2
Содержание
1 Введение 4
2 Ускорительный комплекс ВЭПП-2М и детектор КМД-2 7
2.1 Дрейфовая камера..................................................... 9
2.2 2-камера ............................................................10
2.3 Цилиндрический калориметр на основе кристаллов Сэ1 ...................И
2.4 Торцевой калориметр на основе кристаллов ВСО.........................12
2.5 Пробежная система....................................................12
2.6 Система запуска детектора . . :......................................12
2.7 Система сбора данных ................................................13
3 Система обработки экспериментальных данных 15
3.1 Программа реконструкции событий......................................20
3.2 Отбор событий на вторичные ленты ....................................23
4 Описание эксперимента НЮН-97 27
4.1 Обшие характеристики набора экспериментальных данных.................27
4.2 Определение светимости...............................................27
5 Изучение процесса е+е- —» 4л* 30
5.1 Обшие характеристики процесса е+е~ —> 7г+7г'2тг0.....................30
5.2 Предварительный отбор событий 7г+л-“2л-°.............................31
5.3 Кинематическая реконструкция событий 7г+7г"27г°......................33
5.4 Изучение динамики процесса е+е- —> 7г+л-”2л-°........................35
5.5 Извлечение параметров модели . '.....................................40
5.6 Моделирование процесса е+е” —>■ 4л*..................................41
5.7 Каскадная модель рождения 4л-........................................42
5.8 Сравнение событий л-+л-_2л-° с моделированием........................50
5.9 Сравнение событий 27Г+27г~ с моделированием..........................62
з
5.10 Ограничения на примесь альтернативных процессов...........................67
5.11 Результат по измерению сечений ..............................................68
6 О вкладе аі(1260)л- механизма в распадах г” —*■ 27г~7г+7г°ь'г 75
6.1 Модель распадов т~ -> 27г”7г+7г°і/т......................................... 75
6.2 Сравнение данных по распадам т-лептона с моделью а1(12б())7г...........79
7 Обсуждение результатов 87
8 Заключение 90
Литература
92
4
Глава 1 Введение
При изучении взаимодействия легких кварков важную роль играют эксперименты, проводимые на встречных электрон-позитронных пучках. Измерение полных сечений е+е~ аннигиляции в адроны при низких энергиях, а также сечений эксклюзивных каналов необходимо для точных расчетов вклада сильного взаимодействия в поляризацию вакуума для аномального магнитного момента мюона и постоянной тонкой структуры [1], проверки гипотезы сохранения векторного тока (CVC) в полуадронных распадах т-лептона [2,3], определения параметров КХД, проверки правил сумм КХД '4] и т.д.
До настоящего времени изучение е+е~ аннигиляции в адроны практически ограничивалось измерениями лишь полных сечений [5—8]. Появление новых детекторов с большим телесным углом регистрации, работающих на ускорителях с большими светимостями, открывает качественно новые возможности для изучения многоадронного рождения в е+е~ аннигиляции.
Начиная с 1992 года в Институте ядерной физики им. Будкера ведутся эксперименты с Криогенным Магнитным Детектором (КМД-2 [9,10]) на накопителе со встречными электрон-позитронными пучками ВЭПП-2М [11] в области энергий от 0,36 до 1,38 ГэВ в системе центра масс.
Четырехпионное рождение — один из доминирующих процессов е+е~ аннигиляции в адроны в области энергий от 1,05 до 2,5 ГэВ. Впервые оно наблюдалось во Фраскати [5] и в Новосибирске [6]. Первые эксперименты с ограниченным набором статистики позволили качественно изучить новое явление многоадронного рождения и оценить величину соответствующего сечения. Последующие измерения различными группами во Фраскати, Орсэ и Новосибирске (см. ссылки в [1]) дали более детальную информацию об энергетической зависимости сечений процессов е+е~ —» 2тг+2т'' И е+е~ —¥ 7Г+7Г“27Г°.
Отдельный интерес представляет изучение динамики рождения конечного состояния. Первые попытки такого типа были предприняты в работах МЕЛ [12] и DM1 [13] в диапазоне энергий выше 1,4 ГэВ и в работах OLYA [14] и CMD [15] ниже 1,4 ГэВ, в
5
которых было показано, что з конечном состоянии 2тг+2тг~ доминирует механизм р°7Г+тг“ рождения. В работе ND [16) было измерено сечение рождения wtt от 1,0 до 1,4 ГэВ, и её результаты были подтверждены последующим изучением распадов т-лептона в работах ARGUS [17,18], CLEO [19) и ALEPH [20).
