Экспериментальное изучение радиационного распада пиона п-evy тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи

Поблагуев Андрей Андреевич

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИЗУЧЕНИЕ РАДИАЦИОННОГО РАСПАДА ПИОНА тг еру.

01.04.16 - ФИЗИКА ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Институте ядерных исследований РАН

Научные руководители:

доктор физико-математических наук кандидат физико-математических наук

В.Н.Болотов, В.В.Исаков.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук кандидат физико-математических наук

В.И.Крышкин А.В.Жилин

Ведущая организация: Лаборатория ядерных проблем ОИЯИ

27

О*- уА^П л

1994 г. в

Защита состоится

А" часов на заседании Специализированного совета

Д 003.21.01 Института ядерных исследований РАН (117312 Москва, проспект 60-летия Октября, дом 7а).

С диссертацией можно ознакомиться Института ядерных исследований РАН.

в библиотеке

Автореферат разослан

» .//> V

Г"

.1994 г.

Ученый секретарь Совета

кандидат физико-математических наук

Б. А. Тулупов

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. В Стандартной Модели распад %-ер сильно подавлен за счёт того, что спиральности электрона и антинейтрино, требуемые У-А теорией находятся в противоречии с законом сохранения момента импульса. Это приводит к эффективному усилению вклада структурного излучения в радиационный распад которое даёт

важную информацию о строении шона и структуре слабых адронных токов. Кроме того, распад %-ег>у становится чувствительным к возможным аномальным кварк-лептошшм взаимодействиям. Дополнительно интерес к распаду %->е1>у был также обусловлен как неопределённостью теоретических предсказаний параметров распада, так и отсутствием исчерпывающего экспериментального исследования этого распада.

Цель диссертации. Исследование радиационного распада пиона %->ету в широком диапазоне кинематических переменных при малой примеси фона.

Научная новизна диссертации. Впервые проведено исследование распада %~е1>у в широком диапазоне кинематических переменных, включающем углы разлёта электрона и фотона £ 60°; измерена полная и проанализирована дифференциальная вероятность распада; с высокой степенью достоверности разрешена двузначность по параметру 7 - отношению аксиального и векторного формфакторов; модально-независимым способом определено значение векторного формфактора; показано, что распад %->еУ( чувствителен к тензорной связи в эффективном кварк-лептонном взаимодействии; показано, что в киральном пределе нуклонный матричный элемент для тензорного кваркового тока пропорционален переданному импульсу и, следовательно, мал в ядерном бета-распаде; экспериментальные данные, представленные в диссертации, позволяют обсуждать возможность

примеси эффективного тензорного кварк-лептонного взаимодействия на уровне, не противоречащем ограничениям из распада мюона и ядерного бета-распада; проанализированы результаты экспериментов по ядерному бета-распаду для случая возможной примеси взаимодействия (общего вида) Ud кварков с тензорным лептонным током.

Практическая ценность работы. Продемонстрированы преимущества исследования радиационного распада пиона на лету. Созданы системы программ для технического и физического контроля работы установки во время набора экспериментальной информации. Разработаны методы обработки большого объёма экспериментальной информации и моделирования сложных процессов при недостаточной вычислительной мощности. Развиты методы калибровки и мониторирования детекторов без проведения специальных измерений. Разработаны алгоритмы калибровки и мониторирования годоскопических детекторов со съёмом информации на основе время-цифровых преобразователей при наличии нелинейности и нестабильности их работы. Для кинематического описания распада %-ev7 использованы новые переменные, существенно упрощающие анализ данных. Показано, что часто цитируемые ограничения на тензорную связь в ядерном бета-распаде необоснованно занижены. Выполнены расчёты ряда физических процессов.

Апробация работы. В основу диссертации положены результаты экспериментальных исследований, выполненных в 1981-1986 г.г. на установке "Истра" Института ядерных исследований РАН, расположенной на канале вторичных частиц 4А ускорителя У-70 Института физики высоких энергий (г. Протвино). Основные результаты диссертации докладывались на научных семинарах ИЯИ АН СССР, ИФВЭ, ИТЭФ, ЛЯП ОИЯИ, ИАЭ им. И.В.Курчатова, TRIUMF (Ванкувер, Канада); на сессии Научно-координационного Совета ИФВЭ; на Международном Семинаре по Физике Промежуточных Энергий - INES-89, Москва, 1989;

на Европейской конференции по физике элементарных частиц, Мадрид, 1989; на Международной конференции по частицам и ядрам PANIC-XII, Бостон, США, 1990; на XXV Рочестерской конференции по физике высоких энергий, Сингапур, 1990, на III Международной конференции WEIU-92, Дубна, 1992. Результаты диссертации включены в "Review of Particle Properties" (Particle Data Group, 1992).

