Электромагнитный калориметр эксперимента HERA-B тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

Федеральное Государственное Унитарное Предприятие Государственный Научный Центр Российской Федерации Институт Теоретической и Экспериментальной Физики им. А. И. Алиханова

на правах рукописи

¡Ршлтльяк

Мачихильян Ирина Владимировна

Электромагнитный калориметр эксперимента

НЕЫА-Б

специальность 01.04.23 - физика высоких энергий

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 о ДЕК 2009

Москва 2009

003487647

УДК 539.1.08

Работа выполнена в ГНЦ РФ "Институт Теоретической и Экспериментальной Физики" им. А. И. Алиханова, г. Москва.

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

кандидат физ.-мат. наук В. Ю. Егорычев (ГНЦ РФ ИТЭФ, г. Москва)

доктор физ.-мат. наук А. А. Ростовцев (ГНЦ РФ ИТЭФ, г. Москва)

кандидат техн. паук В. А. Канцеров (Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ", г. Москва)

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д. В. Скобельцына Московского Государственного Университета им. М. В. Ломоносова (НИИЯФ МГУ, г. Москва)

Защита состоится 22 декабря 2009 года в 11 часов на заседании диссертационного совета Д201.002.01 в конференц-зале ГНЦ РФ ИТЭФ по адресу: г. Москва, ул. Б. Черемушкинская, д. 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТЭФ.

Автореферат разослан 19 ноября 2009 года.

Ученый секретарь диссертационного сове кандидат физ.-мат. наук

В. В. Васильев

1. Общая характеристика работы

В представляемой диссертационной работе описываются устройство и характеристики электромагнитного калориметра (ЭК) установки HERA-ß, а также обсуждается его использование для изучения механизмов рождения энергичных 7г°— и 77-мезонов в рА-взаимодействиях. Анализ произведен на основе данных эксперимента HERA-Б, набранных в 2002 - 2003 гг.

1.1. Актуальность темы диссертации

В течение 2000 - 2003 гг. на установке HERA-ß были проведены исследования взаимодействий протонов с энергией 920 ГэВ с фиксированной мишенью, расположенной в гало протонного пучка кольцевого ускорителя HERA (лаборатория DESY, Гамбург, Германия). Основными пунктами физической программы эксперимента являлись изучение механизмов рождения тяжелых кварков и проверка ряда предсказаний КХД в отношении рА-взаимодействий. В рамках проведенных исследований были измерены сечения рождения ф и К*0-, D°,D+,Df и D*+, а также J/Ф-, хс и Т-мезонов. Важным достижением HERA-ß является измерение сечения рождения bb.

Электромагнитный калориметр эксперимента HERA-S предназначался не только для регистрации фотонов и выделения электронного, позитронного сигнала на фоне большого количества адронов, но и являлся одним из ключевых элементов системы отбора событий (триггера). С его помощью осуществлялась быстрая локализация на аппаратном уровне возможных координат прохождения через детектор энергичных е+, е~ и 7-квантов. Поэтому соответствие рабочих характеристик и настроек ЭК заданным техническим спецификациям являлось критическим условием для достижения требуемой эффективности селекции исследуемых физических процессов, а также для обеспечения точности и адекватности полученных экспериментальных результатов.

На основе данных, полученных при помощи ЭК НЕ RA-В, были произведены измерения сечений рождения 7г°- и 77-мезонов с высоким поперечным импульсом (р?). Данные эксперимента HERA-S (величина энергии столкновения в системе центра масс \fs = 41.6 ГэВ) относятся к диапазону энергий л/s > 38.8 ГэВ, неохваченному другими установками

с применением фиксированной мишени. Представленные сечения реакций рА—>7}Х перекрывают неисследованный ранее регион хт < 0.15 (х-г = = 2рт/\/5). Впервые исследовано поведение сечений обсуждаемых реакций в неизученной другими установками области атомных масс ядер мишени А > 64. В целом, понимание механизмов рождения нейтральных мезонов является важным условием для проверки предсказаний пертурбативной квантовой хромодинамики.

1.2. Цели диссертационной работы

Главной целыо представляемой диссертационной работы является изучение и развитие различных методов калибровки отклика ЭК НЕЛА-Б. Вспомогательные цели включают в себя: 1) создание системы контроля качества данных ЭК, 2) разработку методов измерения величин пространственного и энергетического разрешений прибора и 3) исследование возможности использования ЭК НЕИА-В для реконструкции распадов 7Г°—»77 и г/—+77 методом инвариантных масс и измерения на их основе сечений рождения тг°- и т)-мезонов.

