научная статья по теме ПОИСК ОДНОСПИНОВОЙ АСИММЕТРИИ ИНКЛЮЗИВНОГО РОЖДЕНИЯ π 0-МЕЗОНОВ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ПРИ ЭНЕРГИИ ПРОТОННОГО ПУЧКА 70 ГЭВ Физика

Текст научной статьи на тему «ПОИСК ОДНОСПИНОВОЙ АСИММЕТРИИ ИНКЛЮЗИВНОГО РОЖДЕНИЯ π 0-МЕЗОНОВ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ПРИ ЭНЕРГИИ ПРОТОННОГО ПУЧКА 70 ГЭВ»

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2004, том 67, № 8, с. 1512-1519

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ

ПОИСК ОДНОСПИНОВОИ АСИММЕТРИИ ИНКЛЮЗИВНОГО РОЖДЕНИЯ п0-МЕЗОНОВ В ЦЕНТРАЛЬНОЙ ОБЛАСТИ ПРИ ЭНЕРГИИ ПРОТОННОГО ПУЧКА 70 ГэВ

© 2004 г. А. Н. Васильев, В. Н. Гришин, А. М. Давиденко, А. А. Деревщиков, Ю. А. Матуленко, Ю. М. Мельник, А. П. Мещанин, В. В. Мочалов*, Л. В. Ногач, С. Б. Нурушев, А. Ф. Прудкогляд, П. А. Семенов, Л. Ф. Соловьев, В. Ю. Ходырев, К. Е. Шестерманов, А. Е. Якутин, Н. С. Борисов1)

В. Л. Соловьянов

В. Н. Матафонов^,

А. Б. Неганов1), Ю. А. Плис1), Ю. А. Усов1), А. Н. Федоров1), А. А. Луханин2)

Сотрудничество ПРОЗА-М

Институт физики высоких энергий, Протвино, Россия Поступила в редакцию 02.09.2003 г.

Представлены результаты по измерению односпиновой асимметрии инклюзивного рождения п0-мезонов в реакции р + р^ — п0 + X при хр ~ 0. Протоны с энергией 70 ГэВ выводились непосредственно из вакуумной камеры ускорителя при помощи изогнутого монокристалла. Независимо измеренная двумя детекторами односпиновая асимметрия равна нулю в пределах ошибок в диапазоне поперечных импульсов 1 < рТ < 3 ГэВ/с. Это согласуется с результатами, полученными во ФНАЛ при 200 ГэВ, но расходится с данными ЦЕРН при 24 ГэВ.

ВВЕДЕНИЕ

Исследование спиновых физических наблюдаемых проверяет теоретические модели значительно глубже, чем изучение усредненных по спину значений. Среди поляризационных измерений поперечные односпиновые асимметрии при высоких энергиях с участием нуклонов являются наиболее загадочными и интересными. С точки зрения пер-турбативной квантовой хромодинамики при больших энергиях и больших поперечных импульсах односпиновые эффекты в инклюзивных реакциях должны стремиться к нулю.

В 70—90-е годы было проведено несколько экспериментов по измерению асимметрии инклюзивного рождения п0-мезонов. Эксперимент, проведенный в ЦЕРН в центральной области при значении фейнмановской переменной хр ~ 0, обнаружил значительные эффекты при энергии 24 ГэВ в реакции р + р^ — п0 + X [1]. Однако статистические ошибки эксперимента были велики, и результат можно было рассматривать только как указание на возможно большую асимметрию в жестких процессах. Эксперимент, проведенный в

''Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия.

2)Харьковский физико-технический институт, Украина. E-mail: mochalov@mx.ihep.su

ИФВЭ, обнаружил большую асимметрию инклюзивного рождения п0- и ^-мезонов при рассеянии отрицательных пионов с импульсом 40 ГэВ/с на поляризованной мишени [2, 3]. Измеренная во ФНАЛ асимметрия АN рождения п0-мезонов при энергии поляризованного пучка 200 ГэВ была равна нулю [4].

Совокупность этих трех результатов могла означать следующее:

асимметрия в центральной области убывает с ростом энергии

или

эффект зависит от сорта взаимодействующих кварков.

