Бозе-энштейновские корреляции в области энергии гамма-мезонов. Анализ методов поиска СР-нарушения на В-фабриках тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

1 6 опт 1305

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им. Г.И. Будкера СО РАН

На правах рукописи

БЛИНОВ Александр Евгеньевич

БОЗЕ-ЭЙНШТЕЙНОВСКИЕ КОРРЕЛЯЦИИ В ОБЛАСТИ ЭНЕРГИЙ Т-МЕЗОНОВ.

АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОИСКА СР-НАРУШЕНИЯ НА В-ФАБРИКАХ

01.04.16 - физика ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

НОВОСИБИРСК—1995

Работа выполнена в ГНЦ РФ "Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН".

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

ТЕЛЬНОВ Валерий Иванович

доктор физико-математических наук, профессор, ГНЦ РФ "Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН", г. Новосибирск.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

АЗИМОВ Яков Исаакович

ЧЕРНЯК Виктор Львович

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

— доктор физико-математических наук,

Ст. Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН, г.Ст. Петербург.

— доктор физико-математических наук, профессор ГНЦ РФ "Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН",

г. Новосибирск.

— Институт теоретической и экспериментальной физики, г.Москва.

______________________________ "5/" охм^эии,* 1995 г.

" 7(/ " часов на заседании специалнзпровашюго'совета Д.002.24.(

Защита диссертации состоится " -3/ " ШС^^Эи^

юванного'соЕ

при ГНЦ РФ "Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН".

Адрес: 630090, г. Новосибирск-90,

проспект академика Лаврентьева, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГНЦ РФ "ИЯФ им. Г.И. Будкера СО РАН".

Автореферат разослан

1995 г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор физ.-мат. наук, профессор

В.С. Фадин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Одним из наиболее распространённых процессов физики высоких энергий является множественное рождение адронов. В ранках квантовой хромодинакики (КХД) оно описывается в терминах рождения кварков и глюонов с их последующим переходок в стабильные адроны адронизацик. В то время как первая стадия процесса удовлетворительно описывается КХД, адронизация определяется свойствами сильного взаимодействия на больших расстояниях я до настоящего времени не имеет строгого теоретического описания.

Поскольку адронизация происходит на расстоянии порядка 10"13 см, непосредственной регистрации доступны только рождённые в ней долгоживуцие адроны. Одну из возможностей исследования внутренней динамики этого процесса даёт изучение корреляций между этими частицами. Большой интерес представляют корреляции тождественных частиц (т.н. бозе-эйнштейновские корреляции), поскольку они чувствительны к пространственно-временным характеристикам адронизации.

Согласно КХД в е*е~ аннигиляции в континууме адроны рождаются в адронизации кварка и антикварка, а в прямых распадах Т(13) - из Зд- я 7дд-состояний. Таким образом, изучение БЭ корреляций в этих процессах позволяет сравнить пространственно-временные параметры адронизации кварков я глюонов. Эта работа является частью программы экспериментов, выполненной на накопителе ВЭПП-4 с детектором МД-1.

В рамках разработки проекта В-фабрики И Я« СО РАН была выполнена работа по анализу возможностей наблюдения СР-нарупення в распадах В-мезонов. Происхождение СР-нарушения является одно! ■з наиболее глубоких проблем современной физики, в "стандартной" модели СР-нарушения - модели Кобаяши-Маскавы (КМ) СР-нарушение вводятся в матрицу смешивания кварков, что требует смешивания не менее трёх поколений кварков. Слабое смешивание третьего поколения с двумя первыми определяет малость СР-нечётных эффектов в процессах с <1. и. 5, с-кварками, для В-мезонов этого подавления нет и СР-нарушение может быть большим. Это делает их наяболее привлекательным объектом для проверки модели КМ.

Наиболее перспективен поиск СР-нарушения в распадах нейтральных В^-мезонов с участием В^-В^-смешивания. Лл я наблюдения ср-нарушения в таких процессах необходимо нечение исходного В°-мезона, т. е. разделение В0 и В0. Обычно это предполагается делать путём изучения распада В-мезона, рождённого совместно с исследуемым В0 и, следовательно, имеющего противоположный аромат. В экспериментах на высоких энергиях возможно также "самомечение" В0 зарядом л- или К-мезона, рождённого совместно с ним в двухчастичных распадах возбуждённых В-мезонов. Изучение возбуждённых состояний представляет и большой самостоятельный интерес для понимания особенностей сильного взаимодействия в адронах с тяжёлыми кварками. Новый метод их поиска, позволяющий значительно уменьшить необходимую светимость, был одним из предметов данной работы.

