что его сечение существенно меньше сечения фоновых процессов. Сечения основных фоновых процессов — е+е” —> сип —> Я+Я~Я°Я° И С+С~ —> <2]7Г —* Я+Я_Я°Я0 в верхней части изучаемого диапазона энергий превышают сечение изучаемого процесса почти в 15 и 10 раз соответственно (см. раздел 3.4).
В результате данной работы сечение процесса е+е~ —> т]я+я" в диапазоне энергий 1.04-1.38 ГэВ было измерено с более высокой статистической точностью, чем в предыдущих экспериментах. Полученные данные не противоречат данным предыдущих измерений.
7
Кроме того, в ходе работы была разработана и создана система пропорциональных счетчиков для мюонной системы СНД. Предыдущая конструкция системы характеризовалась быстрым старением стримерных трубок и использованием взывоопасного газа н-пентан. Система пропорциональных счетчиков используется в новом эксперименте с детектором СНД, который, в частности, позволяет ожидать дальнейшего увеличения точности измерения сечения процесса е+е" —> г)тг+тг~.
На защиту выносятся следующие основные выводы и положения:
В эксперименте с детектором СНД на ВЭПП-2М измерено сечение процесса е+е~ —> 777г+7г” в области л/з = 1.04 ГэВ-1.38 ГэВ.
Проведено сравнение результатов данной работы с результатами предыдущих работ. Полученные результаты согласуются с результатами предыдущих измерений, при этом имеют лучшую статистическую точность.
Разработана новая мюонная система па основе пропорциональных счетчиков, которая успешно работает в эксперименте с детектором СНД на ВЭПП-2000.
- Київ+380960830922