WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 | 3 |
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

На правах рукописи

2008–19 Колосов Владимир Николаевич ИЗУЧЕНИЕ -СИСТЕМЫ В -p- И K-p-РЕАКЦИЯХ НА МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ УСТАНОВКЕ ГАМС-4 01.04.23 – физика высоких энергий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Протвино 2008 М–24 УДК 539.121.4

Работа выполнена в Институте физики высоких энергий (г.Протвино).

Научный руководитель – доктор физико-математических наук С.В. Донсков.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук А.К. Лиходед (ОТФ, ИФВЭ), доктор физико-математических наук В.В. Куликов (ИТЭФ, Москва).

Ведущая организация – Институт ядерных исследований РАН (Москва).

Защита диссертации состоится “ ” 2008 г.

в часов на заседании диссертационного совета Д 201.004.01 при Институте физики высоких энергий по адресу: 142281, Протвино Московской обл.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФВЭ.

Автореферат разослан “ ” 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета Д 201.004.01 Ю.Г. Рябов © Государственный научный центр Российской Федерации Институт физики высоких энергий, 2008

Общая характеристика работы

Актуальность темы В конце 80-х годов была проведена существенная модернизация установки ГАМС. Модернизированная установка получила название ГАМС-4. Рекордная статистика, набранная на установке ГАМС-4 в период с 1991 по 2002 год, вместе с новым качеством данных явилась основанием для обращения к уже исследованным нейтральным системам. В диссертации представлены данные, полученные при изучении системы из двух -мезонов. Система изучалась в нескольких экспериментах с целью поиска экзотических состояний.

Интерес к этой системе был вызван тем, что, согласно теоретическим представлениям, глюонные состояния имеют интенсивную моду распада в. Наличие только четных волн в системе заметно упрощает процедуру парциально-волнового анализа (ПВА).

Более 25 лет назад в результате изучения -системы в зарядовообменной -p-реакции был обнаружен кандидат в скалярные глюболы – G/f0(1590)-мезон. Наблюдение G-мезона в -системе в реакции центрального образования подтвердило гипотезу о том, что это состояние может иметь существенную глюонную составляющую.

Позднее это состояние, обозначенное как f0(1500)-мезон, было обнаружено и в других реакциях (pp-аннигиляция, радиационные рас пады J/), в которых ожидалось усиленное образование мезонов, обогащенных глюонами. Все это позволяет считать f0(1500) серьезным кандидатом в глюболы.

Еще одно состояние в системе, которое, вероятно, также имеет экзотическую природу, – f0(1710)-мезон. Этот резонанс наблюдался во многих экспериментах, но его спин долгое время оставался неопределенным (рассматривалось два возможных значения J = 0 и 2). Наблюдение f0(1710) как скалярного состояния в радиационных распадах J/, а также данные эксперимента WA102 для +-- и K+K--систем однозначно позволили установить скалярную природу fJ(1710)-мезона. Впервые наблюдение fJ(1710) в -системе и определение его спина J = 0 было заявлено экспериментом WA102.

Наличие двух узких скалярных состояний, параметры которых согласуются с вычислениями на решетках для массы глюбола в области 1.6 ГэВ, требует дальнейшего изучения -системы.

Тензорный сектор также вызывает интерес. В -системе в центральном рождении был обнаружен f2(2175)-мезон – кандидат в тензорные глюболы. Согласно вычислениям на “решетках” масса самого легкого тензорного глюбола должна находиться в районе 2200–2300 МэВ. Другое состояние f2(1810), наблюдаемое в одном из решений ПВА в -системе, можно ассоциировать с сигналом, видимым в 40-системе в зарядово-обменной реакции и в реакции центрального рождения.

Ещe одним важным направлением в мезонной спектроскопии является изучение состояний с высокими спинами. До настоящего времени не существовало экспериментальной информации об системе в области больших масс. Изучение этой области является одной из приоритетных задач.

Рекордная статистика позволила продвинуться в совершенно новую область: изучение системы из двух -мезонов, образующейся в K-пучке. Ранее эта реакция не изучалась. Оба -мезона регистрировались в моде распада на два -кванта. Как мы уже отмечали, интерес к -системе вызван тем, что экзотические, прежде всего глюонные состояния, могут иметь интенсивную моду распада по этому каналу. Получение данных в реакциях с каонами может оказаться весьма перспективным для изучения природы образующихся резонансов.

