Экспериментальное изучение распадов К† ⇒ π†π°π° на ускорителе ИФВЭ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

Введение

1 Теоретическое описание распадов К^ -» тг^'л

1.1 Киральная теория возмущений.в

1.2 Нарушение СР-инвариантности в распадах К± —> Зтг

1.3 Взаимодействие пионов в конечном состоянии.

2 Установка КМН

2.1 Пучок частиц.

2.2 Сцинтилляционные годоскопы.

2.3 Электромагнитный калориметр.

2.4 Система отбора событий.

2.5 Система сбора данных.

3 Моделирование установки КМН

3.1 Геометрия установки.

3.2 Характеристики пучка адроноп.

3.3 Эффективность ецингилляционных годоекопов.

3.4 Неоднородность электромагнитного калориметра.

3.5 Результаты моделирования распадов К*- —>• т^тг"

4 Измерение зарядовой асимметрии параметров диаграммы Далитца 42 *

4.1 Реконструкция И отбор событий —» 7Г±7Г,17Г1'.

4.1.1 Восстановление кластеров эперговыделения п калориметре.

4.1.2 Восстановление треков.4о

4.1.3 Топология СООЫТИИ К^ —> ~±7ГН7Г°.

4.1.4 Кинематический фит.

4.1.5 Результаты обработки экспериментальных данных. Оценка примеси фоновых событии.ПО

4.2 Результаты измерения зарядовой асимметрии.58 ^

4.3 ()цепка систематических погрешностей

5 Измерение параметров диаграммы Далитца

Обнаружение прямого нарушения СР-симметрии в распадах нейтральных каонов даёт основание для поиска этого эффекта в распадах заряженных К мезонов. Он может, например, проявляться как зарядовая асимметрия параметров диаграммы Далитца для распадов ± —> тг^тг0^0. Теоретические оценки зарядовой асимметрии линейного параметра наклона диаграммы Далитца для распадов К± —> т^тг0»0 весьма, неопределённы и находятся в пределах от 10с до 10~3. Анализ имеющихся экспериментальных данных для этих распадов приводит к оценке4 величины зарядовой асимметрии ~ 5 • Ю-2. Вряд ли можно ожидать нарушение СР-иивариантиости на таком уровне, и указанное значение асимметрии, скорее всего, связано с недооценкой систематических погрешностей экспериментов, в каждом из которых исследовались распады каонов только одного знака. Значительно уменьшить систематическую ошибку возможно только путём измерения распадов каонов обоих знаков в одном эксперименте. Таким образом, экспериментальное; исследование распадов К^ —> 7г±7г(,тг() является актуальной задачей физики высоких энергии.

Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование распадов К^ —У тг^'тг0, включая разработку методики и создание программного обеспечения для реконструкции данных установки "Комплекс меченых нейтрино" (КМН) и анализ полученных результатов.

Автор защищает:

• создание программного обеспечения и алгоритмов, позволяющих обрабатывать и проводить анализ данных экспериментов, осуществляемых на ус тановке КМН:

• создание программы моделирования установки КМН. адекват но описывающей работу детекторов;

• результаты измерения параметров диаграмм Далитца для распадов

V —? п л л .

• результаты измерения зарядовой асимметрии параметров диаграмм Далитца. для распадов кь —у тг Ь7Г()~°.

Научная новизна и практическая ценность. Разработана и реализована. система реконструкции событий и анализа, результатов па. установке КМН. Проведены новые измерения параметров диаграмм Далитца. для распадов Л.'* —у т^тг0;;-0. Получены оценки разности параметров диаграмм Далитца для распадов К+ —у тг+7г°7Ги и К~ —у тг—тг07г°. Частая смена знака, г5аряда, пучка позволила минимизировать систематические погрешности измерения зарядовой асимметрии и получить наиболее точную оценку зарядовой асимметрии л,, для распадов к± —у ~±7г()тг() на сегодняшний день. Результаты измерения параметров диаграмм Далитца указывают1 на существенный вклад гтерерассеяпня тг+тг- —У тг0тг° в мат1)ичпые злементы распадов к* —у 7г^7г07г° вблизи порогового значения инвариангпой массы пар1>1 ~+тг~.