Цель работы

Цепью работы являлось измерение пространственно-временных параметров адронизации кварков и глюонов путём изучения корреляций тождественных пионов в Т(1Э) и близлежащем континууме и поиск наиболее перспективных путей наблюдения СР-нарушения на е*е" В-фабрике.

»

Научная новизна работы

1. Впбрвые проведено измерение параметров ВЭ корреляций в распадах Т(1Б) мезона * в близлежащем континууме с учётом эффектов нетождественных частиц (Ктг й др), резонансов и кулоновского взаимодействия в конечном состоянии.

2. Показано, что в рамках модели Кобаяши-Маскавы для Поиска

СР-нарушения наиболее перспективен механизм, использующий

интерференцию в - и В -распадов в общие конечные состояния, <1 <1

возникающую в результате В -¿^-смешивания.

3. Показано, что при анализе СР-нарушения по этому механизму с измерением временной зависимости вероятностей распадов могут быть устранены адронные неопределённости в амплитудах распадов.

4. Замечено, что измерение большого В -В -смешивания сделало

Л (1

оценку статистики, необходимой для наблюдения СР-нарушения в В^-распадах по каналам Ь->с и Ь->и, стабильной по отношению к

возможной вариации V , V и m .

td ub t

5, Показано, что если CP-нечётная фаза невелика, наблюдение CP-нарушения в КМ-подавленных распадах В -незона по каналу b-»u

а

требует меньшей статистики, чем в КМ-разрешённых - Ь-»с.

6. Обращено внимание на возможность определения аромата В°-незона по заряду л- или К-мезона, рождённого совместно с ник в двухчастичных распадах возбуждённых В-мезонов. Предложен к опробован в эксперименте новый метод пдхска таких состояний.

Научная и практическая ценность результатов работы „

1. Измерены параметры БЭ корреляций с учётом поправок на вклады нетождественных пар, долгоживущих частиц, резонансов * кулоновское взаимодействие в конечном состоянии.

2. Сравнение БЭ корреляций в распадах Т(13)-мезона и в континууме показало близость пространственно-временных параметров адронизации кварков и глюонов.

3. Выявлены наиболее перспективные для наблюдения CP-нарушения процессы и предложены методы их анализа, минимизирующие необходимую светимость.

4. Определены основные физические параметры е*е" В-фабрики (асимметрия энергий и светимость), гарантирующие наблюдение CP-нарушения в рамках Стандартной Модели.

5. На данных детектора ALEPH автором продемонстрирована эффективность нового метода поиска возбуждённых В-адронов. Впоследствии подобный метод использовался детекторами OPAL и DELPHI при наблюдении IP-уровней В- к В^-мезонов. Тем же методом планируется поиск и ^-барионов.

Апробация диссертации

Основные результаты изложенные в диссертации докладывались на семинарах в ГНЦ "ИЯФ им. Г. И. Будкера СО РАН", Ст. Петербургском ИЯФ им. Б. П. Константинова и Вильсоновской лаборатории Корнэльского университета (Итака,США, 1990, 91), на Международном рабочем совещании по В-физике (Гатчина,СССР, 1990), на Международном рабочем совещании по детектору для В-фабрики (Стэнфорд, США, 1991), на Сессии Отделения ядерной физики Российской АН (1992) и опубликованы в работах (1-7].

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Диссертация состоит из введения, трёх глав и заключения.

Во введении обсуждается актуальность измерения бозе-эйнштейновских корреляций в области энергий Т-мезонов, как метода изучения пространственно-временных характеристик процесса адронизация кварков и глюонов. Отмечена также важность поиска СР-нарушения в распадах В-мезонов для проверки "стандартной" модели СР-нарушения - модели Кобаяши-маскава и актуальность наблюдения возбуждённых состояний В-адроков для понимания особенностей сильного взаимодействия в адронах с тяжёлыми кварками.

В пергой главе дано описание детектора МД-1 (рис.1).

Магнитное поле детектора ориентировано перпендикулярно орбите пучков и составляет 11.3 кГс при энергии Т(13)-мезона.

Заряженные частицы регистрируются системой из 38 пропорциональных камер, покрывающей 80% полного телесного угла. Импульсное разрешение <Гр/р - (0.04+0. 12)-р(ГэВ/с) в 60% телесного угла.

