ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2015, том 78, № 5, с. 399-402
= ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
ИЗМЕРЕНИЕ ПРОИЗВЕДЕНИЯ ЛЕПТОННОЙ ШИРИНЫ НА ВЕРОЯТНОСТЬ РАСПАДА J/^-МЕЗОНА В АДРОНЫ
© 2015 г. Т. А. Харламова* (от Коллаборации КЕДР1))
Поступила в редакцию 29.06.2014 г.
Представлен предварительный результат эксперимента КЕДР/ВЭПП-4М по измерению сечения е+е- ^ адроны в области энергии рождения 7/ф-резонанса. Величина произведения электронной ширины 7/ф-мезона на вероятность его распада в адроны составила ГееБь = 4.67 ± 0.04(стат.) ± ± 0.22(сист.) кэВ.
DOI: 10.7868/80044002715020191
1. ВВЕДЕНИЕ
Полная и лептонная ширины J/^-мезона определяются фундаментальными свойствами сильного и электромагнитного взаимодействий с-кварков. Точное их знание обеспечивает настройку потенциальных моделей чармония, повышающую предсказательные возможности этих моделей для более сложных кварковых состояний. В современных ад-ронных экспериментах, таких как ALICE, ATLAS, CMS, LHCb, измерение сечения инклюзивного рождения J/^-мезона при высоких энергиях также играет важную роль, потому что позволяет, во-первых, проверять предсказания различных КХД-моделей, а во-вторых, имеет методическое знаВ. В. Анашин, В. М. Аульченко, Е. М. Балдин, А. К. Бар-ладян, А. Ю. Барняков, М. Ю. Барняков, С. Е. Бару, И. Ю. Басок, А. Е. Блинов, В. Е. Блинов, А. В. Бобров, В. С. Бобровников, А. В. Богомягков, А. Е. Бондарь,
A. Р. Бузыкаев, А. И. Воробьев, Ю. М. Глуховченко, Д. Н. Григорьев, В. В. Гулевич, Д. В. Гусев, В. Н. Жилич,
B. В. Жуланов, А. Н. Журавлев, С. Е. Карнаев, Г В. Карпов, С. В. Карпов, В. А. Киселев, В. В. Колмогоров,
C. А. Кононов, К. Ю. Котов, Е. А. Кравченко, В. Н. Кудрявцев, В. Ф. Куликов, Г Я. Куркин, Э. А. Купер, Е. Б. Ле-вичев, Д. А. Максимов, В. М. Малышев, А. Л. Масленников, А. С. Медведко, О. И. Мешков, С. И. Мишнев, И. И. Морозов, Н. Ю. Мучной, В. В. Нейфельд, С. А. Никитин, И. Б. Николаев, И. Н. Окунев, А. П. Онучин, С. Б. Орешкин, И. О. Орлов, А. А. Осипов, С. В. Пе-леганчук, В. В. Петров, С. Г. Пивоваров, П. А. Пими-нов, А. О. Полуэктов, В. Г. Присекин, О. Л. Резанова, А. А. Рубан, Г. А. Савинов, В. К. Сандырев, Е. А. Симонов, С. В. Синяткин, А. Н. Скринский, В. В. Смалюк, А. В. Соколов, Е. В. Старостина, А. М. Сухарев, А. А. Та-лышев, В. А. Таюрский, В. И. Тельнов, Ю. А. Тихонов, К. Ю. Тодышев, Г М. Тумайкин, Ю. В. Усов, Т. А. Харламова, А. Г. Шамов, Д. Н. Шатилов, Б. А. Шварц, С. И. Эйдельман, А. Н. Юшков.
* E-mail: T.A.Kharlamova@inp.nsk.su
чение определения эффективностей и калибровки детектора. Резонанс J/ф достаточно легко идентифицируется по его распаду в пару лептонов. Наблюдаемая ширина пика, однако, определяется разрешением детектора, и для прецизионных измерений необходимо знание полной и лептонной ширины с хорошей точностью из экспериментов на встречных e+e--пучках.