Разработанные методы обработки результатов измерений и оп-1п\е и оИ'-Ппе анализа данных могут бы ть использованы в других зкенерименч ах I! области физики высоких энергий. Экспериментальные данные по параметрам диаграммы Далитда и их зарядовой асимметрии могут быть использованы для проверки современных теоретических представлений о структуре и взаимодействиях частиц, в частности, киральной теории возмущений. Всё это определяет практическую ценность диссертационной работы.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения.

Заключение

1. Разработана и создана система программ реконструкции и анализа, данных установки КМН. Система включает в себя приложения, позволяющие осуществлять геометрическую привязку детекторов установки; реконструировать треки вторичных частиц и ливни в электромагнитном калориметре. Для поиска треков используются алгоритмы полного перебора, обеспечивающие максимальную эффективность реконструкции. Процедуры кинематического фита позволяют надёжно восстанавливать кинематические переменные. Значительная часть системы была задействована, во время набора, данных, что позволило контролировать работу установки по физическим распределениям.

2. Разработан и реализован пакет программ для моделировании установки КМН методом Монте-Карло. Пакет детально описывает геометрию, материалы и свойства различных элементов установки. При моделировании учитываются корреляции угловых и пространственных переменных, описывающих адронный пучок. Учёт реальных характеристик детекторов (эффективности сцннтилляционных годо-скопов и неоднородности электромагнитного калориметра) позволяет получитг» адекватное описание установки. События, полученные в результате моделирования, реконструируются и обрабатываются теми же процедурами, что и экспериментальные; данные.

3. В эксперимента на установке КМН измерены параметры диаграмм Далитца для распадов К± —У "±тг()7г°. Иссл(!Допаиия проводились на пучках положительных и отрицательных адропов с импульсом 35 ГэВ/с ускорителя ИФВЭ. Частая смена знака заряда пучка позволила. минимизировать систематические погрешности измерения зари д о во й ас и м м етр и и.

4. Получены следующие оценки разности параметров диаграмм Далитца для распадов К+ —У ~+тт°тг{) и К~ —у 7Г-7Г°7Г°:

Ад = -0.0009 ± 0.0007 {стаю) ± 0.0007 (сист), АН = -0.0007 ± 0.0002 (стат) ± 0.0005 (сист), А к = -0.0014 ± 0.0017 (стат) ± 0.0001 {аист).

5. Для разности параметров наклона Ад в предположении АН = Ак = 0 найдена оценка:

Ад = 0.0002 ± 0.0024 {стат) ± 0.0007 {с.ист), что позволило получить для зарядовой асимметрии Л,, значение Лд = Ад/{д+ + д~) = 0.0002 ± 0.0018 (стат) ± 0.0005 (сист).

Это наиболее точная оценка А,, для распадов К1 —У 7г±7г1)тг11иа сего-дняшиий день.

0. Анализ данных при помощи пепараметрнческого критерия Колмогорова. показал, что распределения событий по переменным Далптпа и и V для распадов К+ и К~ мезонов неотличимы при имеющемся ко.тгкч*.тпс событий.

7. Представлены новые результаты измерения параметров диаграммы Далитца для распадов К± —у л^я^тг0, полученные при использовании объединённой статистики распадов К+ и К~. Без обрезания по инвариантной массе пары 7г0тг0 в результате фита получены следующие значения: g = 0.6259 ± 0.0043 (стат) ± 0.0093 {аист), h = 0.0551 ± 0.0044 (стат) ± 0.0086 (сиcm), к = 0.0082 ± 0.0011 (стат) ± 0.0014 (сист).

Величины g и h находятся в хорошем согласии с результатами эксперимента ИСТРА+ [48]. Значение к отстоит от пуля на ~ 4.5 стандартных отклонения, в то время как эксперимент ИСТРА-1- получил к — 0.001 ±0.002. Качество этого фита далеко ог удовлетворительного: x2/ndf = 506/430 = 1.18, Р(х2) = 0.0066. Включение кубичных членов в разложение квадрата матричного элемента, не улучшает качество фита.

