ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2015, том 78, № 5, с. 388-392
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
ИЗУЧЕНИЕ ^G^OGA е+е- — K+K- C ДЕТЕКТОРОМ КМД-3
I о
НА е+е-КОЛЛАИДЕРЕ ВЭПП-2000
© 2015 г. E. A. Козырев1)'2)*, Р. Р. Ахметшин1), A. В . Анисенков1), В . М . Аульченко1),2), В. Ш. Банзаров1), Н . G. Баштовой1), Д. E. Беркаев1),2), A. В . Брагин1), A. И. Воробьев1^ G. E. Гаязов1),2), A. A. Гребенюк1),2), Д. Н. Григорьев1),3), E. M. Громов1), Д. A. Епифанов4), A. Л. Ерофеев1), Ю. M. Жаринов1), Ф. В. Игнатов1^ С. В. Карпов1), В. Ф. Казанин1),2), A. Н. Кирпотин1), И. A. Кооп1),2), O. A. Коваленко1),2), A. Н. Козырев1), П. П. Кроковный1),2), A. E. Кузьменко1),3), A. С. Кузьмин1), И. Б. Логашенко1),2), П. A. Лукин1),2), A. П. Лысенко1), К. Ю. Михайлов1),2), В. С. Охапкин1), Ю. Н. Пестов1), E. A. Переведенцев1^2^
A. С. Попов1),2), Г. П. Разуваев1),2), Ю. A. Роговский1), A. Л. Романов1), A. A. Рубан1), A. E. Рыжененков1),2), Н. M. Рыскулов1), A. Л. Сибиданов5), E. П. Солодов1),2),
B. M. Титов1), A. A. Талышев1),2), Г. В. Федотович1),2), Б. И. Хазин1),2), В. E. Шебалин1),
Д. Н. Шемякин1) 2), Б. A. Шварц1) 2), Д. Б. Шварц1) 2), П. Ю. Шатунов1), Ю. M. Шатунов1), С. И. Эйдельман1),2), Л. Б. Эпштейн1),3), Ю. В. Юдин1)
Поступила в редакцию 29.06.2014 г.
Представлены предварительные результаты измерения сечения процесса e+e- — K+K- в области энергий от 1.01 до 2.0 ГэВ в с.ц.м. с детектором КМД-3 на коллайдере ВЭПП-2000 в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН.
DOI: 10.7868/S0044002715020208
1. ВВЕДЕНИЕ
Процесс e+e- — K+K- изучался в предыдущих экспериментах на детекторах DM-2 [ 1], КМД-2 [2], СНД [3] и BaBar [4]. Наиболее точные измерения сечения процесса e+e- — K+K- в области 0(1020)-резонанса были произведены на детекторе КМД-2 и методом радиационного возврата на детекторе BaBar с систематическими ошибками 2.2% и 0.7% соответственно. В области 1.38—2 ГэВ в с.ц.м. измерения были произведены на детекторах BaBar и DM-2 с точностью 3—7% и больше 11% соответственно. Разногласие результатов привело к тому, что вклад процесса e+e- — K+K- в подсчет аномального магнитного момента мюона при интегрировании дисперсионного соотношения
''Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, Новосибирск.
2'Новосибирский государственный университет, Россия.
3'Новосибирский государственный технический университет, Россия.
4'University of Tokyo, Department of Physics, Japan.
5'University of Sydney, School of Physics, Falkiner High
Energy Physics, Australia.
E-mail: eakozyrev09@gmail.com
в области энергий от порога до 1.8 ГэВ в с.ц.м. составил ац = (22.93 ± 0.185Ы ± 0.22^ ± 0.03УР) х х 10"10 согласно результатам ВаВаг [4] вместо а^ = (21.63 ± 0.275Ы ± 0.685у^) х 10"10 согласно предыдущим измерениям [5]. Независимый эксперимент на детекторе КМД-3 позволит уточнить вклад данного канала в адронную поляризацию вакуума. Кроме того, интерес к изучению процесса е+е" — К+К" связан с тем, что экспериментально измеренное отношение констант связи 9ф-'к+к
отличается от теоретического предсказания более чем на 3а [6]. Изовекторная часть формфактора ка-она, совместно с экспериментальными данными о распаде т" — К "К0 ит, может быть использована для проверки гипотезы сохранения изовекторного тока (СУС) [7].
