научная статья по теме ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ АДРОННЫХ СЕЧЕНИЙ С ДЕТЕКТОРОМ КМД-3 НА ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННОМ КОЛЛАЙДЕРЕ ВЭПП-2000 Физика

Текст научной статьи на тему «ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ АДРОННЫХ СЕЧЕНИЙ С ДЕТЕКТОРОМ КМД-3 НА ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННОМ КОЛЛАЙДЕРЕ ВЭПП-2000»

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2015, том 78, № 7-8, с. 635-646

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ

ПРЕДВАРИТЕЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ АДРОННЫХ СЕЧЕНИЙ С ДЕТЕКТОРОМ КМД-3 НА ЭЛЕКТРОН-ПОЗИТРОННОМ

КОЛЛАЙДЕРЕ ВЭПП-2000

© 2015 г. Г. В. Федотович1),2)*, A. В. Анисенков2), В. М. Аульченко1),2), Р. Р. Ахметшин2), В. С. Банзаров2), Н. С. Баштовой2), Д. E. Беркаев1),2), ^ В. Брагин2),

A. И. Воробьев2), С. E. Гаязов1),2), A. A. Гребенюк1),2), Д. Н. Григорьев2),3), E. M. Громов2), Д. A. Епифанов4), ^ Л. Ерофеев2), Ю. M. Жаринов2), Ф. В. Игнатов2), В. Ф. Казанин1),2), С. В. Карпов2), A. Н. Кирпотин2), O. A. Коваленко1),2), A. Н. Kозырев2), E. A. Kозырев1),2), И. A. Kооп1),2), П. П. Кроковный1),2), A. E. Кузменко2),3), A. С. ^зьмин2), И. Б. Логашенко1),2), П. A. Лукин1),2), A. П. Лысенко2), K. Ю. Михайлов1),2), В. С. Охапкин2), E. A. Переведенцев1),2), Ю. Н. Пестов2), A. С. Попов1),2), Г. П. Разуваев1),2), Ю. A. Роговский2), A. Л. Романов2),

A. A. Рубан2), A. E. Рыжененков1),2), Н. M. Рыскулов2), A. Л. Сибиданов5), E. П. Солодов1),2), A. A.Талышев1),2), В. M.Титов2), Б. И. Хазин1),2), П. Ю. Шатунов2), Ю. M. Шатунов2), Б. A. Шварц1) 2), Д. Б. Шварц1) 2), В. E. Шебалин2), Д. Н. Шемякин1),2), С. И. Эйдельман1),2), Л. Б. Эпштейн2),3), Ю. В. Юдин2)

Поступила в редакцию 09.12.2014 г.

Начиная с декабря 2010 г. в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН ведутся эксперименты с детектором КМД-3 на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-2000 в области энергий от 0.32 до 2 ГэВ в с.ц.м. Объем набранных данных соответствует интегральной светимости около 60 пбн-1. Приведены результаты предварительного анализа следующих каналов аннигиляции: е+е- — 3(п+п-), 2(п+п-п0), К+К-п+п-, К+Крр, п+п-. Поскольку процессы электрон-позитронной аннигиляции с рождением многоадронных состояний содержат несколько промежуточных состояний, их рассмотрение необходимо для правильного описания распределений по углам вылета частиц и их инвариантным массам.

DOI: 10.7868/80044002715060045

1. ВВЕДЕНИЕ

Начиная с декабря 2010 г. криогенный магнитный детектор третьего поколения (КМД-3, ИЯФ СО РАН) набирает данные на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-2000. При создании коллайдера ВЭПП-2000 впервые реализован метод круглых пучков, применение которого должно обеспечить светимость 1032 см-2 с-1 при максимальной энергии в с.ц.м. л/в = 2 ГэВ [1].

'-'Новосибирский государственный университет, Россия.

2)Институт ядерной физики им. ГИ. Будкера СО РАН, Новосибирск.