8. Исследованы зависимости параметров диаграммы Далитца и качества фита от обрезания Mj по инвариантной массе пары -"-мезонов. При обрезании Mj > 290 AleV/c2 качество фита, становится удовлетворительным: х2/ndf -- 1.04, Р(х2) — 0-3. В этом случае добавление членов более высокого порядка в разложение квадрата матричного элемента не влияет на параметры g, h, к и величину х2/П(Ч-Эти результаты могут рассматриваться как проявление существенного вклада перерассеяния ~+тг- —у tt'V в матричный элемент распада К± —у 71•±7г°7г° вблизи порогового значения инвариантной массы пары 7ги7г°. При Mj = 290 MeV/c2 получены следующие значения параметров диаграммы Далитца: д = 0.6339 ± 0.0046 (слпат) ± 0.0093 (mm). h = 0.0593 ± 0.0088 (cmam) ± 0.0086 (смет), к = 0.0083 ± 0.0013 (стат) ± 0.0014 (смет).

О заключение счи таю своим приятным долгом поблагодарить члепа--корречшопдепта РАН С.Г1. Денисова за постоянное и доброжелательное внимание к исследованиям, которые легли в основу диссертации.

Я глубоко признателен доктору физико-математических паук

A.A. Лебедеву, стимулировавшему мои интерес к физике высоких энергии. Я искренне благодарен! P.A. Акопджапову, В.Б. Аникееву, В.А. Бе.ззубову. H.A. Васильеву, К).В. Гилицкому, С.Н. Гуржиеву. A.A. Д.ур.у-му, С.А. Звягинцеву, Е.А. Козловскому, В.М. Кораблёву, В.И. Корешеву,

B.И. Курбакову, В.В. Липаеву, С.А. Медведю, Ю.В. Михайлову, В.А. Ону-чину, A.M. Рыоину. М.М. Солдатову, Д.А. Стояновой, К.И. Трушину. A.A. Щукину, В.И. Якимчуку за активное участие в исследованиях по теме диссертации, а также; за их вклад в получение и анализ экспериментальных данных.

Я благодарен! А.А Логунову, Н.Е. Тюрину и А.М Зайцеву за поддержку эксперимента, сотрудникам Отделения кольцевого ускорителя и Отдела, пучков за. качественную работу ускорительного комплекса, систем вьшода п каналов и .Y-23.

1. Г.А. Акопджанов и др., "Измерение зарядовой асимметрии параметров диаграмм Далитца распадов К* -> тг±7г°7г0'', ЯФ 86 (2005) 980.

2. А.В.Козелов и др. "Триггернан электроника станции мемения комплекса меченых нейтрино". ПТЭ, 1994, №2, С. 43.

3. A.В.Козелов и др. '"Интенсиметр и его применение на КМН". ПТЭ, 1994, №, С. 53.

4. G. А. Akopdzhanov et. al. "Measurements of the Dalitz plot, parameters for К* 7г±7г°7г° decays'. Препринт ИФВЭ 2005-37, Протвино, 2005 arXiv:hep-ex/0509017|.

5. G.A. Akopdzhanov et al., in Proceedings of the First. International Workshop on Frontier Science — Charm, Beauty, and CP, Frascati, 2002, Ed. by L. Benussi et al. (LNF, Frascati, 2002), p. 229.

6. B.В.Аммосов и др., "Поиск CP-нарушения и исследование распадов заряженных каонов на станции мечения Комплекса, меченых нейтрино. (Предложение эксперимента)", Препринт ИФВЭ 98-2 (1998).

7. S. Weinberg, Phys. Rev. Lett. 4 (I960) 87.

8. J. Gasser and H. Loutwyler, Nucl. Phys. B 250 (1985) 405.

9. A. Pich, Rep. Prog. Phys. 58 (1995) 5G3.

10. E. Garni/, J. Prades and I. Seimemi, JHEP 0310 (2003) 042 ar Xi v: hep- ph /0309172.12. .1. Bijnens and F. Borg, Nucl. Phys. D 697 (2004) 319 arXiv:hep-ph/0405025j.