Публикации и объём работы. Работы [1-4]. на которых основана диссертация опубликованы в виде статей в журналах "Physios Letters В", "Ядерная Физика", в Трудах конференций, в виде препринтов ИЯИ АН СССР. Диссертация состоит из Введения, шести глав, Заключения и Приложения, содержит 164 страницы, включая 3D рисунков, 17 таблиц и список литературы из 141 наименования.

Основные положения выносите на защиту.

1. Впервые распад %-evy исследован в широком диапазоне кинематических переменных: Е?>20 MeV, Eg>70 MeV - 0.8-Е .

2. Однозначно определено отношение аксиального и векторного формфакторов 7=0.41±0.23.

3. Экспериментально определено значение векторного формфактора |Ру| ='0.014±0.009.

4. Измерена полная вероятность распада в исследуемой кинематической области: Br(ic-*ea'7) = (1.61+0.гзМО"'7, проанализированы спектральные распределения вероятности распада: Вг(1В) = (1 .62±0.20М0"~7, Br(SD+) = (0.56±0.21)*10~7, Br(SD") < 0.3»10~7 (95% CL).

5. Получено указание, что наблюдаемое количество событий на 30% (3-5 ст. отклонения) меньше теоретически ожидаемого, причём спектр недостающих событий может быть аппроксимирован распределениями SD" излучения.

6. Показано, что предположение о несоответствии экслерименталь-

них данных стандартному теоретическому описанию не противоречит результатам предыдущих экспериментов, в частности позволяет улучшить согласованность их результатов.

7. Показана чувствительность распада %-ег'у к примеси тензорного кварк-лептонного взаимодействия.

Содержание работы.

Во Введении обсуждается важность исследования распада к-еуу, кратко перечислены основные результаты диссертационной работы.

В первой главе дано подробное описание кинематики распада 1ь-ег>7, сделан краткий обзор теоретических и экспериментальных исследований распада, обсуждаются трудности экспериментального изучения этого распада, проанализированы возможности их преодоления в эксперименте при высоких энергиях.

Амплитуду радиационного распада пиона

% - е V 7 (1)

можно представить как сумму амплитуд внутреннего тормозного (1В) и структурного (БИ) излучений. Вклад 1В излучения однозначно определяется амплитудой распада %-еу и рассчитывается стандартными методами СИ®. В Стандартной Модели амплитуда структурного излучения параметризуется двумя формфакторами, описывающими взаимодействие с векторным (Ру) и аксиально-векторным №д) слабыми адронными токами

мзв = -ё/о>гХ (г)

/г м„

где V элемент матрицы смешивания Кобаяши-Москавы, е'1 - вектор поляризации фотона, р и д соответственно 4-импульсы пиона и фотона.

Гипотеза Сохранения Векторного Тока (СУС) связывает вектор-

дай формфактор с формфактором распада И0->77. Экспериментально измеренное время жизни нейтрального пиона (Т ) соответствует

|Ру| = (1/а) Уг/ттп1^ = 0.0259±0.0005 (3)

В связи с несомненными успехами гипотезы (Ж при анализе распада (1) считают, как правило,, векторный формфактор известным, а вместо аксиального формфактора рассматривают отношение у=РА/Ру.

Теоретические предсказания для аксиального формфактора менее определённы. Оценки значения 7 варьируют от -3 до +1.4 в зависимости от используемой модели и метода расчёта.

Для кинематического анализа вместо обычно используемых переменных : у=2Ее/Мп удобнее выбрать другой набор, а

именно: х и Л=(х+у-; )А-=у • з!пг (9е?/2). В этих перемешшх кинематически допустимая область определяется взаимно независимыми условиями: О < х,Х < 1, и в выражении для вероятности распада переменные разделяются: с!гГ

СЙГ~ЗХ 2п п.ем

,л2г 0 , „ -Л

(4)

М^Р 2

|1В(х,Х)+(27^] [(1+т)гЗВ+(хД)+(1-7)г8В"(хД)]

2

где 1В(хД(2:,А.)=Лгх3(1-х); 5Ъ~=(1-к)гз? (1-х). Интерференция между 1В и БЭ амплитудами подавлена /Ми) за счёт того, что спиральности электрона в 1В и ББ амплитудах различны .

