Образование адронов, содержащих странные кварки, в ξA-взаимодействиях в эксперименте SELEX

Содержание
1 Введение 5
Обзор экспериментальных данных 9
1.1 Высоковозбуждённые гиперонные резонансы 9
1.1.1 Эксперимент WA89 11
1.1.2 Поиск резонансных состояний в системе рК~ экспери- 13 менте WA89
1.1.3 Эксперимент SPHINX 14
1.1.4 Наблюдение резонансных состояний в системе рК~ в 15 эксперименте SPHINX
1.2. Мезоны со скрытой странностью 17
1.2.1 Эксперимент на 6 метровом спектрометре ИТЭФ 18
1.2.2 Эксперимент BES II 24
2 Установка SELEX 27
2.1. Эксперимент SELEX ускорительного центра Фермилаб 27
2.2. Установка SELEX 27
2.3 Гиперонный пучок 30
2.4 Пучковый спектрометр 31
2.5 Вершинный спектрометр 32
2.6 Ml спектрометр 33
2.7 М2 спектрометр 33
2.7.1 Детектор переходного излучения электронов 34
2.7.2 Кольцевой черенковский детектор 35
2.8 М3 спектрометр 37
2.9 Триггер 38
2
3 Образование высоковозбуждёнпых гиперонных резопаи- 40 сов в 5ГА-взаимодействиях в эксперименте SELEX
3.1 Идентификация частиц с помощью детектора RICH 40
3.2 Выбор оптимальных критериев отбора для идентифика- 43 ции частиц
3.3 Кинематические методы идентификации частиц 48
3.4 Поиск адронов, содержащих странные кварки, в реакции 51 2Г + С(Си) —► р + К~ + X в эксперименте SELEX
3.4.1 Нахождение разрешения установки с использованием 54 метода Монте-Карло
3.4.2 Фитирование спектров эффективных масс для системы 56
Рк-
3.4.3 Исследование рождения наблюдаемых сигналов (1520, 61 1670 и 1810 МэВ/сА) при различных значениях фейнмановской переменной Хр
3.4.4 Наблюдение сигнала с массой -2100 МэВ/с в спектре 64 эффективных масс системы рК"
3.4.5 Поиск резонансных состояний в системе рК- на про- 66 тонном и пионном пучках
3.5 Поиск высоковозбуждённых гиперонных резонансов в 69 спектре рк®
3.6 Поиск адронов, содержащих странные кварки, в реакции 78 2Г+ С(Си) —* р + К++ X в эксперименте SELEX
4 Образование мезонов со скрытой странностью в 2ГА- 82 взаимодействиях в эксперименте SELEX
4.1. Поиск резонансных состояний в системе К+К~ 82
4.2. Поиск резонансных состояний в системе рК*К“ 87
4.3 Поиск резонансных состояний в системе р<р 89
3
4.4 Выводы к главе 4 91
Заключение 92
Литература 95
4
Введение
Возбуждённые состояния гиперонов со странностью -1, -2, -3 плохо изучены. Кварковая модель предсказывает существенно больше возбуждённых состояний, чем наблюдается в экспериментах в настоящее время [1].
Среди странных барионов в таблицах элементарных частиц (PDG) представлены 13 А*, 9 £* и 5 5* резонансов, классифицируемых как известные (3 или 4 звезды). В частности, из всех £* -гиперонов почти все известные состояния с массой более 1385 МэВ/с2 определялись только с помощью парциальноволнового анализа, с сильно различающимися оценками значений массы и ширины. До сих пор существуют лишь две работы по прямому наблюдению в спектре эффективных масс £ с массой более 1385 МэВ/с2 и Л* с массой более 1520 МэВ/с2.
Знания о выходе странных частиц важны для диагностики нового состояния материи - кварк-глюонной плазмы. Кроме того, в последнее время в связи с поисками пентакварков возрос интерес к системе, состоящей из нуклона и К-мезона.
Цель диссертации состоит в
• Исследовании рождения высоковозбуждённых гиперонных состояний на установке SELEX ускорителя Тэватрон в реакции 2Г+С(Си)—>р+К~+Х при начальном импульсе 1Г -пучка 600 ГэВ/с .
