ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
ИЗМЕРЕНИЕ ОДНОСПИНОВОИ АСИММЕТРИИ ИНКЛЮЗИВНОГО РОЖДЕНИЯ п0-МЕЗОНОВ ПРИ 40 ГэВ В ОБЛАСТИ ФРАГМЕНТАЦИИ
ПОЛЯРИЗОВАННОЙ мишени
© 2004 г. А. Н. Васильев, В. Н. Гришин, А. А. Деревщиков, В. И. Кравцов,
Ю. А. Матуленко, В. А. Медведев, Ю. М. Мельник, А. П. Мещанин, Д. А. Морозов, В. В. Мочалов*, А. И. Мысник, Л. В. Ногач, С. Б. Нурушев, А. Ф. Прудкогляд, П. А. Семенов, Л. Ф. Соловьев,
В. Л. Соловьянов
М. Н. Уханов, Ю. В. Харлов, В. Ю. Ходырев, Б. В. Чуйко, К. Е. Шестерманов, А. Е. Якутин, Н. С. Борисов1), В. Н. Матафонов^, А. Б. Неганов^, Ю. А. Плис1), Ю. А. Усов1), А. Н. Федоров1), А. А. Луханин2) Сотрудничество ПРОЗА-2
Институт физики высоких энергий, Протвино, Россия Поступила в редакцию 02.09.2003 г.
Представлены результаты по измерению односпиновой асимметрии AN инклюзивного рождения п0-мезонов в области фрагментации поляризованной мишени в реакции п- + p^ ^ п0 + X при энергии пучка 40 ГэВ; AN = ( — 13.8 ± 3.8)% при —0.8 < xF < —0.4 и 1 <pT < 2 ГэВ/с и сравнима с нулем при —0.4 < xf < —0.1 и pT в диапазоне 0.5-1.5 ГэВ/ с. Асимметрия становится отличной от нуля при импульсе п0-мезона в с.ц.м. около 1.7 ГэВ/с как в центральной области, так и в области фрагментации мишени. Поведение асимметрии сходно с результатами экспериментов E704 (ФНАЛ, 200 ГэВ) и STAR (БНЛ, 20 ТэВ) в области фрагментации поляризованного протонного пучка.
ВВЕДЕНИЕ
Понятие спина является одной из фундаментальных характеристик элементарных частиц. С созданием поляризованных мишеней и поляризованных пучков изучение спиновых эффектов стало одной из важнейших областей физики высоких энергий.
С точки зрения пертурбативной квантовой хро-модинамики при больших энергиях и больших переданных импульсах поперечные односпиновые эффекты должны были бы стремиться к нулю. Но уже первые эксперименты с поляризованными мишенями опровергли это ожидание. Была обнаружена значительная асимметрия в упругих реакциях и реакциях перезарядки. Эксперименты в области фрагментации поляризованного пучка, проведенные в АНЛ, также обнаружили значительные эффекты при энергии пучка 6 и ^12 ГэВ в реакции Рт + Р + X [1,2]. Детальное изучение асимметрии было проведено в 1990 г. во ФНАЛ при
^Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия.
2)Харьковский физико-технический институт, Украина. E-mail: mochalov@mx.ihep.su
энергии 200 ГэВ (эксперимент Е704), где асимметрия п-мезонов в области фрагментации пучка была значительной [3]. В конце 90-х годов в БНЛ в эксперименте Е925 с использованием поляризованного протонного пучка с энергией 22 ГэВ абсолютное значение асимметрии инклюзивного образования заряженных пионов достигало 40% [4].
Основная цель эксперимента ПРОЗА-2 [5] заключалась в измерении асимметрии в области фрагментации поляризованной мишени. Ранее эксперименты в данной кинематической области не проводились. Особенностью исследований на установке ПРОЗА-2 являлось то, что в отличие от всех предыдущих экспериментов по поиску асимметрии инклюзивного рождения п0-мезонов, когда измерения проводились либо в области фрагментации при больших продольных импульсах жр ~>хт (хр л! 2рь/л/з — переменная Фейнмана, хт = 2рт/л/з, где рь и рт ~ продольный и поперечный импульсы вторичной частицы), либо в центральной области (жр ~ 0), в данном эксперименте вклад обеих составляющих импульса, поперечной и продольной, значителен.
51 52 53-
Рис. 1. Схема экспериментальной установки ПРОЗА-2: 51—53 — сцинтилляционные счетчики полного потока; Н1, Н2 — годоскопы; ПМ — поляризованная мишень; ЕМС-720 — электромагнитный калориметр, расположенный под углом 40° или 30° к оси пучка.
1. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА Исследования проводились на 14-м канале ускорительного комплекса У-70 на установке ПРОЗА-2. В эксперименте измерялась асимметрия инклюзивного рождения п0-мезонов в реакции
(1)
п
+ п0 + X
при энергии пучка 40 ГэВ.
Установка состояла из пучковой аппаратуры, поляризованной мишени и электромагнитного калориметра. Схема экспериментальной установки приведена на рис. 1. Установка подробно описана в работе [6].
1.1. Формирование пучка и пучковая аппаратура
Пучок отрицательных частиц, образованных на внутренней мишени, отклонялся магнитным полем ускорителя в направлении 14-го канала. Система из трех магнитов и восьми линз позволяла выбрать частицы определенной энергии и сфокусировать полученный пучок на поляризованную мишень установки. Сформированный пучок состоял из п--мезонов (^98%), К--мезонов (^1.8%) и антипротонов (^0.3%); интенсивность пучка — 106 частиц/цикл. Разброс частиц по импульсу составлял ^2% и определялся захватом импульсного коллиматора.