1.3. Научная новизна

Разработана и внедрена система оперативного контроля качества данных ЭК, осуществлявшая непрерывное измерение критических характеристик индивидуальных считывающих каналов электромагнитного калориметра в течение всего периода работы установки НЕИА-б. В дополнение к этому производилось вычисление параметров, которые были необходимы для реконструкции данных ЭК.

Разработаны методы и программное обеспечение для калибровки отклика индивидуального канала ЭК НЕКА-В. Результирующие наборы калибровочных констант применялись при анализе физических данных и для инициализации системы отбора событий.

Впервые измерены величины пространственного и энергетического разрешений ЭК ШЖА-В.

Впервые измерены инвариантные сечения рождения 7г°- и ^мезонов в рС, рТг и р]¥ взаимодействиях при энергии протонного пучка 920 ГэВ. Исследованный диапазон поперечных импульсов охватывает рт € [1.4,6.2) ГэВ/с (7г°-мезоны) I рт £ [1.4,6.8) ГэВ/с (г/-мезоны), а диапазон быстрот в системе центра масс составляет Уцм е [—1.25; 0.75]. Измерены отношения сечений рождения ??-мезонов к сечениям рождения 7г°-мезонов. Вычислены параметры атомной зависимости сечений реакций рА —> тт°Х и рА т\Х.

1.4. Результаты, выносимые на защиту

1. Принципы организации системы контроля качества данных ЭК;

2. Методы калибровки отклика индивидуального канала ЭК;

3. Создание математического аппарата для измерения характеристик электромагнитного калориметра НЕЛА-Б и их соответствие поставленным задачам и исходным проектным требованиям;

4. Измерение при помощи ЭК сечений рождения 7Г°— и 77-мезонов в условиях НЕЫА-В;

5. Измерение параметров атомной зависимости сечений реакций рА—► тг°Х и рА—>т)Х для широкого диапазона значений атомных масс ядер мишени.

1.5. Практическая полезность

Представляемая диссертационная работа проведена в рамках участия ИТЭФ в международном эксперименте НЕ11А-В и соответствует одному из направлений его физической программы. Полученные результаты подтверждают соответствие рабочих характеристик электромагнитного калориметра НЕИА-В исходным проектным требованиям, а также демонстрируют возможности установки НЕЛА-В и ее системы отбора событий для изучения реакций рА —> тг°Х и рА —+ т]Х в области высоких поперечных импульсов. Результаты представляемой работы использовались при наборе физических данных экспериментом НЕЯА-Б и для их последующей обработки.

1.6. Личный вклад диссертанта

Диссертант принимала активное участие в программе научно-исследовательских работ для электромагнитного калориметра НЕИА-Б и в комплексе тестовых мероприятий по запуску детектора. Ею было разработано программное обеспечение системы контроля качества данных ЭК, а также произведена калибровка отклика ЭК различными методами. В результате исследований, проведенных диссертантом, измерены такие характеристики прибора, как пространственное и энергетическое разрешения. В последние годы работы НЕЙ А-В диссертант принимала активное участие в анализе физических данных. В частности, было выполнено измерение инвариантных сечений рождения 7г°- и 77-мсзонов в широком диапазоне поперечных импульсов и быстрот, а также провела изучение атомной зависимости сечений реакций рА —► тт°Х и рА —> т]Х для мишеней из угаерода, титана и вольфрама.

1.7. Апробация работы и публикации

Основные результаты представляемой диссертационной работы докладывались на международных конференциях, в том числе и самим автором на Са1ог2004 (Перуджа, Италия, Март-Апрель 2004), Са1ог2000 (Анси, Франция, Октябрь 2000), Са1ог99 (Лиссабон, Португалия, Июнь 1999), а также неоднократно обсуждались на научных семинарах эксперимента НЕЛА-.В в СЕБУ. По материалам диссертации выпущено несколько публикаций [1]-[7].

1.8. Структура и объем диссертации

Диссертация включает в себя введение, четыре шавы, заключение и список использованной литературы. Объем диссертации 197 страниц, 52 таблицы, 113 иллюстраций и 96 цитируемых работ.