• Исследовании рождения мезонов со скрытой странностью в реакции 1Г+С(Си)—ПО К~+Х при начальном импульсе -пучка 600 ГэВ/с.
• Измерении масс, ширин и относительных выходов высоковозбуждён-ных гиперонных состояний и мезонов со скрытой странностью.
Научная новизна исследования.
В настоящее время проводятся два экспериметна на 2Г -гиперонных пучках в ЦЕРНе и во FNAL, которые позволяют исследовать возбуждённые гипе-
ронные состояния с различной странностью. В диссертации получены новые экспериментальные данные, которые дают возможность более глубокого понимания физики образования возбуждённых состояний гиперонов и мезонов, содержащих странные кварки, изучения их свойств и характеристик, механизмов распада.
В диссертации представлены результаты эксперимента SELEX по рождению состояний, содержащих странные кварки, с массами 1520, 1670, 1820 и 2100 МэВ/с2 в реакции 5Г+С(Си)—*р+К“+Х и массами 1020 и 1525 МэВ/с2 в реакции 5T+C(Cu)—*Kf-HC+X при начальном импульсе пучка 600 ГэВ/с. Измеренные параметры гиперонных состояний и мезонов со скрытой странностью имеют наибольшую статистическую обеспеченность среди аналогичных данных, представленных в PDG.
Проведены более точные измерения масс, ширин и относительных выходов этих состояний. Впервые было показано, что в спектре эффективных масс
л
системы рК имеется состояние с массой 2100 МэВ/с .
На гиперонном пучке впервые измерены относительные выходы гиперонных состояний со странностью -1, а также мезонов со скрытой странностью. Выход состояния с массой 1670 МэВ/с? относительно Л( 1520) в канале распада рК” составил (24,92±0,45±0,48)%, состояния с массой 1820 МэВ/с2 относительно Л(1520) в канале распада рК~ - (16,13±0,38±0,45)%. Выход состояния /2(1525) относительно ф°(1020) составил (10,75±0,25±0,45)% в канале распада К+КГ.
Практическая ценность работы.
Подавляющее большинство данных о высоковозбуждённых гиперонных состояниях, представленных в PDG, были получены с помощью метода фазового анализа. В диссертационной работе представлены данные о-рождении высоковозбуждённых гиперонных состояний и мезонов со скрытой странностью, основанные на анализе спектров эффективных масс систем рК~ и КТКГ.
6
Сигнал в области 1520 МэВ/с2 соответствует известному гиперонному со-
л
стоянию Л(1520). Сигналы в области 1670 и 1820 МэВ/с согласуются с результатами экспериментов WA89 и SPHINX (ИФВЭ). Сигналы с массами* 1020 и 1525 МэВ/с2 в системе К/К“ однозначно идентифицируются как ф°( 1020) и /2(1525)-мезоны, соответственно. Сигнал с массой 1520 МэВ/с2 в спектре рКГ и сигнал с массой 1020 МэВ/с“ в спектре К К использовались для калибровки -параметры этих сигналов согласуются с данными PDG.
Структура диссертации.
Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Объём диссертации: 99 страниц, в число которых входят 66 рисунков и 6 таблиц. Список литературы насчитывает 51 наименование.
Во введении обсуждается актуальность поставленной задачи, приведена её цель, показана научная новизна и практическая ценность.
В первой главе приведён обзор мировых данных по поиску высоковозбуждённых гиперониых состояний и мезонов со скрытой странностью.
Во второй главе приведено описание установки SELEX и приведены характеристики её основных элементов и детекторов. Особое внимание в этой главе уделяется детектору RICH, который являлся основным детектором для идентификации заряженных частиц в эксперименте.
В третьей главе описан поиск высоковозбуждённых гиперонных состояний в эксперименте SELEX в реакции 5Г + C(Cu) —> р + К~+ X. Представлены основные критерии отбора для частиц р и К™, дано их подробное описание, указаны способы их оптимизации для дальнейших исследований. Определены массы, ширины и относительные выходы высоковозбуждённых гиперонных состояний с учётом разрешения установки.
7