Вклад излучения, соответствующий углу разлёта >Э ~ 100", достаточно хорошо выделяется в эксперименте. Его измерения, проведённые ещё в б0е-70е годы позволили определить два возможных значения 7: 7 »0.5 И 7_»-2.4. Для однозначного определения 7 необходимо измерение вклада ББ" излучения, т.е. необходимо исследование распада при значительно меньших углах разлёта 0 <90°. Уже после завершения набора статистики на установке "Истра" били

опубликованы результаты исследований распада %-*evj, выполненные на мезонных фабриках (на остановленных пионах). В частности, в эксперименте в SIN с высокой точностью были определены два возможных значения отношения аксиального и векторного формфактора, а выбор единственного значения (7=7+) был сделан в экспериментах в LAMPP и на установке SINDRUM (%->evee). Однако, экспериментальное исследование радиационного распада пиона всё же нельзя было считать полностью завершенным в силу:

• значение 7, полученное в экспериментах в SIN (О.52±0.06) и ЪАМРР (0.25±0.12) отличаются более, чем на два стандартных отклонения;

• фактически, была детально изучена только ограниченная кинематическая область, соответствующая SD+ излучению;

• при изучении собственно распада %--evj разделение двух возможных значений 7 недостаточно надёжное (3.5 стандартных отклонений);

• при изучении собственно распада %~>evy не делалась проверка применимости гипотезы CVC к данному распаду.

Расширение кинематической области исследования распада имеет принципиальные трудности в экспериментах на остановленных пионах. Основные причины этого:

• фон от случайных совпадений распада %*-*e+v (¡.L+--e*vv) с сигналом от нейтрона, образовавшихся в сильных взаимодействиях в замедлителе;

• фон от каскадного распада 7E-»p.v

Можно также отметить другие трудности связанные с измерениями на остановленных пионах:

• технические проблемы создания установки, регистрирующей продукты распада в широком диапазоне кинематических переменных (4тс-геометрия);

• необходимость измерения энергии фотона (и позитрона) с точностью несколько процентов в области энергий ~40 MeV.

Перечисленные выше проблемы могут быть эффективно решены

если проводить исследование распада к-еуу на лету. Отсутствие мишени позволяет подавить фон, связанный с неупругими взаимодействиями на веществе. При энергиях распадающегося тс-мезона ~ 20 йеУ продукты распада летят вперед в узком конусе ("б ~ тп/Еп ~ ю шгай). Это позволяет регистрировать распады практически в 41С-геометрии при поперечных размерах детекторов ~1 м. Смещение значений измеряемых энергий в область ~5*10 СеУ существенно упрощает задачу точного измерения энергий 7-кванта. Кажущийся недостаток такой постановки эксперимента - малая вероятность распада пролетающего пиона на раепадной базе длиной Ь~20 м, равная ы={т/Ък) • (ст/Ь)~ 2%, - оборачивается едва ли не главным достоинством. Если количество распадающихся пионов в пропорционально этой вероятности то количество каскадных распадов квадратично зависит от неё ~ ш2. Это приводит к значительному эффективному подавлению вклада каскадных распадов и позволяет исследовать распад при малом количестве фона практически во всей кинематически допустимой области изменения параметров. С другой стороны, уменьшение вероятности распада может компенсироваться увеличением интенсивности пучка и высокой геометрической эффективностью регистрации распада.

Во второй главе описана экспериментальная установка "Истра" для исследования редких распадов заряженных пионов и каонов, обсуждаются способы оптимизации установки для исследования именно распада к-ег'у, дано краткое описание, использовавшихся в эксперименте сцинтилляционного годоскопа, адронного калориметра и двойных сцинтилляциошшх годоскопов на годоскопических ФЭУ (ГФЭУ), рассмотрена организация и основные функции Оп-Ьте контроля на установке "Истра", перечислены особенности набора статистического материала.

В ИЯИ АН СССР была создана установка "Истра" для исследова

ния редких распадов заряженных пионов и каонов на лету (рии.1). Установка расположена на канале вторичных частиц 4А ускорителя У-70 Института Физики Высоких Энергий (г. Протвино). На установке "Истра" был исследован ряд редких распадов К-меэонов. Изучение радиационного распада пиона потребовало существенной оптимизации установки. Для увеличения аксептанса была изменена (с 10 до 10 м) длина распадного объёма, снижен (с 25 до 17 СеУ/с) импульс пучка. Для аппаратурного подавления до необходимого уровня возможного фона, связанного с распадом каона К-еш° (с потерей одного

7-кванта) уровня три пороговых черенковских счётчика были настроены на сепарацию пучковых каонов. Для улучшения уровня быстрого триггера установка была дополнена сцинтилляционным годоскопом и адронным калориметром.