В дальнейшем группа DM2 попыталась провести анализ парциальных волн (PWA) конечного состояния с четырьмя заряженными пионами [21,22] в области энергий от 1,35 до 2,40 ГэВ. Этот анализ был основан только на импульсных распределениях, в то время как угловыми зависимостями и интерференцией различных волн пренебрегалось. Хотя было получено указание на наличие ai(1260)7r и рсг состояний, механизм для заметной части сечения не был определен. Анализ парциальных волн для конечного состояния 7г^7г_27г° не проводился из-за недостаточного числа полностью реконструированных событий.
Энергетическая зависимость полного сечения и сечений эксклюзивных каналов достаточно сложная и является результатом интерференции нескольких широких резонансов с многочисленными общими каналами распадов. Наличие различных механизмов образования четырех пионов и их сложная интерференция ведет к необходимости одновременного анализа обоих возможных конечных состояний (2п*2тг~ и тг+7г“27г0), что требует универсального детектора с возможностью измерения энергий и углов как заряженных, так и нейтральных частиц.
Детектор КМД-2 [9,10) — это первый универсальный магнитный детектор, работающий в области энергий 0,34 - 1,38 ГэВ. Он содержит как магнитный спектрометр, позволяющий измерять импульсы заряженных частиц, так и электромагнитный калориметр, обеспечивающий регистрацию фотонов, измерение их энергий и углов с достаточно хорошей точностью. Возможность регистрации всех частиц в конечном состоянии позволяет выделять события 4т практически без фона, что особенно важно для изучения динамики процесса е^е" -> 47г.
На основании вышеизложенного была сформулирована задача данной работы: с помощью детектора КМД-2 измерить энергетическую зависимость процессов е+е~ -> 7г4‘7г“27г° и е'^е“ 27г+2тг-, а также изучить динамику рождения конечного состояния.
Структура работы следующая. Во второй главе приведены характеристики ускорительного комплекса ВЭПП-2М и описание основных систем детектора КМД-2. Третья Глава посвящена системе обработки данных детектора КМД-2 и условиям отбора событий на вторичные ленты. В четвертой Главе описаны особенности набора данных, по которым проводился анализ, и представлен метод определения светимости.
Пятая глава посвящена получению физических результатов. В ней описаны критерии отбора событий 7Г+7Г_27Г° и 2тГ2тг“, а также метод полной кинематической реконструк-
б
ции этих событий. Основное внимание уделяется изучению динамики рождения конечного состояния 4т в е+с~ аннигиляции. На основании проделанного анализа продемонстрировано, что основной вклад в процесс е+е_ —>• 7г+т'2тг0 дают промежуточные состояния и>тт° и ах (1260)7г, в то время как процесс е^е- —* 2ж+2к~ полностью насыщается механизмом а1(12б0)тг. Получены ограничения на вклады возможных примесей: Л1(1170)я,°, р<т, р+р~, а2(1320)тг и тг(1300)т. Описана методика определения эффективности регистрации процесса 4тг и способ учета радиационных поправок. По числу восстановленных событий определена зависимость сечений процессов е+е“ -> опт0, е+е~ —> 7г+7г“27г° и е+е- —> 2тГ+27Г“ от энергии.
В шестой Главе проведено сравнение предсказаний модели а1(1260)тг и алг0 доминантности на основе сохранения изовекторного векторного тока с существующими экспериментальными данными по распадам г-лептона и продемонстрировано, что предложенная модель хорошо описывает эти данные.
В седьмой Главе обсуждаются полученные результаты, кратко описаны представления об изучаемых процессах, а также обосновывается необходимость будущих экспериментов в более широком диапазоне энергии.
В Заключении приводятся основные результаты, полученные в этой работе.
Глава 2
Ускорительный комплекс ВЭПП-2М и детектор КМД-2
• Эксперименты, описанные в данной работе, проводились на установке со встречными е+е~ пучками ВЭПП-2М. Ускорительно-накопительный комплекс, схема которого приведена на рисунке '2.1, состоит из инжектора, синхротрона, бустера и самого накопителя [11]. Инжектором комплекса является импульсный ускоритель электронов с максимальной энергией частиц 3 МэВ. Синхротрон Б-ЗМ ускоряет электроны до энергии 200 МэВ. В режиме накопления электронов пучок из Б-ЗМ перепускается в бустерный накопитель БЭП [23].
Рис. 2.1: Схема ускорительно-накопительного комплекса ВЭПП-2М.
Позитроны, образующиеся в конверторе, собираются фокусирующей системой и накапливаются в БЭП. После накопления тока 10 - 20 мА пучок ускоряется до энергии эксперимента и перепускается в накопительное кольцо ВЭПП-2М. Затем цикл накопления повторяется для электронов.
Накопитель ВЭПП-2М представляет собой жесткофокусирующее кольцо с четырьмя прямолинейными промежутками (^200 см). В одном из промежутков находится
- Київ+380960830922