2
Оглавление
Введение.........................................................4
Ф
Глава I. Описание экспериментальной установки Е865..............8
1.1 Пучок.......................................................10
1.2 Спектрометрические магниты..................................12
1.3 Регистрирующая аппаратура...................................13
1.3.1 Многопроволочные пропорциональные камеры................13
1.3.2 Черенковские счетчики...................................14
1.3.3 Электромагнитный калориметр.............................16
1.3.4 Мюонный детектор.........................................;....................................18
1.3.5 Триггерные годоскопы....................................19
' 1.4 Организация триггера и системы приема данных...............19
1.4.1 Организация триггера....................................19
. 1.4.2 Система приема данных............. 1...................22
Глава 2. Расчет и конструкция модуля электро-магнитного
калориметра ............................................25
2.1 Конструкция модуля..........................................26
2.2 Расчет параметров модуля....................................28
2.2.1 Расчет светосбора в ецннтилляционной пластине...........28
2.2.2 Расчет структуры модуля.................................29
Глава 3. Изготовление модуля электро-магнитного калориметра .....33
3.1 Полимерные оптические волокна...............................33
3.1.1 Синтез материалов для керна ПОВ.........................34
3.1.2 Синтез материалов для оболочки ПОВ.................... 37
3.1.3 Изучение спектрально-люминесцентных свойств люминофоров для ПОВ...........................................39
3.1.4 Изготовление ПОВ....................................... 41
3.1.5 Изучение свойств ПОВ....................................45
3.2 Другие конструкционные элементы модуля ЭМК ...............48
Глава 4. Результаты экспериментального исследования модулей
' ЭМК ............................................... 52
4.1 Схема измерений............................................. 52
4 2 Энергетическое разрешение и выбор фотоприемника............52
Ф
4 3 Координатное разрешение...................................... 54
4.4 Временное разрешение..........................................57
4.5 л/е режекция..................................................57
4.6 Исследование модулей с другими фотоприемниками................59
4.6.1 Тетрод.................................................. 59
4.6.2 Фотодиод..................................................60
4.6.3 Мнкроканальная пластина................л..*...............60
4.6.4 Триод.....................................................60
Глава 5. Наблюдение радиационного распада К* 73
5.1 Феноменология распада........................................74
5.2 Общие замечания по анализу данных............................78
5.3 Отбор событий ...............................................80
5.3.1 Этап 1 ........................................................................................................
5.3.2 Этап 2 ..................................................84
5.3.3 Отбор событий К* ->л'е’е~у ...............................85
5.4 Анализ данных ............................................. 87
5.4.1 Нормировка ...............................................89
5.4.2 Фоновые процессы..........................................91
5.4.3 Результаты ...............................................89
Заключение........................................................95
Приложения...................................................... 97
Литература.......................................................101
4
Введение
Ш
В последние годы достигнут значительный прогресс в теоретическом описании распадов легких мезонов. В частности, развиты методы киральной теории возмущений, позволяющие получать достоверные оценки параметров распадов К-мсзонов. Установлено, что эти методы хорошо описывают многие процессы распада каонов. Однако, желательно провести проверку для более сложных процессов, например, таких как к * -» х'е'е'у, который, с одной стороны, является радиационным распадом,
подавленным отсутствием нейтральных токов с нарушением странности, а с другой стороны, распадом к* -* я'уу с внутренней конверсией у на с*«' пару.
Измерения, связанные с изучением таких физических процессов, требуют хорошего пространственного и координатного разрешения при регистрации заряженных и нейтральных вторичных частиц. Это диктует необходимость совершенствования крупномасштабных годоскопических калориметров, являющихся принципиальным элементом большинства экспериментальных установок в физике высоких энергий. Поэтому актуальными и практически значимыми являются разработка и изучение характеристик калориметров, при создании которых применяются новые перспективные материалы и технологии.
Цель диссертационной работы:
]. Разработка сцинтилляционных детекторов с оптоволоконным съемом информации.
2. Исследование радиационного распада каона К’ .
Научная новизна диссертшищ:
1. Разработана конструкция и изготовлены модули электромагнитного
калориметра типа “Шашлык” для прецезионных э”ергетичсск измерений.
2. Разработано и изготовлено широкоапертурное п°лимерн
спсктросмещающсс и СЦИНТИЛЛЯЦИОННОе оптическое ВОЛОКНО
многослойной оболочкой.
3. Экспериментально выделено 28 событий распада К’ /г'е1е-Определсна вероятность внутреннего тормозного излучен Получено ограничение ни вклад структурного излучения.
Ддактичеекая и научная ценность работы:
1. Разработана конструкция, технологии изготовления компонентов сборки модулей электромагнитного калорих<етра типа “Шашлык” Проведено эксперих(ентальное исследование характеристик модуЛсд Полученные результаты могут быть использованы при создании электромагнитных калорих<етров с оптоволоконным съемом информации, а также других детекторов частиц, в которых применяются полимерные оптические волокна.
2. Создана установка для изготовления оптического волок»- ос-
'/>оА 'о&е
полистирола с многослойной оболочкой из 0,О,
0/О
полимстилметакрилата. Исследованы оптичесу
радиационная стабильность волокон. с *оГх/
У*
3. Получены экспериментальные дан»' , Прб4с
^За
использованы для проверки разя»' ***#
физики элементарных частицу
л"ч.
Структура ДЦС£$ртаци заключения и при;
6
описана экспериментальная установка Е865
(Брукхэвенская национальная лаборатория, США) для исследования
редких распадов К*-мезонов, которая включает в себя
спектрометрические магниты, многопроволочные пропорциональные камеры, газовые пороговые черепковские счетчики, электромагнитный калориметр, ецкнтилляционные годоскопы и мюонный детектор. Описана организация приема и on-line обработки данных.