Далее от места встречи расположены 24 сциктилляционных счётчика, покрывающие 90% полного телесного угла, 8 газовых черенковских счётчиков, заполненных этиленом под высоким давлением (60% телесного угла, пороговое значение релятистского фактора 5) я система ливнево-пробежных камер.

Система ЛПК покрывает 80% полного телесного угла и состоит

14 блоков. Каждый блок содержит 10 пропорциональных камер, фословийых пластинами из нержевехяйей стали Толщиной 13 ми. Угловое разрешение системы <г0 » а^ * (1+2)°, энергетическое разрешение для фотонов с^/Е « (20.5г/Е(ГэВ) +12.б2) 1/2%.

За обмоткой магнита, внутри ярма и за ярмом расположены 60 блоков мюонных камер. Каждый блок содержит две пропорциональные камеры, измеряющие две ортогональные координаты трека.

Детектор имеет систему регистрация рассеянных электронов, предназначенную ' для изучения двухфотонных процессов > регистрирующую электроны с нулевым углом рассеяния в интервале 0. 5-0. 85 энергии пучка.

Точное измерение энергии пучков в ходе эксперимента осуществлялось методом резонансной деполяризации. Поляризация

б

измерялась по асимметрии обратного комптоновского рассеяния поляризованных фотонов на пучках. В качестве источника таких фотонов использовалось синхротрокное излучение встречного пучка в кагнитном поле детектора.

Всего в ходе экспериментов детектором был набран интеграл светимости около 30 пб"1.

Вторая глава посвящена описанию анализа бозе-эйнштейновских корреляций в области энергии Т-мезонов [1].

Избыточное рождение пар пионов, имеющих одинаковый заряд и близкие импульсы, впервые наблюдалось в 1959 г. в рр аннигиляции и было объяснено бозе-эйнштейновской статистикой, присущей парам тождественных пионов. Ввиду высокой чувствительности этого явления к пространственно-временным параметрам источника частиц, оно используется для их измерения во,многих экспериментах.

Обычно изучается безразмерная корреляционная функция г,

равная отношению двухчастичных плотностей вероятности в

присутствии БЭ корреляций и без них: г (к^,к2) = ^(к^к^/

Ро(К],й2). Модель адронизации цветной струны предсказывает, что

в е*е~ аннигиляции г зависит главным образом от 02=- (к^-к^2.

Если обе частицы являются пионами, то 02=М2 -4-га2, где М -

ПТТ 7Т 7Т7Г

инвариантная масса шг- системы. Предполагая гауссово распределение источника частиц, г (О2) часто параметризуется, как г(02)= 1+А•ехр(-т2-(22), где параметр а соответствует радиусу источника в с. ц. м. пары, а Л описывает величину корреляций. Для некогеррентного источника тождественных бозонов А=1, т. е. число пар с близкими икпульсани удваивается.

Изучение БЭ корреляций в распадах Т(1Э) и континууме позволяет сравнить пространственно-временные параметры адронизации кварков и глюонов. Анализ проводился на интеграле светимости 6.6 пб"1 на Т(1Б) и 19.1 пб"1 в континууме. Отбор многоадронных событий проводился по критериям, использованным ранее в эксперименте по поиску узких резонансов в е*е~ аннигиляции. Полное число отобранных событий в континууме равнялось 39200, а в окрестности Т(13) - 59300, яз них 44600 "прямых" распадов (в Зд- и удд-состояния).

В анализе использовалось также монте-карловское моделирова-

ние событий Т(1Б) и континуума программой ^ТБЕТ б.З. Прохождение частиц через детектор моделировалось программой Ш1МОО. События моделирования были пропущены через ту же процедуру восстановления и анализа, что и экспериментальные данные.

Были использованы следующие условия отбора частиц и пар:

1) Отбирались частицы, восстановленные по основным блокам координатных канер и имеющие достаточное число треков в КК для определения импульса без использования вершины события.

2) Требовалось, чтобы частицы вылетали из вершины события в пределах точности измерения.

3) Отбирались частицы с импульсами между 0.2 и 1.6 ГэВ/с.

4) Для устранения систематики, связанной с взаимопорчей близких или пересекающихся частиц, такие пары не брались в анализ.

5) Продукты взаимодействия частиц с вакуумной камерой детектора подавлялись требованием, чтобы расстояние между частицами пары на поверхности вакуумной камеры превышало 12 мм.