2. Краткое содержание диссертации

В первой части первой главы содержится краткое введение в особенности теоретического формализма для изучения физики нейтральных мезонов при высоких поперечных импульсах. В настоящее время в литературе, в основном, фигурирует сечение рождения 7г°-мезонов, вычисленное с точностью до первого порядка (N1.0) теории возмущений КХД. Оно может быть представлено следующим образом:

<ГртйУ

= £ / ¿М^1^!, М)Р^(х2, М^И^г, Мр) и___3 2

где рт и У - поперечный импульс и быстрота результирующего мезона; ^{,,к - борцовское сечение элементарного процесса между отдельными

¿рт<1У

партонами i + + X; Г/11(х1,М) / Р^2{х2, М) - структурные функции для партонов типа г / ] в начальном адроне / Л2; / х2 -отношение продольной компоненты импульса партона г / э к импульсу адрона / к2\ Мр) - функция фрагментации партона к в адрон /¿; К^к(ц,М,Мр) - поправочный член, отражающий вклад высших порядков теории возмущений; М, Мр и у, - масштабные параметры.

С точки зрения теории, все необходимые компоненты для вычисления сечения имеются в наличии: сечения элементарных процессов посчитаны вплоть до первого порядка (NLO) теории возмущений, структурные функции взаимодействующих партонов измерены в экспериментах по глубоко-неупругому рассеянию, а функции фрагментации известны благодаря изучению процессов е+е~ аннигиляции. Вместе с тем, теоретическое описание содержит в себе ряд неопределенностей, связанных с выбором величин масштабных параметров и точностями экстраполяции F(x,M) и D(z, Мр), что может привести к погрешности в определении абсолютных величин сечений в десятки процентов, а также повлиять на наклон рт-спектров.

Вторая часть первой главы содержит краткий обзор основных экспериментов с использованием фиксированной мишени, которые проводили измерения сечений рождения я-0- и 77-мезонов в рА-взаимодействиях при высоких поперечных импульсах (см. табл. 1). Также представлена компиляция х^-зависимостей полученных ими величин.

Таблица 1: Основные эксперименты, изучавшие механизмы рождения 7г°- и 77-мезонов во взаимодействиях протонов с ядрами фиксированной мишени

Эксперимент y/s, ГэВ Мишень Мезон Диапазон Рт, ГэВ/с Диапазон Ywtixp)

Е629 (FERMILAB) 19.4 Be, С, AI 7TU Г] 2.15 4- 4.75 2.4 4-4.5 -0.754-0.2 -0.5 4-0.1

WA70 (CERN, SPS) 22.96 Р 7Г° V 4 4-6.5 44-7 |xF| < 0.45

NA24 (CERN, SPS) 23.75 Р 7Г° 1.25 4-6 -0.65 4- 0.52

E706 31.6 р, Be, Си 7Г° V 14-12 3 4-12 -0.754-0.75

(FERMILAB) 38.8 7Г° V 14-12 3 4-12 -14-0.5

Вторая глава посвящена общему обсуждению устройства основных детекторных подсистем установки НЕЛА-В, условий их работы и технических характеристик.

ШША-£? является спектрометром с проективной геометрией. Полная апертура установки составляет 104-220 мрад в горизонтальной плоскости и 104-160 мрад в вертикальной плоскости. Мишень включает в себя несколько подвижных станций, позволяющих изучать зависимость исследуемых

параметров от величины атомной массы ядер мишени в широком диапазоне от углерода и до вольфрама. В состав НЕ11А-5 входят следующие детекторы: вершинный детектор для регистрации первичных и вторичных вершин распадов; система трековых камер, расположенных до и после магнита для реконструкции треков заряженных частиц (трековая система); детектор частиц с большим поперечным импульсом (ДБПИ, внутри магнита); детектор черенковского излучения для идентификации адронов (черенковский детектор, ЧД); электромагнитный калориметр для регистрации фотонов и измерения энергий е+/е~ и мюонная система для идентификации ц+1ц~. Для измерения импульсов заряженных частиц предусмотрен дипольный магнит.