Пучковая частица выделялась телескопом сцинтилляционных счётчиков Идентификация частицы осуществлялась пороговыми

черенковскими счетчиками С0_д. Счетчики С£ д наполнялись 0.4 атм. Не и использовались для выделения пучковых электронов. Счетчики С0 1 3 были наполнены С0£ (0.7 атм.) и использовались для подавления К-мезонов в пучке. В качестве монитора использовалась

с. б,с не

нрм, ирм; и.

950 ¡600 2НО0 36001л*

Рис. 1. Схема установки ИСТРА. С0-1 - иучновыо черепковские счетчики; С5-ши-рокоапертурный черепковский счетчик; - ецнптнллнциаиные счстчшш; Л,^-аптисоппадателышс счетчики; <3 - сциитилляциошшн годоскоп; ПРМХ-3 - ецпптил-ляционныо годоскони па осиоио специальных ФОУ; /'6'|_* - пропорциональные ка меры с наведенным зарядом; £/-> - ч-снсктрометр; НС - адропный калориметр;

I т - раснадиын объем

следующая комбинация срабатывания сцинтилляционных и черепковских счетчиков:

= s£-s3's4-c0-cr^-c3-^ <5>

Триггер формировался следующим образом:

= V~V vvv с5-~- йс ■ SSP (б)

Сцинтилляционные счетчики S5 и S^, использовались для подавления нераспавшихся ТС-мезонов. Сцинтилляционные счетчики А1 2 , прослоенные свинцом использовались как охранная система. Широкоаппер-турный черенковский счетчик С5 служил для выделения электронов в конечном состоянии. Сцинтилляционный годоскоп G позволял отбирать события с одной заряженной частицей. Адронный калориметр НС использовался для подавления событий с адронами в конечном состоянии. В триггер также был включен отбор по суммарному энерговыделению в спектрометре (JSP).

Распадный объем DV ваккумирововался.

Трек входящего 'ГС-мезона измерялся тремя сцинтилляционными годоскопами на основе специальных ФЭУ (ИРМ). Трек образовавшегося при распаде электрона измерялся пропорциональными камерами с аналоговым съёмом информации (PC). Энергия и координаты е-и 'f-кванта определялись 480-канальным спектрометром из свинцового стекла (SP).

Считывание информации осуществлялось специализированной электроникой в стандарте СУММА, управляемой ЭВМ PDP 11/40.

Энергия пучка 1С-мезонов - 17 ГэВ. Состав пучка: 95%, К~-3%, |Г~ 2%. ■

Набор статистики проводился в течение трех сеансов. Суммарный монитор составил 3.7*Ю11 1С-мезонов, на магнитные лентп записано 14.5*106 событий (508 лент).

В третьей главе описана система реконструкции событий на

установке "Истра". После обоснования используемого подхода к обработке экспериментальной информации описаны алгоритмы калибровки, мониторирования, реконструкции и отбора событий в спектрометре, пропорциональных камерах и годоскопических фотоумножителях.

Обработка данных проводилась на ЭВМ FDP-11/40 и СМ1420 установки "Истра".

В связи с тем, что фоновые условия в различных сеансах несколько отличались, обработка каждого сеанса проводилась независимым образом по следующей схеме:

1. Калибровка детекторов (НРМ, PC, SP).

Калибровка SP проводилась стандартным образом на пучке электронов с энергией 10 GeV. Подкалибровка SP осуществлялась с помощью светодиодов.

Калибровка пропорциональных камер PC проводилась на событиях, записанных на магнитные ленты. Калибровочные коэффициенты подбирались из условия равенства наведенных зарядов в х- и у-плоскостях. Подкалибровка выполнялась каждые 15-20 лент.

Калибровка годоскопических ФЭУ НРМ была сделана табличным способом, т.е. каждой сцинтилляционной палочке годоскопа ставилось в соответствие время дрейфа фотоэлектрона до динодной системы ФЭУ, измеряемое с помощью время-цифровых преобразователей. Такой способ калибровки позволил эффективно устранить имеющиеся нелинейности и неоднородности в системе регистрации сигнала и оказался удобным для отслеживания нестабильности работы детектора.