Целью диссертационной работы является:

– модернизация центральной части установки ГАМС-4 добавлением электромагнитного детектора под малыми углами SAD (Small Angle Detector), на основе кристаллов вольфрамата свинца (PWO), изучение характеристик кристаллического детектора;

– иcследование на модернизированной установке образования системы в -p реакции -p M0n 4 (1) на качественно более высоком, чем в предыдущих работах, уровне точности;

– пионерское, благодаря рекордной статистике эксперимента, исследование образования - системы в K--пучке в реакции K-p M0(/0) 4. (2) Научная новизна диссертации. Впервые в составе физической установки был использован многоячеистый калориметр из кристаллов PWO. Высокая статистическая обеспеченность эксперимента позволила на новом уровне провести парциально-волновой анализ системы, образующейся в зарядовообменной реакции в -пучке, измерить сечения резонансов. В S-волне в районе G(1590)мезона удалось разделить два частично перекрывающихся состояния: f0(1500) и f0(1710). В J-волне обнаружено широкое состояние с массой 3150 ± 150 МэВ и шириной 700 ± 150 МэВ. В K--пучке образование -системы было изучено впервые. В спектре эффективных масс -системы наблюдается f2(1525)-резонанс при низком уровне фона. Определено отношение вероятностей распада f2(1525)-мезона на и KK : R = 0.119 ± 0.015(stat) ± 0.036(syst), что согласуется с табличным значением этой величины. Эти данные представляются существенным дополнением к уже накопленной информации по распадам f2(1525)-мезона.

Практическая ценность работы. Создан и исследован кристаллический PWO-калориметр SAD для регистрации фотонов под малыми углами, расширяющий возможности установки ГАМС-4.

Результаты самых первых спектрометрических испытаний в пучке PWO-спектрометра продемонстрировали высокие качества, которые необходимы для проведения экспериментов в физике высоких энергий в условиях большой светимости, как на выведенных пучках, так и на коллайдерах. Создан комплекс программ для калибровки, физического контроля и анализа данных, полученных в эксперименте. Показана перспективность изучения состояний, образующихся в K-пучке с образованием 0- и -мезонов.

На защиту выносятся:

1. Результаты по измерению характеристик детектора из кристаллов PWO в условиях реального эксперимента.

2. Результаты по изучению системы -мезонов, образующихся в зарядово-обменной -p-реакции при импульсе 32.5 ГэВ/c.

3. Результаты по изучению системы -мезонов, образующихся в зарядово-обменной K-p-реакции при импульсе 32.5 ГэВ/c.

Основные публикации и апробация работы. По результатам выполненных исследований были опубликованы работы [1,2,3,4], выполненные автором в 1996-2006 гг. Работы опубликованы в виде статей в журналах ”Приборы и техника эксперимента”, ”Ядерная Физика”, препринтов ИФВЭ и КЕК, доложены на сессии Академии Наук, научных семинарах ИФВЭ и на международной конференции HADRON (Протвино 2001).

Апробация диссертации прошла в ГНЦ ИФВЭ 15 мая 2007 г.

Структура диссертации Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, включает 21 рисунок и 3 таблицы, содержит список цитируемой литературы из 46 наименований.

Содержание работы Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, показаны научная новизна проведенных исследований и их практическая ценность, а также описана структура диссертации.

В первой главе дано описание установки ГАМС-4. Расположение аппаратуры установки схематично представлено на рис. 1.

Рис. 1. Экспериментальная установка ГАМС-4. Рисунок из работы [3].

Основными элементами являются многофотонный спектрометр ГАМС-2000, широкоапертурный детектор фотонов ШАД, охранная система и адронный калориметр ГДА-100. Благодаря наличию ШАД, установка ГАМС-4 позволяет одновременно сочетать высокую эффективность регистрации низкоэнергетичных -квантов, вылетающих под большими углами, с хорошим разделением фотонов и высоким разрешением по эффективной массе двух -квантов в прямом направлении. Это достигается благодаря относительно большому (6.8 метров) расстоянию от водородной мишени до спектрометра ГАМС-2000. Центральная часть спектрометра ГАМС дополнена 88 матрицей кристаллов PWO с размером ячейки 1919200 мм3.

ШАД представляет собой проекционный электромагнитный калориметр типа сандвич свинец–сцинтиллятор. Детектор имеет рабочую площадь 248248 см2 с центральным отверстием 3636 см2 и перекрывает углы от 0.150 до 1 радиана. Суммарная радиационная длина ШАД равна 12.5 X0. Энергетическое разрешение составляет 13%/ E(ГэВ). Расстояние между мишенью и передней плоскостью ШАД незначительно варьировалось для различных сеансов набора статистики и составляло около 1.2 м. Все частицы, прошедшие через центральное отверстие ШАД, регистрировались в спектрометре ГАМС. Жидководородная мишень ЖВМ была окружена сцинтилляционной охранной системой и охранной системой из свинцового стекла, которые регистрировали заряженные частицы и -кванты, вылетающие из мишени под большими углами. Спектрометр ГАМС4 обладает высокой эффективностью регистрации реакции (1) в области масс -системы вплоть до 4.5 ГэВ. Центральная часть детектора ГАМС размером 4 4 ячеек была заменена вставкой из 60 кристаллов PWO. Поперечный размер кристалла вдвое меньше размера стекла и равен 19 мм. Пространственное разрешение двух близких ливней, попавших в центральную зону, улучшается в два раза. Существенным является также радиационная стойкость кристаллов, расположенных в наиболее загруженной части калориметра.