Электромагнитный калориметр, ДБПИ и мюонная система дополнены системами электронного, адронного и мюонного претриггера (предварительного отбора), осуществляющими быструю локализацию возможных координат прохождения через соответствующий детектор энергичных электронов, фотонов, адронов и мюонов. Параметры подобных кандидатов служат отправной информацией для системы отбора событий (или системы триггера) ШША-В, которая призвана обеспечивать эффективную селекцию данных, интересных с точки зрения поставленных физических задач. В ее основе лежит схема отбора энергичных ди-лептонных пар (электронных или мюонных), содержащих лептоны одного сорта с противоположным зарядом, определенной кинематикой и инвариантной массой, лежащей в заданных пределах. Физические параметры отбора пары задаются программно в широких пределах в зависимости от поставленной задачи. Также предусмотрена альтернативная возможность селекции одиночного лептона, фотона или адрона с достаточно высоким поперечным импульсом.

В третьей главе подробно рассматриваются принципы работы и устройство электромагнитного калориметра НЕКА-5, включая методы контроля качества данных, используемые калибровочные алгоритмы и способы измерения физических характеристик прибора.

Схематическое изображение 1/4 части ЭК представлено на рис. 1. Основные технические параметры прибора приведены в табл. 2.

Электромагнитный калориметр НЕ11А-5 спроектирован в виде прямоугольной сборки отдельных модулей квадратного сечения, расположенной на расстоянии примерно 13.5 метров от точки взаимодействия протонов с мишенью. ЭК включает в себя три секции -внутреннюю, среднюю и внешнюю - с различной поперечной сегментацией (гранулярность 25,4 и 1 ячеек / модуль).

Форма границ каждой секции оптимизирована исходя из ожидаемого

Рис. 1: Электромагнитный калориметр ШША-В (1/4 часть)

поведения величины загрузки как функции х/у координат ячейки. 16 модулей внутренней секции, окружающие протонную трубу, выделены в отдельную подсекцию (далее - центральная подсекция), поскольку они оборудованы другими марками фотодетекторов, светоизлучающих диодов и аналогово-цифровых преобразователей (АЦП).

Единичный модуль представляет из себя параллелепипед с поперечным сечением 11.2 х 11.2 см2, скомпонованный из нескольких десятков идентичных последовательных слоев. Каждый слой включает в себя две плоскости, поглотителя и сцинтиллятора, разделенные между собой листом светоотражающей бумаги ТУУЕК. Плоскость сцинтиллятора подразделяется на одну, четыре или двадцать пять оптически изолированных пластин в соответствии с гранулярностью секции, к которой относится данный модуль. Свет с каждой ячейки собирается независимо при помощи системы оптических спектросмещающих волокон, пронизывающих модуль в направлении, перпендикулярном его слоям. На выходе из задней (по отношению к мишени) части тела модуля оптические волокна собираются в жгут, который выводится в отсек фотоэлектронных умножителей. На передней стороне модуля размещается печатная плата-драйвер светоизлучающих диодов системы мониторирования (бока закрыты листами нержавеющей стали). Средний световыход модулей внутренней, средней и внешней секций составляет соответственно 130, 800 и 1300

Таблица 2: Основные параметры ЭК НЕИА-В

Внутренняя Средняя Внешняя

секция секция секция

Внешний размер, смхсм 156 х 89 446 х 245 624 х 468

Число каналов 2100 2128 1728

Число ячеек в модуле 25 4 1

Размер ячейки, см 2.23 5.59 11.18

Радиус Мольер, см 1.24 4.15 4.15

Рад. длина, см 0.558 1.675 1.675

Продольный размер, см 12.8 34 34

Мах. доза радиации в максимуме ливня, кГр/год 50 4 1

Количество слоев 40 37 37

Отношение 1:2 2:1 2:1

сцинтиллятор:погаотитель

Толщина плоскости 1 6 6

сцинтиллятора, мм

Толщина плоскости 2 3 3

поглотителя, мм

Поглотитель сплав W-Ni-Fe Свинец Свинец

Марка ФЭУ R-5600+FEU-68 РЕи-84-3 БЕи-84-3

Марка СИД Blue Marl,L934SRCB Ь934811СВ Ь934811СВ

фотоэлектронов в пересчете на один ГэВ выделенной энергии.

Дозы облучения, которому подвергаются модули й центральной подсекции, могут составлять вплоть до 50 кГр / год. Поэтому в их конструкции используется радиационно стойкий сцинтиллятор. По той же причине система светосбора внутренней секции построена на радиационно стойких оптических спекгросмещающих волокнах У-11 (К1ЖА11АУ), тогда как в модулях средней / внешней секций используются обычные спектросмещающие волокна ВСР-91А (ВЮЮЫ).