Прошедшие отбор пары использовались для определения двухчастичной плотности вероятности Р(02). Для определения корреляционной функции г(02) необходимо ещё знание нормировочной плотности вероятности Ро(02), которая, в идеале, подобна Р(02) во всех

отношениях, кроме отсутствия БЭ корреляций. Для определения

2

ро(0 ) использовались пары разного знака заряда из тех же

событий, не испытывающие БЭ корреляций. Оки содержат, однако,

дополнительные корреляции, связанные с распадами резонансов.

Лксептенс детектора и влияние условий отбора для разнезаряженных

пар также могут отличаться.

Поскольку эти отличия неплохо описываются моделированием,

они сокращаются в двойном отношении . Были введены

зксп мод

также дополнительные поправки на отличие импульсных спектров частиц и множественностей резонансов в эксперименте и моделировании. Результирующие корреляционные функции И для прямых распадов Т (13) и континуума показаны на рис.2а) и б) соответственно. Подгонка этих распределений даёт следующие результаты: Л=0.50±0.10, п=0>72±0.10 фн для прямых распадов Г(1Б), А=0.36±0.13, а=0.84±0.23 фм для континуума.

Были рассмотрены следующие поправки к корреляционной функции: 1) примесь пар, содержащих нетождественные частицы (Кп и др.),

2) примесь пар, содержащих продукты распада долгоживущих частиц,

3). кулоновское взаимодействие в конечном состоянии.

Учёт поправок 1-2 проводился заменой А -> Р(02)-А при подгонке корреляционной функции, где Р(02), обозначающее долю одноимённо заряженных пар, не содержащих нетождественные частицы и продукты распада долгоживущих частиц, было определено из моделирования. Поправка 3 вносилась путём умножения корреляционной функции И на отношение гамовских факторов для пар одного и разного знака заряда, равное ехр(2папп/0). Учитывалось отсутствие этой поправки для пар, содержащих продукты распада долгоживущих частиц и нетождественные частицы. После внесения этих поправок получены следующие результаты:

А=0.81±0.17, 1=0.73±0.10 фм для прямых распадов Т(13) и "

А=0.84±0.30, 1=0.83±0.22 фм для континуума.

В большинстве предыдущих е*е~ экспериментов поправка на распады долгоживущих частиц отсутствовала. Для сравнения с ними была сделана подгонка наших данных без этой поправки. Она дала:

А—0.71±0.14, 1=0.73±0.10 фм для прямых распадов Т(13) и

А=0.51±0.18, 1=0.83±0.22 фм для континуума.

Были изучены следующие источники систематических ошибок:

1) импульсное разрешение детектора,

2) неточности коэфициентов вычитания континуума из Т(13),

3) неточности в множественностях резонансов,

4) неточности в Р(<22) и кулоновской поправке.

Квадратичное сложение этих погрешностей даёт систематические ошибки А и 1 равные 0.07 и 0.04 фм для прямых распадов Т(1в) и О. 08 и О. 05 фм для континуума.

Сравнение с предыдущими экспериментами приведено в Таблице 1, где статистическая и систематическая ошибки сложены квадратично. Из таблицы 1 видно, что параметры БЭ корреляций в континууме почти не меняются в интервале энергий 4-91 ГэВ. Постоянство 1 согласуется с предсказанием модели адронизацяи цветной струны, в которой 1 определяется размерами локального участка струны, рождающего пионы с близкими импульсами, а не полным размером источника. Несколько большие значения А в прямых распадов З/У и Т объясняются меньшей примесью продуктов распада долгоживущих частиц (с-адронов). В других отношениях БЭ корреляции в

адронизации кварков и глюонов не отличаются. Результаты нашего эксперимента согласуются с предыдущими измерениями.

Таблица 1. Сравнение с предыдущими е*е~ экспериментами.

Эксперимент /Тсгэв) Нормировка X "(фм)