Модернизации центральной части детектора ГАМС предшествовали испытания прототипов калориметра из кристаллов PWO в реальных условиях эксперимента в составе спектрометра ГАМС-4.

Первые измерения PWO-калориметра как спектрометра по эффективной массе [1] были проведены в марте 1996 г. на 70 ГэВ ускорителе ИФВЭ в пучках отрицательных пионов с импульсом 32.5 ГэВ/c и электронов с импульсом 9.3 ГэВ/c. SAD-60 представляет собой матрицу (9 7) из кристаллов PWO; центральная ячейка матрицы удалена, чтобы пропустить пучок. Ячейки имеют форму шестигранных прямоугольных призм с расстоянием между противолежащими боковыми гранями 24 мм и длиной от 19X0 до 26X0 (в этих кристаллах X0 = 8.8 мм, они по плотности превосходят железо). При длине поглощения сцинтилляционного света = 1 м указанный интервал длин ячеек PWO-калориметра является оптимальным для диапазона энергий регистрируемых фотонов.

Значения пьедесталов записывались в течение цикла ускорителя как во время сброса пучка, так и вне его. Это дало возможность при последующей обработке оценить эффекты наложения перекрывающихся во времени сигналов в ячейках калориметра. Приведено подробное описание процедуры калибровки. Особое внимание было уделено изучению временной стабильности калориметра. Исследовалось влияние медленной компоненты высвечивания кристаллов на загрузочные характеристики детектора.

Часть охранных счетчиков ГАМС, окружавших 5-сантиметровую мишень из полистирола, была включена в триггер, выделявший нейтральные мезонные состояния, образованные в зарядовообменной реакции -p M0n.

k. (3) Для подавления регистрации фотонов, вылетающих из мишени вне угловой апертуры калориметра SAD-60 (15 мрад), использовались счетчики типа сандвич. Пятно пионного пучка ( 4 см) существенно превосходило центральное отверстие в SAD-60, и значительная часть пучка попадала в ячейки PWO, расположенные вокруг отверстия. При максимальной интенсивности пучка (4 106-/сек) загрузка этих ячеек превышала 106-/сек. Для дальнейшего анализа были отобраны события, содержащие два или более -ливня с суммарной энергией в интервале 3 ГэВ вблизи энергии, соответствующей энергии пучка. С учетом кинематики реакции и значительного эффекта загрузки порог для -квантов был выбран равным 2 ГэВ.

Отбирались события, в которых величина утечки энергии за пределы калориметра была небольшой. Для этого требовалось, чтобы расстояние от восстановленного -кванта до границы калориметра было больше 18 мм.

Разрешение по массе 0-мезона получено при этом равным M = 5.0 МэВ, M /M = 3.7%. Такое же разрешение было получено и без отбора событий в той части экспозиции, где интенсивность пучка была снижена до 1.4 106-/сек. В этом случае вклад эффекта наложения событий также мал. При максимальной интенсивности пучка (4 106-/сек) и без отбора событий (при этом загрузка пучком нескольких ячеек PWO, расположенных вокруг центрального отверстия, превышала 106-/c) 0-пик расширяется на 10% из-за эффекта наложения событий: M = 5.5 МэВ, M /M = 4.1%.

Вклад случайного наложения ливней от соседних по времени событий в разрешение по массе мы оцениваем 1%. При высокой интенсивности пучка этот вклад возрастает до 3%. Необходим также учет и других факторов, дающих вклад в разрешение по массе спектрометра: точность калибровки, вариации выхода сцинтилляционного света в кристаллах PWO при изменении температуры, дрейф усиления фотоумножителей, как долговременный, так и во время сброса пучка ускорителя. Измеренное разрешение PWO-калориметра по массе соответствует проведенным ранее измерениям на электронных пучках и результатам моделирования при помощи программы GEANT. Использование для калибровки распада 0 2 помогало корректировать изменение световыхода кристаллов PWO, дрейф фотоумножителей и электроники во время процесса измерений и позволило с высокой точностью определить в реальном времени калибровочные коэффициенты. Ожидавшиеся высокие эксплуатационные характеристики многоячеистых PWO-калориметров были подтверждены в результате самых первых испытаний в условиях реального физического эксперимента на ускорителе. Одновременно эти измерения выявили некоторые проблемы (медленная компонента) и позволили наметить пути их устранения.

Pages:     || 2 | 3 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»