В настоящей работе приводятся предварительные результаты изучения процесса е+е" — К+К" в области энергий 1.01—2.0 ГэВ в с.ц.м. на основе интегральной светимости 23.7 пбн"1, где 5.7 пбн"1 набраны в области ^-мезона (1.01 — 1.06 ГэВ в с.ц.м.). Данные получены детектором КМД-3 на коллайдере ВЭПП-2000 сканированием области
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА е+е- — К+К-
389
N
0 5000 10000 15000 20000
йЕ/йх
Рис. 1. Средние ионизационные потери в ДК частиц коллинеарных событий при энергии Ест. = 1.019 ГэВ.
N 104
103
102
101
100
80
100 120 140
Средний импульс, МэВ/с
Рис. 2. Средний импульс каонов в эксперименте и моделировании при Ес т. = 1.019 ГэВ.
ьме
0.65 г
0.55
0.45
Геометрическая эффективность
0 35 ...........
1100 1300 1500 1700 1900
Ест., МэВ
Рис. 3. Зависимость эффективности регистрации от энергии с.ц.м.
ф-резонанса с шагом 0.5 МэВ и с шагом 20 МэВ при больших энергиях. Энергия пучков измерялась с точностью 30 кэВ методом обратного компто-новского рассеяния лазерных фотонов электронами [8]. Характеристики детектора КМД-3, описан-
ные в работе [9], позволяют эффективно выделять процесс рождения каонных пар по измеренному импульсу и большим ионизационным потерям в дрейфовой камере (ДК) при малых энергиях каонов (см. разд. 2), а также с использованием энерговыделения в калориметре в области энергий 1.3— 2.0 ГэВ в с.ц.м. (см. разд. 3).
2. ОТБОР СОБЫТИИ В ОБЛАСТИ ф-МЕЗОНА
Для выделения процесса е+е- — К+К- отбирались события с двумя коллинеарными треками противоположно заряженных частиц, имеющими средний угол вылета относительно оси пучков: 1.1 < < 7г — 1.1 рад. В области энергий
1.01 — 1.06 ГэВ в с.ц.м. каоны имеют скорость в = = 0.21—0.36, что обуславливает их относительно большие ионизационные потери в ДК. Распределение по ионизационным потерям при энергии 1.019 ГэВ в с.ц.м. для коллинеарных событий показано на рис. 1. Вертикальными стрелками показаны границы отбора К+К--событий. Пик слева соответствует минимально ионизирующим частицам. На рис. 2 показано распределение по среднему импульсу (рау) двух зарегистрированных каонов после отбора по ионизационным потерям. Заштрихованная гистограмма соответствует моделированию, точки — эксперименту. Для каждой точки по энергии определяется количество событий в интервале измеренных импульсов \рач — ртеап\ < < 6ар, где ар — импульсное разрешение детектора, ртеап — средний по всем событиям импульс. Чтобы определить уровень фоновых процессов, изучалось распределение по продольной 2 координате точки вылета треков вдоль направления движения пучка и исследовались данные при допороговой энергии 0.984 ГэВ в с.ц.м. Относительный уровень фона составляет (0.26 ± 0.31)%. На рис. 3 показана эффективность регистрации пары каонов в зависимости от энергии, полученная с помощью моделирования. Отличие от геометрической эффективности, определенной как эффективность отбора по среднему полярному углу вылету каонов, обусловлено преимущественно распадами медленных каонов на лету и потерями событий в связи с наложенными условиями отбора. Относительно большие ионизационные потери позволяют для двухтрековых событий сравнительно чисто отобрать один заряженный каон и измерить эффективность реконструкции второго. На рис. 4 представлено сравнение вероятностей реконструкции каонов, полученных в эксперименте и при моделировании. Амплитуда разброса отношения произведений эффективно-стей регистрации положительных и отрицательных
390
КОЗЫРЕВ и др.