2. Геометрическая реконструкция событий.

Геометрическая реконструкция проводилась в следующем

порядке:

а) реконструкция электромагнитных ливней в SP и определение 1 10

их энергии и координат.

б) определение координат наведенных зарядов в РС и реконструкция трека электрона (накладываются условия на равенство наведенных зарядов в х- и у-плоскостях РС; трек, проведенный через РС должен сшиваться о ливнем в БР)

в) восстановление трека чс-мезона в ИРМ.

3. Выделение распадов внутри Ш.

На измеряемые параметры распада тс-»еУ7 можно наложить два уравнения связи:

a) "геометрическое" - трек тс-мезона, определенный с помощью годоскопических ФЭУ и трек электрона, проведенный через пропорциональные камеры, должны пересекаться . в точке;

b) "кинематическое" - масса недостающей частицы равна

п£=0.

Уравнения связи можно использовать как критерий для отделения от фона. В силу того, что условие а) выполняется с хорошей точностью и для фоновых процессов, использовать его как критерий отделения от фона нецелесообразно. Поэтому, для упрощения и ускорения процедуры обработки, для всех событий, прошедших геометрическую реконструкцию, первоначально было проверено выполнимость условия а) и сделан 1-С фит на это условие с соответствующей корректировкой измеренных параметров. В дальнейшем, для обработки использовались только события, для которых выполнялось условие а) и вершина распада была внутри распадного объема. При этом, условие Ь) записывалось в следующем виде:

для распада %-еу - Ее = 70 МэВ ;

для распада %-»ег>у - М = Ее+ |ре+ р | = 140 МэВ.

В четвёртой главе описана система моделирования физических процессов на установке "Истра". Представлены алгоритмы юстировки

программ моделирования и методы, использованные для учёта эффектов неоднородности аппаратуры. Приведены результаты расчётов поляризации мюона в распаде тс-фи^ и зависимости вероятности распада |д.~*егп,7 от поляризации мюона.

Для повышения надежности результатов обработки необходимо точное и надежное моделирование как самих исследуемых и фоновых распадов, так условий регистрации частиц в отдельных детекторах. Необходимая для моделирования информация извлекалась из событий, записанных на магнитную ленту в ходе набора статистики, а также при записи событий со специально подобранным триггером. Кратко перечислим данные, извлекаемые из такого рода анализа:

1. Проверка (определение) энергии пучка %-лезонов проводилась несколькими способами:

• по углу разлета ТС-мезонов (в л.с.) в распаде К-^'ИХ0'. Достоинством этого метода является то, что результат достигается чисто геометрическими методами, т.е. только по измерениям координат треков К- и 7С-мезонов;

• по анализу распада К->еш;; ®

• по анализу спектра энергии электрона Ее (в с.ц.м.) в распаде %-ег> (энергетическое разрешение наилучшее при правильном значении энергии пучкового ТС-мезона).

2. Геолетрические разлеры и угловая расходимость пучка.

3. Нормировка энергетической шкалы 5? проверялась по спектру эффективных масс двух 7-квантов от распада 7!;0-мезона, выделяемого из распадов К-мезонов (К~-%%°, K-^ev%0) и процессов перезарядки на веществе;

4. Эффективность отбора по су тарному энерговыделению в 31' в зависимости от энергии. Были записаны специальные ленты,

с выключенным из триггера отбором но с мечением событий, для

которых отбор был выполнен; по данным анализа этих лент, была

12

получена зависимость эффективности отбора £SP в зависимости от полного энерговыделенмя Езр в спектрометре;

5. Зависимость эффективности регистрации электрона от направления трека. Зависимость была определена сравнением экспериментально выделенного распада %~>ev, с моделированием этого распада методом Монте-Карло;

6. Однородность спектрометра по отношению к эффективности регистрации у-кванта. Проверка однородности была выполнена с помощью анализа распадов K-evit0, К-*%тР.

В пятой главе представлены результаты экспериментального исследования распада %-evy. Описаны критерии отбора событий для изучения основного и калибровочного распада %-ev. Проанализирована достоверность процедуры калибровки на распад ic-ev. Исследован вклад фоновых процессов. Проведено фитирование экспериментальных данных при различных априорных предположениях. Приведено сравнение полученных результатов с данными других экспериментальных работ-и предсказаниями теории. Отмечено отклонение ' полученных экспериментальных данных от теоретического описания, которое, однако, не могло быть зарегистрировано в других экспериментах.