MARK II 4.1-6.7 (+ -) пары 0. 59±0. 06 0. ,71+0. 05

"смешанные" пары 0. 68 + 0. 07 0, ,78+0. 06

CLEO 10.5 (+ -) пары 0. 46 + 0. 07 «0, ,86±0. 15

10.8 (+ -) пары 0. 44±0. 04 0. ,86+0. 08

MARK II 29 (+ -) пары 0. 47 + 0. 05 0, , 84±0. 08

"смешанные" пары 0. 43±0. 05 1. ,01±0. 11

ТРС 29 "смешанные" пары 0. 57 + 0. 07 0. ,65+0. 07

TASSO 34 (+ -) пары 0. 57±0. 09 0, ,80±0. 06

AMY 57.2 (+ -) пары 0. 56+0. 12 1. ,18+0. 17

OPAL 91 (+ -) пары 0. 8410. 14 0. .93+0. 15

ALEPH 91 (+ -) пары 0. 58 + 0. 04 0. ,81+0. 04

"смешанные" пары 0. 38±0. 02 0. ,49±0. 02

DELPHI 91 (+ -) пары 0. 41±0. 03 0, ,82±0. 03

"смешанные" пары 0. 33 + 0. 05 0. .42+0. 05

МД-1 7.2-10.3 (+ -) пары 0. 51±0. 19 0, ,83±0. 23

MARK II J/443.1) (+ -) пары 0. 98±0. 09 0. .81+0. 05

"смешанные" пары 0. 95±0. 09 0. ,79±0. 05

CLEO T(9.46) (+ -) пары 0. 54 + 0. 10 0, ,99±0. 14

МД-1 T(9.46) (+ -) пары 0. 71 + 0. 16 0, .73 + 0. 11

В третьей главе описан анализ СР-нарушения в распадах В°-мезонов [2-5] и метод поиска возбуждённых В-адронов [6,7].

Эта работа была выполнена в связи с разработкой проекта В-фабрики ИЯФ. Её основной целью было определение физических параметров е*е~ В-фабрики, гарантирующих наблюдение СР-нарушения в рамках Стандартной Модели. Поскольку основным ограничительным фактором в этих экспериментах будет статистика В-распадов, основное внимание уделялось поиску процессов и методов их анализа, минимизирующих необходимую светимость.

СР-несохранение в Стандартной Модели модели возникает благодаря наличию в матрице смешивания кварков V комплексной фазы. Для этого необходимо смешивание не менее трёх поколений кварков. малость смешивания третьего поколения определяет

малость СР-нарушения в процессах с d, и, s, с-кварками. Для В-мезонов СР-нарушение может быть большим, что делает их привлекательным объектом для проверки модели.

Основным проявлением СР-нарушения в В-распадах является отличие вероятностей СР-сопряжённых процессов: v(B->f)* v(B-*f). Для этого необходимо, чтобы амплитуда процесса определялась не менее, чем двумя слагаемыми (At ) с отличающимися и СР-чётныни (ф* ) и СР-нечётными (ф~ ) фазами: ЛсГиВ->Л-■,(§+?) = -2|A1||A2|Sin(A-)Sin(A-)

y(B->f)+v(B-*f) |А)|г+2|А1| |A2|cos(A*)COS(A") + |A2|z

где Чтобы эффект не был подавлен, необходимо, кроме

того, | А |-1А |. Фазы ф определяются произведением элементов матрицы смешивания V , входящих в амплитуды. Фазы ф* для большинства рассматриваемых процессов определяются взаимодействием в конечном состоянии и ни их величина, ни даже знак не поддаются расчёту. Это делает невозможным определение фаз V , даже если АСР в таких процессах будет измерено.

Более подходящими для измерения СР-нечётных фаз амплитуд являются процессы, использующие интерференцию В°- и В°-распадов в общие конечные состояния f, возникающую благодаря В0-В0-смешиванию. СР-четная разность фаз В0- и В°-мезонов, возникающая в результате смешивания, здесь велика (<*7т/2) и надёжно предсказывается. Кроме того, для распадов В0- и В0-мезонов в состояния с одинаковым кварковым составом что способствует получению

большого Д". С наблюдением детектором ARGUS большого Bd"5d-смешивания стало ясно, что условие |А |~|А2| также выполняется для многих каналов распада. Таким образом, эти процессы оказываются не только привлекательными для теоретической интерпретации эффекта, но и наиболее простыми для его наблюдения.

Для состояний f, имеющих определённую СР-чётность, амплитуды распадов В° и В° равны по величине, а фазы взаимодействия в конечном состоянии одинаковы. Таким образом, величина эффекта для них совсем не зависит от адронного взаимодействия и однозначно связана с фундаментальными параметрами модели. Заинтегрированная по времени СР-нечйтная асимметрия

A™* -Vrsin (*)-Х/П+Х2).

где ч - CP-чётность состояния, $ - CP-нечётная разность фаз амплитуд B°-*f и B°-»B°-»f, а Х=ЛМ/Г - параметр смешивания.

Рже. 3. Треугольник, выражающий условие унитарности матрицы V.