Горизонтальный и вертикальный фокусы пучка находились близко к центру мишени. Размер пучка на мишени составлял ах ~ ау ~ 3.5 мм. Более 97% частиц пучка попадало в мишень, диаметр которой равен 18 мм.
Количество падающих на мишень частиц определялось тремя сцинтилляционными счетчиками Б1—53, диаметры первых двух — 10 см, последнего, расположенного около мишени, — 1.8 см.
Координаты падающих на мишень пучковых частиц определялись двумя годоскопами Н1 и Н2, размещенными на расстоянии 8.7 и 3.2 м от центра мишени соответственно. Годоскоп Н1 состоял из двух плоскостей, содержащих по 16 сцинтилля-ционных счетчиков с размерами 5 х 5 х 85 мм; годоскоп Н2 — из двух плоскостей по 12 счетчиков 2 х 5 х 40 мм (2 мм — в направлении, перпендикулярном пучку).
1.1.1. Поляризованная мишень
В эксперименте использовалась поляризованная протонная мишень замороженного типа на основе пропандиола (С3Н802) [7]. Средняя поляризация ядер водорода при наборе статистики составляла 80%. Накачка поляризации (одновременно с ее реверсом) занимала около четырех часов и происходила в среднем 1 раз за 48 часов. В ИФВЭ был разработан специализированный компактный магнит для поляризованной мишени с высокой однородностью поля (до 10-4) [8].
В мишени использовался тонкостенный горизонтальный криостат. Благодаря тонким боковым стенкам можно было регистрировать вторичные частицы с низкими энергиями. Это качество особенно важно при измерении асимметрии в области фрагментации мишени.
Отметим, что масса атомов водорода составляет примерно 1/10 от всего вещества мишени. Поэтому при вычислении асимметрии необходимо учитывать фактор разбавления мишени Б, определяемый отношением общего числа взаимодействий пучка на мишени к числу взаимодействий на атомах водорода.
1.1.2. Электромагнитный калориметр
7-Кванты от распада п0-мезонов регистрировались электромагнитным калориметром полного поглощения. Детектор состоял из 720 счетчиков из свинцового стекла ТФ1-00 [9], уложенных в виде прямоугольной матрицы (30 столбцов по 24 счетчика в каждом). Калориметр находился на расстоянии 2.3 м от мишени. Счетчики размером 38 х х 38 х 450 мм (18 рад. ед.) были обернуты алюми-низированным майларом толщиной 20 мкм. Черен-ковский свет, возникающий в стекле от электромагнитного ливня, регистрировался 12-динодным фотоумножителем ФЭУ-84/3 с диаметром фотокатода 34 мм.
Для определения коэффициентов, связывающих сигнал в каждой ячейке детектора с энергией,
Восстановленная энергия 1.05 г
1.00 0.95 0.90 0.85 0.80
Эффективность 1.0
0
10
20
J- 0
Энергия, ГэВ
0.5
1.0
5.0
Рис. 2. Доля зарегистрированной калориметром энергии (слева) и зависимость эффективности восстановления электромагнитного ливня в детекторе (справа) от истинной энергии 7-кванта при моделировании.
выделившейся в этом счетчике, проводилась калибровка детектора электронным пучком с энергией 26.6 ГэВ [10]. Конструкция калориметра позволяла перемещать детектор в горизонтальном и вертикальном направлениях поперек пучка таким образом, что электронный пучок мог засветить все счетчики калориметра. Разрешение калориметра составило а(Е)/Е = 2.5% при данной энергии (вычтен импульсный разброс пучка 2%).
Для контроля за временной стабильностью калориметра использовалась мониторная система на основе светодиодов [11]. Мониторирование энергетической шкалы осуществлялось с помощью дополнительной калибровки на массу п0-мезона с точностью 0.1% за пять часов измерений.
Центральные счетчики ЕМС-720 располагались под углом 30° к центру мишени в горизонтальной плоскости в сеансе 1999 г. для измерений при —0.4 < хр < —0.1 и под углом 40° в двух сеансах 2000 г. для измерений при —0.8 < хр < —0.3.
мишени. Для поправки на угол использовались шунтирующие сопротивления, пропорциональные sin 9, где 9 — средний угол для данного столбца. Суммарный сигнал был, таким образом, пропорционален поперечной энергии Et = E sin 9, зарегистрированной детектором. Триггер для детектора был выставлен на уровне 1.1 ГэВ в сеансе 1999 г. и 1.4 ГэВ в 2000 г.
В качестве электроники амплитудного анализа использовались 12-битные аналого-цифровые преобразователи П-267 [13]. Данные считывались компьютером на основе процессора MC68030 под управлением операционной системы реального времени OS-9 и передавались по локальной сети на отдельный компьютер для обработки "в линию" и архивации на магнитный носитель. За один цикл ускорителя с учетом эффективности работы системы сбора данных записывалось около 300 событий. Всего за 30 суток набора статистики было записано около 100 млн событий.
1.2. Электронная аппаратура и триггер на поперечную энергию
Электронная аппаратура состояла из унифицированных модулей наносекундной электроники, блоков амплитудных преобразователей, пересчетных приборов, регистров и другой вспомогательной аппаратуры в стандарте СУММА [12].
Триггером нулевого уровня на падающую частицу являлось совпадение сигналов с трех сцинтил-ляционных счетчиков Б1—53. Требовалось также срабатывание каждой из плоскостей годоскопов. Триггер вырабатывался в течение 60 нс при условии, что в этот временной интервал не попадала вторая частица.
Был разработан триггер первого уровня (350 нс) на суммарное поперечное энерговыделение в калориметре. Часть сигнала с каждого счетчика (около 5%) направлялась на аналоговый сумматор с учетом угла, под которым этот счетчик виден из
2. АНАЛИЗ ДАННЫХ И ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ
При анализе данных эксперимента и
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.