Калибровочный распад %->ev записывался параллельно с основным распадом. Ofí-line обработка обоих распадов проводилась одинаковым образом. Для выделешя распада %-^evj использовались следующие отборы: (i) два ливня в 5Р; (ii) одному из ливней соответствует трек в (PC); (iii) для 1-С фита в точке пересечения и е~ треков %^<9; (iv) угол между этими треками 5<9яе<2!> rarad; (v) вершина распада лежит внутри распадного объёма; (vi) энергия электрона (л.е..) Ее>1 GeV; (vii) энергия фотона (л.с.) Е}>2 GeV и (viii) расстояние между ливнями в SP Dej.>10 cm. События о одним ливнем в SP, удовлетворяющие отборам (ii)-(vi) рассматривались

как кандидаты для распада 7С-»ег\ Было выделено около 4»104 таких распадов.

Благодаря тому, что оба процесса детектировались и обрабатывались одинаковым образом имелась возможность сделать абсолютную нормировку распада (1) по хорошо известной вероятности распада 7с-ег>. Нормировка была скорректирована множителем К=0.91±0.06, определенным из анализа экспериментальных данных. Эта,, поправка учитывает возможные систематические ошибки и дополнительную неэффективность регистрации распада за счет детектирования

фотона.

На рис. 2а представлено распределение по эффективной массе распада М=Ее+Е +1Ре+Ру I • Пик на интервале 100<М<180 МеУ соответствует распаду (1). Распад (1) анализировался совместно с фоновыми процессами. Рассматривались следующие фоновые процессы: (а) распады каонов; (Ь) неупругие взаимодействия в и вне распадного объёма; (с) распады с одним только электроном (1С-»ег>, |л-*ег>г> и т.д.), сопровождаемые случайным ливнем в БР; (<1) распад \i-ew~f и каскадные распады %-*[11? и тс-»цг>7 . Для анализа вклада фоновых

процессов (а)-(с) были использованы реальные события, записанные на магнитные ленты. Связанный с распадами мюонов фон (а) моделировался методом Монте-Карло и нормировался выделением распадов |а-»еш> и тс-цг" при анализе распада %-<ет>. На рис.2Ь представлено

распределение по М после вычитания нормированных распределении фоновых процессов. В полученном спектре нет указаний на присутствие неучтенных фонов во всём интервале изменения параметра М.

Отношение аксиального и векторного формфакторов 7 было

определено с помощью анализа методом максимального правдоподобия

трехмерного распределения (по Е , Е и М) для событий, отобранных

е у

с дополнительным условием М<200 МеУ. При этом были учтены погреш-

I

28

11 10 // /г

в ; *

¿7

/3 12 в

¿г

200 400 600 вор М, Мз8

Рис. 2. Распределения по элективной массе распада (а) для всех событий и (Ъ) после вычитания фоновых процессов.

» -м

-?,о -1,0 о 1,0 1.0у

1'нс 3. Функция правдоподобия Ь для у. Штриховой кривой отмечена фупкция правдоподобия, построенная без учета пормпроч-Ш1 па распад л—еу

кости в нормировке фоновых процессов и в абсолютной нормировке на распад На рис. 3 показано поведение функции правдоподобия Ь

в зависимости от 7. Из анализа Ь следует 7=0.41±0.23. Значение 7=-2.4 подавлено в И=5»Ю9 раз, что соответствует 6.7 стандартным отклонениям. Пунктирной линией показано поведение функции правдоподобия без учета нормировки" на полное количество событий. В этом случае 7=0.50*0.26 и И/=5»Ю4 (4.6 стандартных отклонения).

Широкий диапазон измерения кинематических переменных в эксперименте на установке "Истра" позволил определить значение без использования гипотезы СУС. Рассматривая как свободный параметр, получаем при фитировании |Т'у|=0.014±0.009. Полученное значение согласуется как с предсказаниями СУС (3), так и о данны-

ми установки БНПЖШ Ру= 0.023^'013 '

Обработка данных была также проведена в более общем виде. Плотность вероятности распада можно представить в виде

р(х,у) = а1вр1в(х,у)+азв+рзв+(х,у)+азв_рзс_(х,у) (7)