В настоящей работе измерено произведение электронной ширины J/ф-резонанса на вероятность его распада в адроны: reeBh. Совместно с результатами Коллаборации КЕДР по определению reeBee и ГееБ^ [1] это измерение позволит определить как лептонную, так и полную ширину независимым способом, используя данные только одного эксперимента.
2. ЭКСПЕРИМЕНТ
Эксперименты с детектором КЕДР [2] проводятся на ускорительном комплексе ВЭПП-4М [3]. Основным преимуществом установки является возможность измерения энергии сталкивающихся пучков с помощью двух независимых методов [4] — резонансной деполяризации с точностью (5—15) х х 10-6 и обратного комптоновского рассеяния с точностью 3 х 10-5.
В марте 2005 г. было проведено сканирование J/ф-резонанса. Интегральная светимость при этом составила 230 нбн-1, что соответствует приблизительно 250 тыс. J/ф-мезонов. Для обработки отбирались распады J/ф-мезона на адроны и электроны. События e+e- — e+e- использовались для вычисления светимости. Для оценки эффективности регистрации было проведено моделирование J/ф — адроны с помощью генератора BES [5] на
400
ХАРЛАМОВА
основе Ле1Бе1 [6] с модифицированными параметрами. Используемый метод настройки параметров генератора был разработан Коллаборацией КЕДР для анализа ф(2Б)-резонанса [7] и впервые используется для анализа резонанса -1/ф.
3. АНАЛИЗ ДАННЫХ
Резонансная часть сечения процесса е+е- — — адроны в области .3/^-мезона пропорциональна ГееБь, общий вид сечения приведён в работе [8]. Таким образом, для определения искомой величины необходимо выполнить отбор многоадронных событий, а также событий е+е--рассеяния, которые используются при определении светимости.
Для отбора многоадронных событий требовалось:
число частиц в событии не менее трех; два и более треков из области пучка (р < 2 см); один и более треков из места встречи (р < 2 см, г < 13 см);
энерговыделение в калориметре >600 МэВ; сферичность события Б по заряженным трекам более 0.05.
Здесь р — прицельный параметр, г — координата точки на треке, ближайшей к оси пучков. Сферичность события Б вычислялась по восстановленным
трекам заряженных частиц по формуле 3 .
где рг — импульс 1-й частицы, а рт,г — ее поперечный импульс относительно оси, направление которой находится из условия минимума суммы поперечных импульсов.
Для отбора е+е--событий требовалось: наличие двух кластеров в калориметре с энергией более 450 МэВ каждый;
суммарное энерговыделение двух отобранных кластеров более 2 ГэВ;
положение отобранных кластеров в диапазоне углов от 40° до 140° от оси пучков;
выделившаяся в калориметре энергия, не приписанная двум выделенным кластерам, составила менее 10% от полного энерговыделения;
менее трех дополнительных кластеров с энергией >80 МэВ;
расколлинеарность по полярному углу в менее 10°, по азимутальному углу ф — менее 18°;
сферичность по заряженным трекам менее 0.05. Число экспериментальных е+е--событий, прошедших условия отбора, пропорционально светимости Ь и состоит из вкладов от нескольких процессов — электродинамического е+е--рассеяния
hadr -
o0bs, нбн
1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0
3085 3090 3095 3100 3105
W, МэВ
Рис. 1. Зависимость сечения рождения адронов от энергии в системе центра масс, х2 = 0.54.
(QED), распада резонанса 3/^ на электроны и их интерференции:
= + (2)
dQ
Число событий моделирования описывает электродинамический вклад (баба-рассеяние), который вычислялся методом Монте-Карло с помощью генератора BHWIDE [9]. Параметр теоретической светимости относится к моделированию и определяется по формуле Ь = N/^1, где N — общее число событий моделирования и — теоретическое сечение баба-рассеяния. Резонансная и интерференционная части вклада 3/^-мезона вычислялись по формуле для дифференциального сечения йа/й&, взятой из работы [7], где было также показано, что погрешность теоретических формул не ограничивает точность вычисляемых величин.