При обсуждении CP-нарушения в таких процессах очень удобен простой способ геометрического изображения фаз V , не зависящий от параметризации. Он использует одно из условий унитарности

• • •

V, имеющее вид: VV + VV + V V =0. Если рассматривать

# ud ub cd cb td tb

V V , как векторы в комплексной плоскости, то они образуют замкнутый треугольник (см. рис. 3). Используя V V « 1 и

ud ( tb

V^« -V^ условие унитарности можно переписать, как Vub + V^«

Vct Vb»' Вид "треугольника унитарности" на рис. 3 соответствует

согласующимся с опытом значениям параметров, если аксиальная

константа В-кезонов f близка к 120 МэВ. в

CP-нечётные разности фаз <р для основных типов распадов Bd~ и В -мезонов имеют простую связь с углами этого треугольника. Она приведена ниже вместе с примерами соответствующих распадов :

распады ф

1) В : b -» CCS (ccd) J/Í К . D*D~ -20

л - » - * + +

2) В : Ь -» UUd п 7Г , 71 ~р 2г

d

3) В : Ь -» CCS J/í <р. D*D~ =0

* по**

4) В : Ь -» uüd п К , р К 2а >

' % * ш

Если вид треугольника унитарности соответствует Рис.3, то

наибольшую ^=2а имеют амплитуды распада В^ мезонов по каналу Ь ■*

ийс!. Однако: 1) вероятности интерферирующих распадов здесь на

порядок ниже, чем у распадов В<| мезонов по тому же кварковому

каналу хз-за цветового подавления, 2) сечение рождения В^-мезо-

нов ниже, чем В , 3) наблюдение эффекта затруднено быстрыми d

В -В -осцилляциямж. Это делает такие процессы неконкурентоспособными с распадами В -мезонов в качестве первых целей для поиска СР-нарушения. Ввиду этого основное внимание было уделено

распадам Bd-мезонов, измеряющим углы ß к ц.

Поскольку каналы с определённой СР-чётиостью составляют только малую долю от всех - B-распадов, а точность измерения ф будет определяться статистикой, желательно включение в анализ ■ других состояний. Для них А*7 зависит не только от ф, но а от труднопредсказуеного отношения амплитуд В0- и §°-распадов в эти состояния и разности фаз взаимодействия в конечном состоянии. Считалось, что это делает такие каналы малопригодными для измерения ф. В диссертации показано, что анализ временных зависимостей вероятностей распадов позволяет определить все эти параметры, с точностью до 4-кратной неоднозначности в фазах.

Предложены также методы разрешения этой неоднозначности.

_ ср

В диссертации приведена оценка величины А для распадов

типа Bd -> J/i к , D*D", измеряющих угол ß. Показано, что при

наблюдаемой величине В^-В^-смешивания А01" ■ с^ (параметр СР-

нарушения в К0-К0-смешивании) имеют близкие зависимости от V и

ср 14

mt- При известном е^ оценка А стабильна к допустимой вариация

V и mt, но зависит от адронных параметров этих процессов:

А" =» О. 13 (fB/120 МэВ)г-|0.042/УсЬ|г (ВвТ)°/Вкф/1.6.

Неопределённость оценки связана главным образом с параметром f"B> предсказания для которого колебались от 100 до 250 ИэВ. Видно, что наиболее труден для наблюдения СР-нарушения случай малых f .

В диссертации отмечено ещ§ одно важное для планирования эксперимента обстоятельство: количество В -мезонов N.

Л _ в

необходимое для наблюдения СР-нарушения в распадах b-müd. измеряющих угол г, почти не зависит от пока г * 0.5.

1 ob1

Действительно, если г и ß невелики я ß не зависит от V^ , то Acr(b->uüd) - sin(2r) - I"1 (см. рис.3). Точность измерения А для канала с вероятностью Вг и эффективностью регистрация с составляет or(Acp) = (NB-Br-c)"1/a. Тогда статистическая значимость А0" в этом канале будет ACT/cr(Aa*J=Acp- (N •Вг-с),/2. Поскольку' вероятности распадов по каналу b->u5d меняются пропорционально |V Iг, в отношении А^/о^А01) зависимость от IV I сокращается.

