-2-
Содержание
1 Введение 4
2 Ускоритель ВЭПП-2М и детектор 9
2.1 Элсктрон-позитронный комплекс ВЭПП-2М .................... 9
2.2 Сферический Нейтральный Детектор (СНД)................... 10
2.3 Внешняя система СНД ..................................... 12
2.3.1 Конструкция элементов внешней системы СНД ... 14
2.3.2 Калибровка стримерных трубок ..................... 18
2.3.3 Калибровка сцинтилляционных счетчиков............. 21
2.3.4 Контроль за работоспособностью внешней системы . 26
3 Разделение электронов и пионов на СНД 28
4 Анализ экспериментальных данных 36
4.1 Проведение эксперимента.................................. 36
4.2 Выделение событий процессов е+е~ -» ц ' Ц~ и -> 7Г+7Г_ 37
4.2.1 Отбор событий процесса е^е“ —> /Дд" в эксперименте РН196 [22] ........................................... 39
4.2.2 Отбор событий процесса е^е“ -Э тг+я'~ в эксперименте РН198 [30] ........................................... 42
4.2.3 Отбор событий процесса еЛе~ —> \Г в эксперименте РН198 [31] ........................................... 48
4.3 Определение эффективности регистрации и вычисление радиационных поправок.......................................... 51
4.4 Параметризация сечений .................................. 64
4.5 Аппроксимация экспериментальных данных .................. 66
4.5.1 Процесс е~е~ —> ц*в эксперименте РН196....... 66
4.5.2 Процесс е+е" -э- 7г+7г~ в эксперименте РН198...... 68
4.5.3 Процесс е+е" —> ^ (х~ в эксперименте РН198....... 73
-3-
5 Обсуждение полученных результатов 76
5.1 Результаты по распаду ф 76
5.2 Результаты по распаду ф —> тг+7г~ ........................ 77
6 Заключение 81
Литература
83
-4-
1 Введение
Двухчастичные процессы играют важную роль в е+е~ экспериментах, особенно в области относительно низких энергий 2Е0 =0.36-1.4 ГэВ, в которой работает коллайдер ВЭПП-2М [1]. Например, при энергиях вблизи р резонанса процесс е+е” —> тг^л“ является доминирующим и насыщает сечение е+е~ аннигиляции в адроны. Из-за их простой топологии двухчастичные процессы были первыми процессами, которые изучались в е+е~ столкновениях. Основная трудность состояла в их идентефикации, то есть в возможности детекторов проводить е/7г//х разделение. В Новосибирске, в ИЯФ, первое изучение распада р -4 тг+тг~ было осуществлено в конце 60-х годов [2]. С тех пор точность измерений значительно улучшилась. Преце-зионное измерение сечения, с систематической ошибкой на уровне 0.6%, было проведено детектором КМ Д-2 совсем недавно [3].
Несмотря на длительную историю изучения процесса е+е_ -4 тг+7г“, распады двух других векторных мезонов, и> и ф , находящихся в области энергий ВЭПП-2М, измерены с невысокой точностью [4]. Это связано, в основном, с недостатком статистики из-за малой вероятности этих распадов, нарушающих сохранение изоспина, а также с трудностью подавления фона от основных распадов резонансов, что особенно существенно для ф мезона. В распадах и и ф мезонов в другое двухчастичное состояние р^рГ ситуация еще хуже. Распад ш —у р+р~ вообще не наблюдался, а в измерении распада ф —> встречные е+е~ пучки до последнего времени
не могли конкурировать с другими методиками, даже при их невысокой точности.
Данная работа посвящена измерению на е~е~ коллайдере ВЭПП-2М с детектором СИД [5] распадов ф -4 р+р~ и ф —у 7г+7г~. Оба распада имеют вероятность ~ 10 4 и проявляют себя в виде интерференционной волны в энергетической зависимости соответствующих сечений: е+е~ -4- р+р~ и
- 5 -
ел е~ -4 тг+7г" в области ф резонанса. Несмотря на свою различную природу (лептонный и адронный), с экспериментальной точки зрения они очень близки, являются фоном друг для друга и поэтому изучались совместно.