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: g.v.fedotovich@inp.nsk.su

Два современных детектора КМД-3 [2] и СНД [3] установлены на коллайдер в двух противоположных местах встречи пучков. Физическая программа экспериментов [4] включает прецизионные измерения эксклюзивных сечений рождения адронов е+е- — Найтов в широком диапазоне энергий, измерение параметров основных и возбужденных состояний легких векторных мезонов, изучение динамики рождения многоадронных состояний, измерение сечений процессов е+е- — пП и рр вблизи порога рождения нуклонов и поиск новых экзотических состояний.

Хорошо известно, что прецизионные данные о сечениях рождения адронов е+е- — Найтоав необходимы для вычисления в рамках стандартной модели аномального магнитного момента (АММ) мюона, а^ = (д — 2)ц,/2. Область энергий ВЭПП-

9 5 3 6 7 8 1 2 4

светимости нескольких хорошо известных КЭД-

процессов е+е

е+е , ц+ц , 77 помогает до-

стоверно оценить систематическую погрешность.

В работе представлены предварительные результаты анализа процессов е+е- — 3(п+п-), 2(п+п-п0), К+К-п+п-, К+К-, п+п- и рр.

Рис. 1. КМД-3 детектор: 1 — вакуумная камера, 2 — дрейфовая камера, 3 — BGO-калориметр, 4 — ^-камера, 5 — сверхпроводящий соленоид (0.13Х0), 6 — жидкоксеноновый калориметр, 7 — система ТОР, 8 — электромагнитный СБРкалориметр, 9 — обратный магнитопровод (внешняя мюонная пробежная система не показана).

2000 дает основной вклад ^92% в величину и определяет ее точность [5].

Адронные вклады в величину различных каналов реакции е+е- — ККпп с каонами в конечном состоянии составляют (3.31 ± 0.58) х 10-10 и оцениваются для пока неизмеренных каналов на основе изоспиновых соотношений. Хотя часть процессов с каонами в конечном состоянии была измерена на детекторе ВаВаг [6, 7] с использованием методики радиационного возврата (1ЭН), прямые измерения с лучшей точностью по-прежнему необходимы. Изучение динамики рождения мно-гоадронных состояний с каонами с детектором ВаВаг показало, что эти процессы идут через промежуточные состояния К+К-р, К*Кп, фп+п-, К1К. Часть промежуточных состояний для процесса е+е- — К+К-п+п- была изучена на детекторе ВаВаг. Однако более детальный анализ будет сделан на основе статистики, уже набранной детектором КМД-3.

Интегральная светимость коллайдера является ключевым фактором для многих экспериментов, в которых изучаются адронные сечения. Поскольку при измерении сечений рождения адронов производится нормировка на интегральную светимость, систематическая ошибка ее измерения оказывается одним из серьезных источников неопределенности. Совместное использование для определения

2. ДЕТЕКТОР КМД-3

Эксперименты проводились с криогенным магнитным детектором КМД-3, общий вид которого показан на рис. 1. Координаты треков, углов и импульсов заряженных частиц измеряются в цилиндрической дрейфовой камере (ДК) с гексагональной структурой ячеек. Координатное разрешение в г—ф-плоскости составляет ^120 мкм. Координата вдоль проволочек ДК (вдоль оси столкновения пучков) измеряется методом деления заряда с разрешением ах ~ 2 мм, импульсное разрешение описывается выражением ар/р ~ л/1.12 + (5Е)'2, где энергия Е измеряется в ГэВ. Цилиндрическая двухслойная пропорциональная 2-камера расположена сразу за ДК и на основе метода центра тяжести амплитуд, измеряемых на катодных полосках, обеспечивает точность определения г-координаты трека ^0.5 мм. Сигналы с анодных секторов камеры инициируют старт первичного заряженного триггера и имеют временной разброс ^5 нс.