где а1В, азс+ свободные параметры, пропорциональные вероятностям соответствующих процессов. Подставляя распределение (7) в функцию правдоподобия можно определить вероятности этих процессов. Вероятность распада в кинематической области Х>0.3, Л.>0.2, в которой раопад (1) регистрировался эффективно, составила В.И. (1.61±0.23) «10~7 ( а1В=(1.62±0.20)«Ю~7, азс+=(0.5б±0.21 )«10~7, азс =(-0.5В+0.20)*10~7). Для сравнения приведем расчетные значения: 1В « 1.7«Ю-7 (вычисления в 4111), БО* « (0.67±0.07)«10~Т, - —9

Бй « 4 х 10 (оценки по данным экспериментов на остановленных пионах). Ожидаемое значение полной вероятности составляет (2.41 ±0.07)х10~7. Для 1В ап<1 Бй* вкладов наблюдается хорошее согласие между экспериментальными и расчётными значениями. Расхождение в полной вероятности распада (более 3 ст. отклонений) обусловлено отрицательным (нефизическим) вкладом БИ" излучения. Этот результат не удалось объяснить систематическими ошибками, связанными с особенностями регистрации и/или обработки событий. Расхождение также наблюдается при обработке событий с более жесткими отборами и при обработке без использования предварительной нормировки фонов или абсолютной нормировки на распад тс-ер.

В шестой главе обсуждаются возможные физические эффекты, которые могли бы привести'к наблюдаемому несоответствию дифференциальной вероятности распада теоретическим предсказаниям.

Отмеченный недобор событий в эксперименте приблизительно равен вкладу (экспериментально измеренному) структурного излучения БО. Поэтому, для объяснения обсуждаемого результата физическим эффектом необходимо добавить в амплтитуду распада (2) допол-

16

нительный член, (деструктивно) интерферирующий с амплитудой

внутрешгего тормозного излучения. Интерференция амплитуды eG V

мт = -i—^¡г* 6V FT ёоми(1+т5)^е. (а)

с IB амплитудой достаточно хорошо аппроксимируется спектральными распределениями SD" излучения, поэтому амплитуда (8) может быть использована при Рт=(-5.6±1.7)*10~3 для объяснения экспериментальных данных.

Эта гипотеза не может быть непосредственно проверена по данным предыдущих экспериментов (на остановленных пионах) из-за ограниченности кинематической области исследования распада в них. Так как отношение формфакторов 7 в этих экспериментах определялось по количеству зарегистрированных событий %-evj, то возможная примесь амплитуды (8) привела бы к систематической зависимости 7 от размера исследуемой кинематической области. Сравнительный анализ этих экспериментов действительно указывает на возможное существование такой зависимости, соответствующей Рт ~ -8»10 , однако статистическая значимость этого вывода (~ 2 ст. отклонений) недостаточна для окончательного решения вопроса. Тем не менее отметим, что предположение о дополнительной амплитуде (8) не только не противоречит экспериментальным данным, но даже позволяет улучшить их согласованность, в частности позволяет объяснить разницу в значениях 7, полученных в экспериментах в SIN и LAMPP.

В главе подробно рассмотрен возможный источник амплитуды (В) - эффективное тензорное кварк-лептонное взаимодействие

yfql) = V\jd f ga'"'(1+7S)V (9)

T yg т

Согласно приведённым расчётам, необходимому значению формфактора Рт соответствует константа тензорного взаимодействия

о

íT=(-1.4±0.4)*10~ , что, например, значительно меньше ограничения

на соответствующий параметр в распаде мюона ||<0.095 (68% СЬ).

При нулевом переданном импульсе нуклокный матричный элемент для тензорного кваркового тока <п| с2ом"и |р> = ёт'ип°М1>ир пропорционален токовым массам кварков = 4.7{ти+т^/ги^ » 0.03. В результате обсуждаемая константа тензорного взаимодействия соответствует фирцевскому интерференционному члену в Гамов-Теллеровских переходах Ъст « (-1.4±0.4)*10~3, что также не проти-

о

воречит ограничениям (^10 ), полученным в прецизио1Шых измерениях в ядерном бета-распаде.

Безотносительно к результатам эксперимента отметим высокую чувствительность распада %->ег>у к возможной примеси тензорного взаимодействия. Эксперимент на установке "Истра" с характерной точностью измерения ~ 10% позволяет делать оценку ^ с точностью ~ 0.004 (и Ъст с точностью ~ 5-Ю-4), т.е. на порядок лучше, чем в других экспериментах (ядерный (З-распад, распад мюона), имеющих характерную точность измерения 0.1-И%.