Распад ф -4 р*р~ является одним из двух лептонных распадов ф мезона. В предположении е - р универсальности вероятности этих распадов должны быть равны с точностью 10 4, определяемой небольшой разностью фазовых объемов конечных состояний. Однако экспериментальные методы измерения вероятностей распадов ф -4 р+р' и ф -4 е+е“ в корне отличаются. Значение В(ф -4 е+е“) вычисляется из величины экспериментального сечения рождения ф мезона в е+е“ столкновениях. По измерениям сечений для основных мод распада ф мезона: ф -4 К+К~, КзКь, 7г+7г“7г°, вероятность распада в е+е“ пару была получена с относительно высокой точностью: В(ф -4 е+е“) — (2.91 ± 0.07) • 10“4 [6]. Этот метод имеет, однако, принципиальные ограничения по точности. Это связано с тем, что сечение на массе ф мезона, например, процесса е+е“ -4 7г+7г“7г° определяется не только распадом ф мезона, но и вкладом других векторных мезонов, таких как од а/. Существующая теоретическая неопределенность в описании этих вкладов приводит к систематической ошибке при определении сечения е+е“ -4 ф —> 7г*‘7г_7г° [7]. Распад ф -4 р*р~ в е+е“ экспериментах измеряется по амплитуде интерференционной волны в энергетической зависимости сечения процесса е+е“ -4 р+р~. Непосредственно из эксперимента извлекается величина В(ф -4 /+/“) = у/В(ф -4 р+р~)В(ф -4 е+е~), определяемая гораздо точнее, чем В(ф -4 р+р~). С учетом е — р универсальности, измерение В(ф -4 /+/“) является альтернативным методом определения лептонной вероятности распада, который в перспективе может оказаться наиболее точным. Точность в этом случае ограничивается только статистикой эксперимента и ошибкой электродинамического расчета сечения процесса е+е“ -4 р+р~.
Лептонная ширина является одним из основных параметров векторного
-б
мезона. В рахіках векторной доминантности из нее вычисляется константа связи векторного мезона с фотоном, используемая в многочисленных приложениях этой феноменологической модели. Лептонные ширины определяют полные сечения рождения векторных мезонов в е+е“ аннигиляции и важны для вычисления адронных вкладов в поляризацию вакуума [8]. Точное знание лептонных ширин требуется для проверки и сравнения различных кварковых моделей. Например, в нерелятивистских потенциальных кварковых моделях выполняется следующее соотношение [9]:
т-^тг -і. -ч 16тга2 < еа >2 лЧ|9
Т(У -+е+е ) =---------щ-1---- |Ф(г = 0)|2, (1)
связывающее лептонную ширину со значением волновой функции кварк-антиквар ковой пары при нулевых относительных координатах. Сравнение предсказания модели с экспериментом позволяет проверить правильность выбора потенциала взаимодействия. Предсказание соотношения лептонных ширин для легких и тяжелых кваркониев требует правильного учета релятивистских поправок. Таким образом, вычисление лептонных ширин является прекрасным тестом корректности кварковых моделей 110, И, 12, 13, 14, 15, 16, 17].
Впервые вероятность распада ф —> была измерена в нача-
ле 1970-х годов в экспериментах по фоторождению ф мезона на ядрах: В(ф —> = (2.5 ± 0.4) • 10“4 [18, 19]. В то же время в Орсэ [20], а
затем в Новосибирске на детекторе ОЛЯ [21], этот распад был измерен в е+е" столкновениях, но с худшей точностью. Достигнуть уровня экспериментов [18, 19| удалось только в 1996 году в экспериментах с детекторами СНД [22] и КМД-2 [23]. Следующий шаг в улучшении точности измерения В{ф —)- был сделан в результате обработки данных, накопленных детектором СНД в 1998 году. Точность величины В(ф —у полу-
ченная с использованием этих данных, оказалась сравнимой с точностью В(ф —» е+е“).
- Київ+380960830922