Qb' " QD 1

В таблице 2 приведены численные оценки статистической

значимости эффекта для нескольких наиболее перспективных каналов

в ( —)

распада на статистике 10 В -мезонов, соответствующей интегралу

светимости ЪЬ 90 фб'1 на 1(45). Были использованы следующие

значения параметров: fв=l20 МэВ (нижняя граница современных

теоретических предсказаний), |^сЬ|=0.042, ДМм«0. 5-ю~12 сек,

IV /V 1=0. 08, ЧТО даёт 5Хп(2/3) °*0.27, (2г)"0.70.

1 ць сЬ1

Эффективность мечения В^мезонов считалась равной 0.3. Таблица 2. Статистическая значимость СР-нарушения в в^-распадах.

Тип распада Вг с с(Ас?) Аср/<г(Аср)

Ь+ссз, 3.1П(2<3)«0. 27

Кш 5- 10"4 0. 06 0. 033 3. 9

К 9 3- ю- 0. 03 0. 061 2. 1

4- 10"4 0. 01 0. 086 1. 5

с * . а/* к -» К п° 3В ю-4 0. 04 0. 051 32. 5 (1.5±0.

Ь+ссс1, 51П(2Э)«=0. 27

4- Ю"4 0. 01 0. 091 1. 4

10"3 0. 01 0. 058 » 2

8' 10"4 0. 01 0. 065 0

Ь-*ш<1, з!п(21Г)=0. 70

п*п 1. 3 ■ю-5 0. 8 0. 057 * В. 0

4. 3 •Ю-5 0. 56 0. 037 * 7

± ? я а1 4. 5 ■ю'5 0. 3 0. 050 5

Суммарная статистическая значимость эффекта в каналах Ь-»с, измеряющих фазу 2(3 составляет не менее 5(Г, а в каналах Ь-их, измеряющих фазу 2ч - не менее 10<т, т. е. углы р и г будут измерены с точностью не менее 20 и 10% соответственно. Видно, что в случае налых £ , наиболее трудной для эксперимента, наблюдение СР-нарушения в КМ-подавленном канале Ь-ш оказывается более лёгким, чем в КМ-разрешённом Ь-»с.

Оценка неопределенностей этого анализа показала, что статистика 108 '§' позволяет наблюдать СР-нарушение во всём допустимом диапазоне параметров. На этом основании были определены основные физические параметры проекта В фабрики ИЯФ : энергия 7x4 ГэВ и светимость З-Ю33 см"2-сек_1. Такая установка произведёт 10е за три года работы, считая эффективное время набора светимости равным Ю7 сек/год, а асимметрия энергий обеспечит адекватную

точность измерения временной зависимости вероятностей распадов.

В ходе этой работы было обращено внимание на возможность определения аромата В°-мезона по заряду л- или К-кезона, рождённого совместно с ним в двухчастичных распадах возбуждённых В-мезонов [2]. Изучение таких состояний представляет такАе большой самостоятельный интерес для понимания особенностей сильного взаимодействия в адронах с тяжёлыми кварками. Однако их наблюдение с полной реконструкции конечного состояния затруднено большой средней множественностью B-распадов. В этой связи автором был предложен новый метод их поиска [6].

Нетод основан на том, что благодаря большой кассе ¿-кварк теряет при адронизации малую долю своей энергии. Это позволяет с удовлетворительной точностью восстановить направление движения и энергию конечного В-адрона по оси и энергии струи, инициированной Ь-кварком. Лоренцовским сдвигом с соответствующим 7-факторои можно перейти в систему отсчёта, где В-адрон почти покоится. В такой системе п, К или г, излучаемые при переходах из возбуждённых В-адронов в основные состояния, дают пики по энергии на фоне гладкого распределения от других процессов. Энергии этих пиков позволяют определить массы возбужденных состояний, число событий в них - вероятности рождения, а угловое распределение относительно оси. струи - поляризацию. При этом не требуется полное восстановление В-адрона, что многократно повышает эффективность.

В 1992 году этот метод был опробован [7] на данных детектора ALEPH в CERN. Был проведён поиск не наблюдавшихся до того времени В(1Р)-мезонов через их распады на В(1S) +7Г, имеющие, как ожидается, наибольшее сечение. При нормировке вышеописанного распределения на моделирование, не содержащее В(1Р)-состояний, наблюдался пик при <РП>*430 МэВ¡с, согласующийся с ожидаемым расщеплением масс В(1Р)- и В(1S)-мезонов. При интерпретации этого пика, как В (1Р)-»В (lS)+n-переходов, была определена вероятность процесса Ь -> В(1Р) -» B(lS)+n" равная О. 21±0. 02±0. 04. Хотя проведённые проверки делали такую интерпретацию весьма вероятной, неточности моделирования адронизации, ведущие к отличию формы нормировочных распределений от экспериментальных, не позволили заявить о наблюдении В(1Р)-незонов.