Целью эксперимента ПРОЗА-М было измерение асимметрии AN инклюзивного рождения п0-мезонов в реакции

p + ^ п + X

о:

под углом 90° в с.ц.м. при энергии протонного пучка 70 ГэВ — промежуточной между энергиями экспериментов в ЦЕРН и ФНАЛ.

В настоящей статье представлены результаты обработки данных, полученных на ускорителе ИФВЭ в Протвино в марте 1996 г.

1. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Исследования проводились на установке ПРОЗА-М. Схема экспериментальной установки, подробно описанной в работе [5], приведена на рис. 1. Протоны с импульсом 70 ГэВ/с рассеивались на поляризованной водородной мишени замороженного типа с пропандиолом (С3Н8О2) в качестве рабочего вещества [6] со средней поляризацией 80% и временем релаксации ^1000 ч. Накачка поляризации (одновременно с реверсом) занимала около четырех часов и происходила в среднем 1 раз за двое суток.

1.1. Пучковая аппаратура и формирование пучка протонов с импульсом 70 ГэВ/с

Эксперимент проводился на 14-м канале ускорительного комплекса У-70. Впервые в мире для ускорителя с жесткой фокусировкой был использован изогнутый монокристалл для вывода протонного пучка с энергией 70 ГэВ за счет эффекта каналирования [7]. Кристаллический дефлектор был установлен внутри вакуумной камеры ускорителя. Дефлектор представлял собой изогнутый на 80 мрад монокристалл кремния.

Количество падающих на мишень частиц определялось по совпадению сигналов с трех сцинтил-ляционных счетчиков 51—53. Два годоскопа Н1 (с шагом 5 мм) и Н2 (2 мм), установленные перед поляризованной мишенью на расстояниях 8.7 и 3.2 м соответственно, служили для определения координат падающих на мишень заряженных частиц. Размер пучка составил ах = 4 мм по горизонтали и ау = 3 мм по вертикали. Угловые расходимости пучка составили соответственно 2 и 1 мрад. Разброс пучка по импульсу Ар/р ~ 10_3. Вывод протонного пучка в зону 14-го канала описан в работах [7, 8].

1.2. Электромагнитные калориметры

Регистрация 7-квантов от распада п0-мезонов осуществлялась двумя электромагнитными калориметрами ЕМС1 и ЕМС2. Средняя множественность составила &2.3 7-кванта в событии. Для поиска п0-мезонов отбирались 7-кванты с энергией от 1 до 20 ГэВ.

Калориметры располагались под углом 9.3° к центру мишени в горизонтальной плоскости, что соответствовало углу 90° в с.ц.м. при импульсе пучка 70 ГэВ/с, и перекрывали одинаковый телесный угол, если смотреть из центра поляризованной мишени. ЕМС1 находился на расстоянии 6.9 м от центра мишени, ЕМС2 — на расстоянии

ЕМС1

51 52

Пучок

Н1

Н2

ш.У'Ш..........¿9-3°

ЕМС2

Рис. 1. Схема экспериментальной установки ПРОЗА-М: 51—53 — сцинтилляционные счетчики полного потока; Н1, Н2 — годоскопы; ЕМС1 и ЕМС2 — электромагнитные калориметры; ПМ — поляризованная мишень.

2.8 м. В качестве детектора 7-квантов использовались черенковские счетчики полного поглощения из свинцового стекла ТФ1-00 [9]. ЕМС1 состоял из 480 счетчиков, уложенных в виде прямоугольной матрицы (24 столбца по 20 счетчиков в каждом), ЕМС2 — из 144 счетчиков (12 столбцов по 12 счетчиков). Калориметры размещались по разные стороны от пучка, чтобы уменьшить систематическую ошибку измерения асимметрии. Внешний вид ЕМС1 и подробное описание калориметров приведены в работах [5, 10].

Калибровка калориметров проводилась на пучке электронов с импульсом 26.6 ГэВ/с и заключалась в определении коэффициентов, переводивших сигнал каждого счетчика А^ в энергию Е^ [11]. Энергетическое разрешение составило а(Е)/Е & & 2.5% после вычитания импульсного разброса пучка 2%, что характерно для электромагнитных калориметров из свинцового стекла при данной энергии.