В качестве устройств регистрации светового сигнала на выходе модуля выбраны фотоэлектронные умножители (ФЭУ). Средняя и внешняя секции калориметра оборудованы отечественными ФЭУ-84-3, а внутренняя секция - радиационно стойкими японскими 11-5600 производства НАМАМАТБи (центральная подсекция) и отечественными ФЭУ-68. В качестве регулируемого источника питания индивидуального ФЭУ используется схема на основе умножителя Кокрофта-Уолтона.

Система регистрирующей электроники обеспечивает быстрое синхронное преобразование выходного аналогового сигнала фотоумножителя в цифровой код и запоминание его в кольцевом буфере достаточной емкости с целью дальнейшей передачи показаний, относящихся к событиям, отобранным системой триггера, в общую систему сбора данных НЕЛА-5. Также производится быстрая оценка энерговыделений в ячейках ЭК в текущем событии и передача этих данных в систему электронного претриггера.

Оцифровка интегрированного сигнала ФЭУ осуществляется при помощи параллельного АЦП на основе АБ9220 с разрядностью 12 бит. Этого достаточно, чтобы обеспечить требуемую точность измерения энергии везде, кроме центральной подсекции, которая обслуживается модифицированными АЦП с нелинейной передаточной характеристикой, эффективно повышающей их разрядность до 13 бит.

Электронный претриггер является асинхронной системой, предназначенной для реконструкции энергичных кластеров, оценки с достаточной точностью энергии и положения центра тяжести ливня (в предположении, что последний имеет электромагнитную природу) и передачи этой информации в систему триггера с задержкой, не превышающей спецификации проекта. Дополнительной новаторской чертой является производимый на аппаратном уровне поиск возможных сопутствующих кластеров, порожденных фотонами тормозного излучения, в предположении, что частица, соотносимая с основным кластером, является электроном или позитроном, а взаимодействие ее с веществом установки произошло до вхождения в магнитное поле НЕЛА-В. Это дает возможность ввести поправки к измеренной при помощи ЭК энергии е+/е~ уже на начальной стадии анализа события системой триггера. Математическое моделирование показывает, что в условиях НЕЛА-Б коррекция подобных радиационных потерь позволяет повысить эффективность алгоритма отбора ,7/Ф на 10%. Время обработки события (с учетом поиска фотонов тормозного излучения) не превышает 3.5 мкс.

Система мониторирования ЭК реализована на базе светоизлучающих диодов (светодиодов, СИД). Каждая ячейка ЭК оборудована индивидуальным светодиодом с возможностью независимого включения / выключения последнего для воспроизведения на калориметре произвольной комбинации работающих СИД. Форма импульса СИД выбрана близкой по форме к физическому сигналу. Области ЭК, оборудованные ФЭУ-68 и ФЭУ-84-3, мониторируюгся при помощи красных светодиодов с длиной волны излучения 660 нм и яркостью 300 мкд. Из-за недостаточной чувствительности фотокатода ФЭУ Л-5600 к красному свету 16 модулей центральной подсекции оборудованы голубыми СИД (длина волны

излучения 450 нм, яркость 600 мкд).

Амплитуда световых сигналов регулируется одновременно для больших групп каналов или секторов - этого достаточно для выполнения задач, поставленных перед системой мониторирования. Охватываемый диапазон по свету при этом достаточно широк для того, чтобы с запасом перекрыть динамический диапазон системы фотоприема ЭК.

Вышеперечисленные особенности позволяют осуществлять эмуляцию физического сигнала для проверки работоспособности электронного претриггера и оперативно отслеживать поведение критических характеристик для каждого считывающего канала. Численные оценки стабильности считывающих цепей (см. табл. 3), полученные с помощью системы мониторирования, совместимы с результатами аналогичных измерений, произведенными методами, базирующимися на анализе поведения физических сигналов, как то: положения пиков -к0- и т\-мезонов на распределении инвариантных масс, а также электронного пика на распределении отношений энергии частиц к их импульсу (Е/р).

Во время периода сборки ЭК и пуска его в эксплуатацию система мониторирования использовалась также для некоторых вспомогательных задач, таких как быстрая идентификация неправильно подключенных кабелей, проверка функциональности ФЭУ и каналов регистрирующей электроники, отладка электронного претриггера, измерение световыхода модулей и т. д.