Калориметр детектора состоит из трех частей. Торцевой калориметр, расположенный по торцам дрейфовой камеры, сделан на основе кристаллов ВОО (340 • 2 кристаллов с толщиной 13.4Х0). Цилиндрический калориметр расположен снаружи сверхпроводящего соленоида, создающего продольное магнитное поле 1.3 Тл. Он состоит из двух подсистем: внутреннего жидкоксенонового калориметра ^Хе) толщиной 5.4Х0 и калориметра на основе скомпонованных в восемь октантов кристаллов сб1 толщиной 8.1Х0 (1152 кристалла). LXe-калориметр содержит семь двойных слоев ионизационных камер. Катодные цилиндрические поверхности камер имеют двухстороннюю полос-ковую структуру (2286 каналов). Аналоговая информация с полосок позволяет определить профиль электромагнитного ливня, а также измерить координаты точки конверсии фотонов с точностью ~1—2 мм. Катодные полоски на двух сторонах каждого электрода перпендикулярны друг другу и расположены под углом 45° относительно оси пучков. Анодные электроды разделены на площадки, которые организуются в башни (264 канала), ориентированные на точку взаимодействия пучков. Для событий баба-рассеяния на большие углы энергетическое разрешение калориметра составило те/Е ~ 4—8%.

Мюонная пробежная система установлена снаружи ярма детектора. Она состоит из 36 сцин-тилляционных счетчиков в цилиндрической части и восьми счетчиков по торцам детектора и имеет временное разрешение нс.

3. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА И ИЗМЕРЕНИЕ СВЕТИМОСТИ

Диапазон энергий от 1 до 2 ГэВ был про-сканирован вверх и вниз с шагом 50 МэВ. В каждой энергетической точке набирался интеграл светимости около 500 нбн-1. При сканировании вниз точки по энергии, в которых набирались данные, были сдвинуты относительно предыдущих на 25 МэВ. Энергия пучка мониторировалась с точностью ^0.5 МэВ путем измерения поля в дипольных магнитах кольца ВЭПП-2000. Эксперименты продолжались с января по июнь 2011 г. и аналогично для 2012 г.

Во время набора данных использовались два типа триггера - CHARGED и NEUTRAL. Сигналы с ячеек ДК и секторов Z-камеры инициировали срабатывание специального трекового процессора TRACKFINDER (TF), а процессор CLUSTERFINDER (CF) срабатывал от сигналов с калориметров. Положительное решение любого процессора разрешало чтение и запись текущего события на диск с объемом памяти ТБ. Во время набора данных средняя частота срабатывания триггера менялась в пределах 200-400 Гц. Коллинеарные события должны удовлетворять следующим критериям: CHARGED-триггер выработал положительное решение; NEUTRAL-триггер мог также выработать положительное решение; в ДК реконструировано не менее двух треков; среди всех зарегистрированных треков имеется пара, удовлетворяющая условиям коллинеарности: суммарный заряд двух частиц равен нулю; расстояние обоих треков от оси пучков меньше 0.5 см; расстояние обоих треков вдоль оси пучков от места взаимодействия не превышает 10 см; угол расколлинеарности между двумя треками в плоскости рассеяния (содержит ось пучков) |Д©| = |©1 - (п - ©2)| < 0.25 рад; угол расколлинеарности в азимутальной плоскости (поперечной коси пучков) |ДФ| = ^ — |Ф1 — Ф2|| < < 0.15 рад; средний полярный угол двух треков [©1 + (п — ©2)]/2 находится между 1 и (п — 1) рад. Отобранные таким образом коллинеарные события есть события рождения пар e+e-, j+j-, п+п-, K+K- и события космического фона. Затем на основе информации об энерговыделении в калориметрах отбираются события e+e- — e+e-, по которым определяется интегральная светимость.

Процесс e+e- — 77 также использовался для определения светимости, поскольку он имеет

важные преимущества [8] относительно процесса баба-рассеяния. Диаграммы процесса аннигиляции в два фотона не содержат излучения конечных частиц и их кулоновского взаимодействия, а также эффектов, связанных с поляризацией вакуума. Поскольку он имеет другие систематические погрешности, его можно использовать как независимый инструмент для определения светимости. Для выделения соб

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.

Показать целиком