В каждой точке по энергии подсчитывалось число адронных событий Ni и число событий баба-рассеяния пг (см. рис. 1). Для определения параметров резонанса проводилась минимизация функции правдоподобия, построенной следующим образом:
—2 ln L
2Е
N?b4n (Щ^] + - (3)
Urv
- Nobs + n,0Ds ln
obs -H
nobs
n,
exp
+ nexp - nobs
ИЗМЕРЕНИЕ ПРОИЗВЕДЕНИЯ ЛЕПТОННОИ ШИРИНЫ
401
Гее Bh (//¥)
КЕДР I—•—I
CLEO 2006
BES 1995
|-•
FRASCATI 1975
|-•-
3.5
4.0
4.5
5.0
5.5 кэВ
Рис. 2. Результаты экспериментов по измерению произведения электронной ширины J/ф-мезона на вероятность его распада в адроны [10—12]. Серая полоса соответствует среднемировому значению с учетом его неопределенности (по результатам измерения Вг( J/ф ^ е+ е-), Вг( J/ф ^ адроны) и Г(J/ф) [10]).
Светимость в каждой точке определялась по формуле
Li
моЫ + nobs ^hadr + &e+e- '
(4)
где и ое+е- — полное сечение рождения адро-нов и е+е- соответственно. Свободных параметров при фитировании было три — ГееБ^, сечение в подложке и энергетический разброс.
После минимизации двух распределений был получен предварительный результат ГееБ^ = = 4.67 ± 0.04(стат.) ± 0.22(сист.) кэВ. Основные источники систематических неопределенностей представлены в таблице, итоговая точность измерения предварительно составила 4.6%. Наибольшие вклады в систематические неопределенности результата дают измерение светимости, моделирование адронных событий и оценка остаточного фона накопителя. Также в полученную точность измерения входят детекторные неопределенности (триггер, описание ядерного взаимодействия, наводки между каналами), ускорительные (определение энергии и форма распределения по энергии коллайдера), теоретическое описание (расчет сечения).
Здесь введены обозначения: N°ь§ — экспериментальное число адронных событий, прошедших условия отбора; Nехр — ожидаемое число адрон-ных событий, пропорциональное светимости и сумме сечений от распада З/ф — адроны и нерезонансного рождения легких кварков. Аналогично для электронов: п°ь§ — экспериментально наблюдаемое число е+е--событий; пехр — ожидаемое число событий от е+е--рассеяния, распада З/ф — — е+е- и их интерференции.
Основные систематические неопределенности измерений
Источник Ошибка, %
Измерение светимости 2.5
Моделирование адронных событий 3.0
Оценка остаточного фона коллайдера 2.0
Детекторные неопределенности 1.5
Ускорительные неопределенности 0.3
Теоретические неопределенности 0.5
Квадратичная сумма 4.6
4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Получен предварительный результат по измерению произведения лептонной ширины J/ф-мезона на вероятность его распада в адроны:
Гее^ = 4.67 ± 0.22 кэВ.
Сравнение экспериментов по измерению произведения электронной ширины J/ф-мезона на вероятность его распада в адроны показано на рис. 2. Наш предварительный результат согласуется c результатами других измерений и имеет лучшую точность, лишь немного уступающую среднемировой.
Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки России, НШ-4860.2014.2, грантов РФФИ № 12-02-00023-a, 12-02-01076-а, стипендии Президента РФ СП-5889:2013:2, а также поддержана грантом Президента РФ для ведущих научных школ НШ-5320.2012.2.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. V. V. Anashin et al, Phys. Lett. B 685, 134 (2010).
2. В. В. Анашин и др., ЭЧАЯ 44, 1263 (2013) [Phys. Part Nucl. 44,657 (2013)].
3. V. V. Anashin et al, in 6
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.