Система управляющей электроники позволяет адресовывать индивидуальный источник питания ФЭУ или светодиод системы мониторирования, обеспечивать его всеми необходимыми напряжениями, а также устанавливать требуемый коэффициент усиления ФЭУ или амплитуду световой вспышки СИД путем изменения величины напряжения, поданного на электроды устройства.

Настройка верхней границы динамического диапазона Е"чсйки каналов калориметра производится по правилу: для центральной подсекции

& = 250 ГэВ, для остальных ячеек калориметра =

= 6 ГэВ, ще х, у, г - координаты центра калориметрической ячейки.

Система калибровки и контроля качества данных (СКК) предназначена для выполнения следующих функций: 1) оперативное отслеживание

Таблица 3: Стабильность считывающих цепей (45 дней).

ПИКИ 7Г° и 17 Светодиод Пик Е/р

Максимальное отклонение, % 2.% 24-3% 3%

возникающих время от времени неисправностей аппаратуры и как можно более быстрая компенсация вызываемых ими негативных эффектов и 2) постоянный контроль за изменением характеристик как детектора в целом (например, из-за вариаций температурного режима, радиационных повреждений и пр.)> так и индивидуального считывающего канала. В частности, поскольку калориметрическая информация используется в системе триггера, для каждого исправного канала ЭК i (г G [1,5956]) уже на стадии набора данных необходимо гарантировать корректную настройку динамического диапазона и обеспечить достаточно точные параметры функций пересчета показаний АЦП /дТТП в величины энерговыделений Ег:

7ЛЦП = 7пед + F.(c. х иди

Ei = F~1(I*Iwl-I?e*)xCi,

где /™д- величина пьедестала АЦП, Fj() - передаточная функция АЦП, а Ci = 1/ci - так называемый калибровочный коэффициент или калибровочная константа для канала г.

СКК реализована как распределенная система исполняемых кодов и встроенных в более общую систему подпрограмм, функционирующих параллельно с набором данных на узлах вычислительных сетей системы триггера второго и четвертого уровней. Коды и подпрограммы могут относиться к одной из трех разновидностей:

1. Анализ необработанных показаний АЦП регистрирующей электроники на базе случайной выборки физических событий и событий, содержащих отклики ФЭУ на СИД. Производится на специальном мониторном узле вычислительной сети второго уровня. С его помощью, в числе прочего, идентифицируются неисправные каналы и вычисляются средние величины пьедесталов АЦП и откликов на вспышку СИД;

2. Оперативная (online) калибровка и отслеживание стабильности отклика детектора по положению на распределении инвариантных масс пика, соответствующего распаду я0—»77. Производится на узлах вычислительной сети второго уровня, в основном, в ходе специальных калибровочных наборов данных;

3. Оперативная калибровка и отслеживание стабильности при помощи отклика на минимально ионизирующие частицы; отслеживание стабильности по пику Е/р; построение ряда вспомогательных распределений для контроля качества данных. Производится на узлах вычислительной сети четвертого уровня на основе уже реконструированных данных HERA-В.

О 10 20 30 40 50

Рис. 2: Среднее энерговыделение в ячейках центральной подсекции в зависимости от относительного номера банча

Рис. 3: Карта распределения загрузок ячеек ЭК (в процентах) в отсутствие магнитного поля (х/у выражены в условных единицах)

Итоговые калибровочные константы, списки неисправных каналов, величины пьедесталов и основные контрольные распределения, поступают в базы данных НЕЛА-В и в дальнейшем используются для обработки накопленной статистики и обновления просмотровых таблиц электронного претриггера.

Анализ необработанных показаний АЦП осуществляется параллельно с набором данных на одном из узлов вычислительной сети второго уровня нестандартной конфигурации (мониторный узел), куда поступают специальные события двух типов: физические события, отобранные случайным образом с частотой 10 -г 25 Гц (в дальнейшем - события мониторного типа) и события, содержащие отклики ФЭУ на СИД (в дальнейшем - события СИД).

Исполняемый код контроля качества необработанных данных по сигналу о начале набора очередного образца приступает к выполнению алгоритма, каждый цикл которого (длительностью 15-^20 минут) включает в себя две фазы: накопления статистики и анализа. Эта процедура повторяется вплоть до сигнала об остановке набора, после которого код переходит в латентный режим ожидания. Во время первой фазы аккумулируются следующие распределения:

1. Спектры АЦП в каждом канале ЭК, отдельно для каждого типа событий;

2. Среднее энерговыделение в каждой секции ЭК и в каждой крэйт-корзине считывающей электроники как функция относительного номера сгустка протонов или банча (4+15 распределений на базе событий мониторного типа). Подобное распределение (см. рис. 2) отображает структуру пучка и позволяет не только контролировать синхронизацию каждой корзины ЭК с ускорительным циклом, но и получать представление о качестве самого пучка.