Необходимо, однако, отметить, что возможность объяснения экспериментальных данных в распаде %-<еуу фундаленталънъш тензорным взаимодействием (9) сильно ограничена результатами'измерения отношения вероятностей распадов . В случае индуцирован-

ного тензорного взаимодействия этот вопрос требует,дополнительного рассмотрения с учётом конкретного механизма' генерации эффективной амплитуды (9).

В Приложении экспериментальные данные по ядерному (3-распаду проанализированы с учётом возможной примеси взаимодействия (общего вида) и£1-кварков с тензорным лептонным током. Несмотря на то, что сделанные выводы носят явно дискуссионный характер, отметим, что оказалось возможным построить феноменологическую амплитуду взаимодействия кварков с тензорным лептонным током, которая позволяет одновременно объяснить экспериментальные результаты по

распаду тс-»ег>7 и улучшить согласованность данных по ядерному р-распаду, в частности, позволяет согласовать результаты измерения времени жизни и параметра асимметрии в распаде нейтрона.

В Заключении кратко перечислены основные результаты диссертации:

1. Впервые распад исследован в широком диапазоне кинематических переменных: Ег>20 МеУ, Ее>70 МеЧ - 0.8-Е .

2. Определено отношение аксиального и векторного формфакторов 7=0.41±0.23.

3. С высокой степенью достоверности выбрано единственное решение для 7. Второе (отрицательное) решение менее вероятно в 5*109 раз.

4. Экспериментально определено значение векторного формфактора |Ру| = 0.014±0.009.

5. Измерена полная вероятность распада в исследуемой кинематической области: Вг(7С-е"Р7) = (1.61±0.23)»10~Т.

6. Проанализированы спектральные распределения вероятности распада: Вг(1В) = (1 .62±0.20)«Ю""7, Вг(БП+) = (0.56+0.21 )«10~7, Вг(ЗВ") < 0.3-10"7 (95% СЪ).

7. Получено указание, что наблюдаемое количество событий на 30% (3.5 ст. отклонения) меньше теоретически ожидаемого, причём спектр недостающих событий может быть аппроксимирован распределениями излучения.

8. Показано, что предположение о несоответствии экспериментальных данных стандартному теоретическому описанию не противоречит результатам предыдущих экспериментов, в частности позволяет улучшить согласованность их результатов.

9. Показано, что дополнительная деструктивная интерференция, необходимая для объяснения экспериментальных данных может быть описана с помощью феноменологической амплитуды взаимодействия

ud-кварков с тензорным лептонным током.

10. Показана чувствительность распада %-*evj к примеси тензорного взаимодействия. Эффективное тензорное кварк-лептонное взаимодействие с константой связи ~ 0.01'Gj, позволяет объяснить 30% отклонение для вероятности распада %-evj, не противореча при этом результатам других экспериментов (ядерный бета-распад, распад мюона).

11. Показано, что в киральном пределе нуклонный матричный элемент для тензорного кваркового тока пропорционален переданному импульсу, что приводит к эффективному подавлению кварк-лептонного тензорного взаимодействия в ядерном бета-распаде.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. А.И.Берлёв, В.Н.Болотов, С.Н.Гшшенко, Р.М.Джилкибаев, В.В.Исаков, О.В.Каравичев, Ю.М.Клубаков, В.Д.Лаптев, В.М.Ло-башев, В.Н.Марин, А.А.Поблагуев, В.Е.Постоев, А.Н.Торопил "Настройка и контроль за работой установки ИСТРА", Препринт ИЛИ АН СССР, П-0558, М., 1987.

2. A.A.Poblaguev, "On the %-evj decay sensitivity to a tensor coupling in the effective quark-lepton interaction", Phys. Lett. B23B (1990) 108.

3. В.Н.Болотов, С.H.Гшшенко. P.M.Джилкибаев, В.В.Исаков, Ю.М.Клубаков, В.Д.Лаптев, В.М.Лобашев, В.Н.Марин, А.А.Поблагуев, В.Е.Постоев, А.Н.Торопин

"Экспериментальное изучение распада %-evj" Препринт ИЯИ АН СССР П-0654, М., 1990; ЯФ 51 (1990) 711;

"The experimental study of the %-evy decay in flight" Phys. Lett. B243 (1990) 308; Nucl. Phys. В (Proc. Suppl.) 16 (1990) 459.

4. А.А.Поблагуев, "Согласуются ли между собой экспериментальные данные по исследованию распада %-^evy", препринт ИЯИ АН СССР 744/91, М. 1991; ЯФ 55 (1992) 2085;

"On the consistency of the %-evj experimental data", I'iiys. Lett. B286 (1992) 169.