+ -^exp ^exp
cMCcMC
1.02 1.00 0.98
0.96
Ü
hl
Prob 0.01589
p0 1.008 ± 0.001551
ГТ
1015
1025
1035
1045
1055 Ec.m., МэВ
Рис. 4. Отношение произведения вероятностей реконструкции положительных и отрицательных каонов в эксперименте и моделировании.
каонов в эксперименте и моделировании демонстрирует знание эффективности регистрации као-нов с точностью 2%.
3. ОТБОР СОБЫТИЙ В ОБЛАСТИ ЭНЕРГИЙ 1.06-2.00 ГэВ В С.Ц.М.
До энергии 1.3 ГэВ в с.ц.м. каоны выделяются по ионизационным потерям в ДК. При энергиях выше 1.3 ГэВ для выделения событий е+е" — К+К"
используется полное энерговыделение в калориметре, что, как видно из рис. 5, позволяет отделить их от событий e+e- — e+e- и частично подавить фон от процессов e+e- — п+п-, e+e- — и
космических событий. Прямоугольником показан примененный отбор событий e+e- — K+K- на двумерной гистограмме зависимости полного энерговыделения от среднего импульса коллинеарных частиц. Для определения числа искомых событий распределение по среднему импульсу для событий из прямоугольника аппрокстмируется суммой двух нормальных распределений, описывающих сигнал, и константы, описывающей нерезонансный фон (рис. 6'. Левый "хвост" распределения по среднему импульсу соответствует событиям с радиационными фотонами, испущенными начальными электронами или конечными каонами в процессе e+e- — — K+K-. Относительный вклад радиационных событий фиксируется из моделирования.
4. СЕЧЕНИЕ e+e- — K+K-
Сечение процесса рождения двух каонов определяется в каждой точке по энергии согласно выражению
Born __NK+K-
а
£regetrig^(l + Örad)
Öß,
о и
s®
ч « 2
3 « я & о н
и « ^ £
«
к
«
О К ч о С
2000 1600 1200 800 400 0
Космич. мюоны
300 500 700 900
Средний импульс, МэВ/с
Рис. 5. Полное энерговыделение в калориметре детектора для коллинеарных событий при энергии Ест. = = 1.6 ГэВ.
N 100
(1)
80 60 40 20 0
500 540 580 620 660
Средний импульс, МэВ/с
Рис. 6. Распределение среднего импульса частиц после отбора по энерговыделению при энергии Ест. = = 1.6 ГэВ.
где е^ — эффективность регистрации искомых событий (см. рис. 3,4); Ь — интегральная светимость; (1 + ) — радиационная поправка; 5е — поправка, учитывающая разброс энергии в пучке; е^ — эффективность триггера. Светимость определялась с использованием процессов е+е" — е+е", е+е" — с точностью около 2%. Радиационные поправки, учитывающие излучение в начальном состояниии, вычислялись на основе работы [10]. Разброс энергий сталкивающихся электронов и позитронов составляет 300—400 кэВ, что приводит к поправке 5е в определении сечения около 2% в пике ^-мезона. Наличие в детекторе двух независимых систем триггеров, использующих информацию из трековой системы и из калориметров, позволяет оценить эффективность запуска детектора искомыми событиями, которая составляет е^ = = 0.999 ± 0.001. Систематическая ошибка сечения в области ^-мезона составляет около 3% и может быть улучшена за счет уточнения светимости и эффективности реконструкции каонов. Системати-
ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССА е+е- ^ K+K-
391
о, нбн
103
102
1010
Рис. 7. Сечение e+e ^ K+K сечения.
• КМД-3 эксп. КМД-3 фит BaBar КМД-2
[ (
1020
1030
1040
1050
1060
Ec
^.Ш, МэВ
в области 0-мезона (точки • — КМД-3). Кривая — аппроксимация измеренного
о, нбн 10'
V
10й
10-
А
й DM-2 - BaBar • КМД-3
♦
о _ о
yii
1100 1300 1500 1700 1900
Ec.m., МэВ
Рис. 8. Сечение
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.