Также вычисляются следующие контрольные параметры:

1. Величины загрузок 0Ж)У в каждой ячейке (для событий мониторного типа). Термином "загрузка" здесь обозначается относительный вклад в спектр показаний считывающего АЦП сигналов со значением поперечной энергии ет, находящимся в определенном окне, то есть:

i;e»-re«K»<£»epx 40g5

ох,у = £ п~"/ £ пГсйки, или

г:еуч0йки>£'уизк »=0

= °х,у/^ячейки!

где ^ячейки - относительная площадь ячейки в пересчете на внутреннюю секцию ЭК: «ячейки = (1)/(25/4)/(25) для внутренней / средней / внешней секций; п?чойки - количество сигналов, соответствующих показанию АЦП, равному i, где i Е [0,4095]; Еу0' и - нижняя и верхняя границы окна. Для обсуждаемого случая, как правило, используется порог Е™ж = 0.05 ГэВ, а ü/j1 ^ устанавливается равным бесконечности.

2. Среднее и г. m. s. показаний АЦП в серии из нескольких последовательных "пустых" банчей1 (для событий мониторного типа);

3. Среднее значение частоты взаимодействий мишени для данного образца (для событий мониторного типа);

4. Среднее значение скорости поступления событий в буфер совместного пользования (отдельно для каждого типа событий).

Также верифицируется структура блока информации, соответствующего поступающему событию, и создается список неисправных карт регистрирующей электроники, не передающих или некорректно передающих данные в вычислительную сеть второго уровня.

Фаза анализа включает в себя следующие основные пункты: 1. Изучение формы спектров показаний АЦП для индивидуальных каналов. После тщательного анализа нерегулярностей спектров и их заселенности

1В каждый момент времени в накопительном кольце ускорителя HERA могаи бы ускоряться двести двадцать сгусков, равномерно заселяющих всю его длину. Однако для удобства технического обслуживания некоторые из них отсутствуют. По сложившейся терминологии, соответствующие им места в структуре пучка в дальнейшем будут обозначаться словосочетанием"пустые банчи".

выносится заключение о состоянии канала и характере возможной неисправности. Аналогичным образом анализируются и классифицируются спектры откликов на СИД;

2. Вычисление величин пьедесталов для всех исправных каналов. В качестве основного метода используется аппроксимация распределением Гаусса левой, не искаженной сигналом, стороны пьедестального пика в спектре АЦП. Для контроля положение и ширина пьедестала оцениваются также альтернативным способом, основанным на вычислении среднего значения и г. т. б. показаний АЦП в серии из нескольких последовательных "пустых" банчей. Некоторая систематическая разница между этими двумя измерениями положения пьедестала обусловлена зависимостью среднего тока через ФЭУ от средней частоты взаимодействий мишени и уменьшением его величины в серии "пустых" банчей. Величина эффекта не превышает 1.25 каналов АЦП в центральных областях ЭК. Также вычисляются положения и ширины распределений сигналов СИД.

После каждого цикла обработки данных в общую систему контроля качества данных НЕКА-Б передаются следующие контрольные распределения:

а) гистограмма, содержащая средние значения суммарных энерговыделений в каждой из секции ЭК (бин 1 - центральная подсекция, бин 2 - внутренняя секция, бин 3 - средняя секция, бин 4 - внешняя секция);

б) 4 +15 гистограмм, содержащих средние значения суммарных энерговыделений в каждой секции ЭК + в каждой корзине регистрирующей электроники в зависимости от относительного номера банча;

в) три двумерные карты распределения загрузок для каждой индивидуальной ячейки (отдельно для каждой секции);

г) три гистограммы, содержащие распределение отношения загрузки в данном канале к ожидаемой величине, полученной при помощи математического моделирования (с поправкой на частоту взаимодействий мишени, отдельно для каждой секции);

д) суммарная гистограмма, отражающая соотношение количеств исправных и неисправных каналов:

- бин 1 - контрольная сумма, которая должна быть равна общему количеству

каналов ЭК;

- бин 2 - число каналов, показания которых отсутствуют из-за неисправных

карт регистрирующей электроники;

- бин 3 - число каналов с отсутствующим или очень слабым сигналом

("холодные" каналы);

- бин 4 - число каналов с неисправными АЦП (битовые ошибки, положительное смещение базовой линии, негауссова форма пьедестальных пиков и т.д.);

- бин 5 - число каналов с аномально большим коэффициентом усиления

("горячие" каналы);

- бин 6 - число нормально работающих каналов.