Два года спустя эти состояния были надёжно зарегистрированы

детекторами OPAL и DELPHI, используя сходный нетод анализа, но с привлечением информации с вершинных детекторов для отбора ЬЪ-событий и выделения вершин В-распадов. Измеренные в этих экспериментах энергии и вероятности процесса согласуются с вышеприведёнными значениями. На детекторе OPAL тем же методом наблюдались В (1Р)-мезоны и планируется поиск Z - и Е*-барионов.

• о Ь

В заключении сформулированы основные результаты работы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ.

1. Измерены параметры БЭ корреляций с учётом поправок на вклады нетождественных пар, долгоживущих частиц, резонансов- а кулоновское взаимодействие в конечном состоянии.

2. Показана близость пространственно-временных параметров адронизации кварков и глюонов.

3. Проведён анализ CP-нарушения по механизму, использующему интерференцию в°- и В0-распадов в общие конечные состояния, возникающую в результате В°-В°-смешивания. При этом:

а) Показано, что распады в^-мезонов по этому механизму наиболее перспективны для наблюдения CP-нарушения,

б) Показано, что при измерении временной зависимости вероятностей В°-распадов могут быть устранены адронные неопределённости в амплитудах распадов.

в) Замечено, что измерение большого Bd-Bd~смешивания сделало

оценку статистики, необходимой для наблюдения CP-нарушения в

В -распадах по каналам Ь->с и Jb->u. стабильной по отношению к d

возможной вариации V . V и m .

td ub t

г) Показано, что если CP-нечётная фаза невелика, наблюдение CP-нарушения в КМ-подавленных распадах В^-мезона по каналу ¿-К! требует меньшей статистики, чем в КМ-разрешённых - Ь-»с.

4. В результате этого анализа определены основные физические параметры е*е~ В-фабрики (асимметрия энергий и светимость), гарантирующие наблюдение CP-нарушения в рамках Стандартной Модели.

5. Обращено внимание на,возможность определения аромата В -мезона по заряду я- или К-мезона. рождённого совместно с ним в двухчастичных распадах возбуждённых В-мезонов. Предложен и опробован в эксперименте новый метод поиска таких состояний.

Основные положения диссертации изложены в следующих работах:

1. A.E.Blinov et al., "Bose-Einstein correlations in e*e~ annihilation in the Г(IS) and continuum", Preprint BINP 95-8, Novosibirsk, 1995.

2. А.Е.Блинов, H. Г. Уральцев и В.А.Хозе, "Перспективы исследования CP-несохранения в прелестных частицах", Физика высоких энергий, Материалы XXIII Зимней школы ЛИЯФ, 1988, с. 32.

3. А.Е.Блинов, А. Г. Чилингаров и С. И. Эйдельман, "Физические эксперименты на В-фабриках", Физика высоких энергий, Материалы XXIII Зимней школы ЛИЯФ, 1988, с. 91. - (Препринт ИЯФ 88-123).

4. A.E.Blinov, V.A.Khoze and N.G.Uraltsev, "Physics of Top and CP violation in В decays in the light of the ARGUS measurements", Intern. J. of Mod. Phys. A4(1989)1933.

5. А.Е.Блинов, H. Г. Уральцев и В.А.Хозе, "Перспективы поиска CP-несохранения в прелестных адронах", ЖЭТФ 97(1990)59.

6. A.E.Blinov, "A method of searching for excited b-hadrons in high energy experiments", Mod. Phys. Lett. A6(1991)517.

7. A.Blinov, A.Shamov and F.Bossi, "A search for B**", ALEPH note 92-157 (PHYSIC 92-144), 1992.

Рис. 1. Детектор НД-1. 1 - ярио магнита, 2 - обмотка магнита, 3 - вакуумная камера,

4, 8,10 - ливнево-пробежные камеры, 5 - сцинтилляционные счётчики, б - координатные камеры, 7 - газовые черенковские счётчики, 9 - мюонные камеры.

0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

М„(СеУ/с')

сс

ЧВЕ 1.3

0 4 0.6 0 8 1 1.2 1.4

Г

М„„(СеУ/сг)

Ряс. 2. Бозе- эйнштейновские корреляционные функции Я: а) пряные распады 1(18). б) континуум.