Во второй главе приведена конструкция модуля электромагнитного калориметра установки Е865, представляющего собой свинцово-сцинтилляционный сэндвич, свет из которого выводится на фотоприемник спектросмещающими волокнами. Описана его расчетная модель и приведены расчетные значения энергетического разрешения для различных структур модуля.
В третьей главе изложена разработанная технология изготовления спектросмещающих и сцингилляционных оптоволокон с многослойной оболочкой. Представлены результаты исследования радиационной стойкости волокон. Описываются конструкционные элементы и сборка модулей.
модулей калориметра. Представлены значения энергетического, пространственного и временного разрешений.
В пятой главе приведены результаты экспериментального изучения распада К'-> я'е'е'у. Описаны теоретические представления, критерии отбора событий, подавления фоновых процессов, процедура обработки данных. Выделена часть кинематической области распада, соответствующая внутреннему тормозному излучению. Получено ограничение на вклад структурного излучения.
приведены результаты изучения характеристик
7
В Заключении оформлены основные результаты диссертации.
В Приложении приведены примеры использования разработанного оптоволокна в других детекторах частиц.
Работы [3.10,21,27,36,45,46], на которых основана диссертация, опубликованы в виде статей в журналах “Nuclear Instruments and Methods А”, "Приборы и техника эксперимента", в Трудах конференций, в виде препринтов ИЯИ РАН. Основные результаты диссертации докладывались на научных семинарах ИЯИ РАН, ИТЭФ, ИФВЭ, ORNL (Ок-Ридж, США), BNL (США); были представлены на 4-ой международной конференции по калориметрии в физике высоких энергий (Изола д’Эльба, Италия, 1993), 28-й международной
конференции по физике высоких энергий (Варшава, Польша, 1996).
8
Глава 1 . Описание экспериментальной установки Е865
Поиск редких распадов частиц накладывает условия на подготовку и проведение экспериментов:
• Требуется интенсивный поток первичных частиц;
• Фон от событий, способных имитировать исследуемый распад, должен быть подавлен до уровня, позволяющего надежно выделить исследуемый процесс.
Постановка эксперимента Е865, основной целью которого является поиск распада с нарушением лептонного числа К^. на уровне Вг~Ю",г,
позволяет максимально удовлетворить эти условия.
АСБ синхротрон Брукхэвснской Национальной Лаборатории (США) дает 1.2 х 1013 протонов за один сброс каждые три секунды, что позволяет получить во вторичном пучке 6 х 107 К /сброс. Такая высокая интенсивность вторичного пучка даст большие возможности для исследования редких распадов каонов.
Основными требованиями эксперимента Е865 к детектирующей установке являются: 1). Точная реконструкция треков заряженных частиц, 2). Надежная идентификация частиц, позволяющая подавить фоновые процессы до приемлемого уровня, 3). Способность работать в условиях высокой загрузки. Схема детектирующей установки Е865 приведена на рис. I. Каоны вторичного пучка распадаются в распадном объеме. Продукты распада сепарируются по заряду первым дипольным магнитом 05. Четыре проволочные пропорциональные камеры Р1, Р2, РЗ, Р4 и второй дипольный магнит Об служат спектрометром для измерения импульсов частиц. Для идентификации
продуктов распадов К ’ используются: два черснковских счетчика СІ и С2, мюонные камеры и электромагнитный калориметр. Частью установки являются также три сцинтилляционных триггерных годоскопа А, В, и С.
9
Рис. I. Схема экспериментальной установки
многопроволочные пропорциональные камеры, С,-счстчики, О , - дипольные магниты.
Е865. Р,-
черенковскис
10
1.1 Пучок
Схема используемого в Е-865 вторичного пучка А2 изображена
9
на рис 2. Выведенный из AGS пучок протонов энергии 25.2 Гэв попадает в медную мишень, продольный размер которой составляет 15 см, а поперечный - 4 мм. Для меди толщина 15 см - это длина ядерного взаимодействия, поэтому около двух третей протонов пучка испытывает взаимодействие с мишенью, что приводит к рождению вторичных частиц, главным образом пионов, протонов и каонов.
Вторичные частицы отклоняются от направления протонного пучка дипольными магнитами DI и D2. Коллиматоры, установленные в DI, определяют угловой аксеитанс -30/+20 мрад в горизонтальной и ±10.75 мрад в вертикальной плоскостях. Квадрупольные магниты Q1 и Q2 образуют снльнофокусирующий дублет с фокусом в центре Q3. Выше и ниже по пучку от квадрупольного магнита Q3 располагаются коллиматоры, определяющие разброс пучка по импульсу Лр/р ~ 5 %. Магниты Q4, Q5 и Q6 фокусируют пучок в Q7, перед которым для подавления фона от образующихся нейтральных частиц установлен
дипольный магнит D3, отклоняющий пучок на 3.8°. Установленный за Q7 дипольный магнит D4 отклоняет пучок на такой же угол, но в противоположном направлении. Коллиматоры магнита Q7 служат для уменьшения гало пучка, а коллиматоры, установленные в Q5 и D4
служат для уменьшения в пучке числа мюонов, возникающих от
пионных распадов. И, наконец, квадрупольные линзы Q8 и Q9 фокусируют пучок в плоскости первой проволочной
пропорциональной камеры Р1. Пятиметровый распадный объем
расположен за магнитом Q5.
Импульсы частиц вторичного пучка составляют 6 ГэВ/с. За один сброс AGS длительностью 1.6 сек на мишень попадает 1.2 х10п протонов, что даст во вторичном пучке 7x107 каонов и 1.7x10*
- Київ+380960830922