Энергетическая шкала калориметров дополнительно калибровалась на массу п0-мезона. За пять часов измерений достигалась точность калибровки 0.1% для ЕМС1 и 0.15% для ЕМС2.

1.3. Электронная аппаратура и триггер на поперечный импульс

Электронная аппаратура состояла из модулей в стандарте СУММА [12]. Пучковая электроника включала в себя регистры годоскопов и пересчетные приборы мониторной системы. Триггер нулевого уровня вырабатывался на пучковую частицу за 60 нс. Независимый для каждого детектора триггер первого уровня (350 нс) обеспечивал выбор событий с поперечным импульсом > 1 ГэВ/с. Подробное описание триггера приведено в работах [5, 10]. В качестве электроники амплитудного анализа использовались 12-битные аналого-цифровые преобразователи П-267 [13]. Данные считывались ЭВМ СМ-1420 и записывались на магнитные носители. Комплекс электронной аппаратуры для считывания данных описан в работе [14].

1514

ВАСИЛЬЕВ и др.

За один цикл ускорителя с учетом эффективности работы системы сбора данных записывалось около 350 событий, из них 250 с ЕМС1 и 100 с ЕМС2. Всего за 10 суток работы на поляризованной мишени было записано 20 млн событий.

2. АНАЛИЗ ДАННЫХ И ПОЛУЧЕННЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

Предварительные данные были опубликованы в работе [15]. Полученная асимметрия была близка к нулю во всем диапазоне. В то же время при поперечных импульсах >2.35 ГэВ/с п0-мезоны были восстановлены только для калориметра ЕМС1. Чтобы восстановить п0-мезоны при больших энергиях, был изменен алгоритм восстановления ливней. Основной целью было улучшить разделение перекрывающихся ливней в ЕМС2, где расстояние между 7-квантами при поперечных импульсах

рП > 2 ГэВ/с становилось малым из-за близости ЕМС2 к мишени.

2.1. Реконструкция электромагнитных ливней

Алгоритм реконструкции y-квантов основан на выделении электромагнитного ливня по известной форме. Сначала находились кластеры, состоящие по крайне мере из трех ячеек и удовлетворяющие условию превышения порога 300 МэВ для счетчика с максимальным энерговыделением. После выделения отдельных кластеров для каждого из них процедура восстановления ливней проводилась с использованием алгоритма, описанного в работе [16]:

1. Находилась ячейка с максимальным энерговыделением. Первоначальный ливень рассматривался в области 3 х 3 ячейки около максимума.

2. Определялось, состоит ли данный кластер из одного или двух Y-квантов. Для этого данный ливень (в области 3 х 3 ячейки) фитировался программой MINUIT [17] с двумя параметрами (координаты X и Y) и фиксированной энергией Е0 для минимизации функционала %2:

X2 = £(E " Fi(X, Y)f/a2,

a2 = cEj(1 - Ег/Ео) + q.

(2)

(3)

Здесь Ег и Fi(X, У) — соответственно измеренная и теоретическая (из формы ливня) энергии в каждой ячейке; с — параметр, описывающий флуктуации ливня и непосредственно связанный с разрешением калориметра на основе свинцовых стекол (у/с ~ я(Е)/л/Ё, с = 30 МэВ); д = 1 МэВ2 отвечает за шум электроники; Е0 = ^г Ег — суммарная измеренная энергия ливня по области

3 х 3 ячейки. Начальные значения параметров определялись как координаты центра тяжести ливня. Если в результате фитирования получена величина \2/^< 3 (где N — число степеней свободы), то данный кластер рассматривался как одиночный ливень, и его энергия поправлялась на величину утечек за область суммирования 3 х 3 ячейки по форме ливня.

3. В противном случае рассматривалась гипотеза, что данный кластер состоит из двух перекрывающихся ливней, и в области 5 х 5 ячеек относительно максимума находился счетчик со второй по величине выделенной энергией. При поиске двух ливней нам необходимо определить шесть параметров: энергии и координаты каждого 7-кванта. Суммар

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