11. J. Bijnens and F. Borg, Eur. Phys. J. C 39 (2005) 347 arXiv:hep-ph/0410333.

12. J. Bijnens and F. Borg, Eur. Phys. J. C40 (2005) 383 arXiv:hep-ph/0501163.

13. S. Eidelnian ct al., Phys. Lett. B 592 (2004) 1.

14. A. J. Bevan ct al. Phys. Lett,. B 465 (1999) 355.

15. A. Lai ct al. Eur. Phys. J. C 22 (2001) 231.

16. A. Alavi Harati ct al., Phys. Rev. Lett. 83 (1999) 22.

17. A. I I. BaiiHiiiTeiiH, B.I I. 3axapon, WDH 100 (1970) 225.

18. E. Shabalin, Nucl. Phys. B 409 (1993) 87.

19. G. D'Ambrosio. G. Isidori, A. Pngliese and N. Paver. Phys. Rev. D (1994) 5767 Erratum-ibid. D 51 (1995) 3975. ]arXiv:hep-ph/9403235],

20. B. Grinstein. S. J. Rev and M. B. Wise, Phys. Rev. D 33 (1986) 1495.

21. G. D'Ambrosio. G. Isidori and N. Paver, Phys. Lett. B 273 (1991) 497.

22. А. Л. Belkov, А. V. Lanyov, G. Böhm and D. Ebert, Phys. Lett. В 232 (1989) 118.

23. A. A. Belkov, А. V. Lanyov, G. Böhm, A. Sehaale and D. Ebert, Phys. Lett. £300 (1993) 283 arXiv:hep-ph/9305333.

24. G. Isidori, L. Maiani and A. Pugliese, AW. Phys. В 381 (1992) 522.2G. G. Faldt, and E. Shabalin, arXiv:hep-ph/0503241.

25. Е.П. Шабалин, ЯФ 62 (1999) 1G57.

26. Е.П. Шабалин, УФН 171 (2001) 951.

27. Л.Г. Ландсберг. ЯФ 64 (2001) 1811.

28. В.В. Аниеович, Л.Г. Дахно, А.К. Лиходед, ЯФ 8 (1968) 91.

29. N. Cabibbo, Phys. Rev. Lett. 93 (2004) 121801 arXiv:hep-ph/0405001|.

30. N. Cabibbo, G. Isidori, JHEP 0503 (2005) 21 arXiv:hep-pli/0502130|.

31. Z. K. Silagadze, Письма в ЖЭТФ 60 (1994) G89 arXiv:hep-ph/94113S2.

32. М.В.Аконян и др. Препринт ПФВЭ 80-129, Протвино, 19SG.

33. Васильев A.B. и др. Препринт ПФВЭ 92-42, Протвино, 1992. 3G. И. В. Кото в и др., Препринт ПФВЭ 92-41, Протвино, 1992.

34. А.А.Денисенко и др., Г1ТЭ, 1987, №1, С.92.

35. В.М.Буянов и др., Препринт ПФВЭ 89-45, Протвино, 1989.

36. М.В.Аконян и др., Препринт ПФВЭ 88-217, Протвино, 1988.

37. Ю.В.Гштицкий, А.В.Козелов и др. Препринт ИФВЭ 93-10, Протвино, 1993.

38. О.И. Алферова и др., Препринт ИФВЭ 74-122, Серпухов, 1974.

39. Р.Н. Красиокутекий и др. Препринт ИФВЭ 84-182. Серпухов. 1984.

40. G.A. Akopjanov et nL NIM 140 (1977) 441.

41. P. Avery. Applied Fitting Theory, http://www.phys.nil.edu/ averv/fitting.html

42. Р.Бок. Х.Грот, Д.Ноц, М.Реглер. Методы анализа данных в физическом эксперименте, М: Мир, 1989.

43. К.М. Smith ct al., Nad. Phys. В 91 (1975) 45.

44. V.N. Bolotov ct. al. ЯФ 44 (198G) 73.

45. I.V. Ajiiienko ct al., Phys.Lett. В 567 (2003) 159.

46. V.Y.Batusov ct al., Nacl. Phys. В 516 (1998) 3.

47. D. Davison ct al., Phys. Rev. 180 (19G9) 1333.

48. B. Anbert ct al. Nuovo Cirn. 12A (1972) 509.

49. M. Sheatf. Phys. Rev. D 12 (1975) 2570.

50. H. Braun ct al. Lett. Nuovo Cirn. 17 (197G) 521.