По окончании первого цикла производится обновление таблиц баз данных величинами пьедесталов и списком неисправных каналов, которые запоминаются в дублирующем файле на сетевом диске. После этого в систему сбора данных отправляется сообщение о появлении новых таблиц, по получении которого автоматически обновляются соответствующие параметры, хранящиеся в памяти узлов вычислительных сетей второго и четвертого уровней. Последующие циклы для образца данных с тем же номером, если таковые имеют место быть, завершаются сохранением новых наборов пьедесталов и списков неисправных каналов на диск, но не сопровождаются обновлением базы данных. По завершении накопления статистики для текущего образца на диске оказывается ряд файлов с наборами пьедесталов и один суммарный файл, содержащий величины загрузок каналов. Совместный анализ этих данных позволяет произвести окончательный набор значений средних величин пьедесталов и составить полный список проблемных каналов. В частности, отбраковываются ФЭУ с нестабильным коэффициентом усиления или с его аномальным значением.

Процедура калибровки ЭК включает в себя два принципиальных этапа: 1. Грубая подстройка коэффициентов усиления ФЭУ на основе величин загрузок ячеек при помощи данных, набранных без привлечения системы триггера или с ее минимальным участием (в дальнейшем - калибровка по величине загрузки ячейки).

Во время ввода ЭК в эксплуатацию магнитное поле было отключено, поэтому использованный на этом этапе алгоритм базируется на коаксиальной симметрии картины распределения загрузок каналов в зависимости от их координат (см. рис. 3). Вся поверхность ЭК разбивается на несколько кольцевых зон. Исходя из допущения, что динамический диапазон ЭК в целом настроен правильно, среднее значение загрузки внутри каждого кольца принимается за корректную величину, а для каждой индивидуальной ячейки данного кольца вырабатывается поправочный коэффициент, компенсирующий разницу между величинами загрузки в данном канале и средней загрузкой по кольцу. Если вычисленное изменение цены канала АЦП в терминах энерговыделений достаточно велико (больше 10%), то динамический диапазон ячейки изменяется аппаратным образом при помощи подстройки величины напряжения, поданного на соответствующий

ФЭУ (то есть его коэффициента усиления). При достижении точности на уровне 10% значение высокого напряжения для данного ФЭУ фиксируется, дальнейшая более точная подстройка производится на программном уровне.

После включения магнитного поля использовался модифицированный вариант метода, в котором загрузка индивидуального канала Ох>у сравнивается не со средним значением по кольцу, а с величиной, полученной при помощи математического моделирования.

В целом, метод выравнивания по загрузке представляется очень полезным для быстрой первичной коррекции настроек динамического диапазона индивидуальных каналов на базе относительно небольшой статистики. Уже после двух, трех итераций на распределении инвариантных масс становится виден пик тг°—+77 (в дальнейшем - пик 7г°). После этого, как правило, делается еще два, три цикла калибровки для привязки к абсолютной энергетической шкале, которая настраивается исходя из положения пика 7г° на распределении инвариантных масс всех двухкластерных комбинаций в данном событии.

2. Точная абсолютная калибровка ЭК. Для большинства ячеек осуществляется, на основе реконструкции распадов тг°—>77 (в дальнейшем - метод 7г°). Калибровочная процедура базируется на анализе набора распределений инвариантных масс, полученных в результате комбинаций между любым кластером с центром тяжести, относящимся к ячейке г, с любым другим кластером ЭК, реконструированным в том же событии. Если считать, что тг° распался в точке первичного взаимодействия, то инвариантная масса дочерних фотонов М77 выражается как:

где Е' / Е? - энергия, а [х{, у;, / (х3-, yj, - координаты центра тяжести соответствующих кластеров ЭК.

Смещение положения пика я-0 определяется неточностью настройки центральной ячейки кластера, если: 1) допустить, что ЭК в целом откалиброван правильно, то есть усредненный вклад погрешностей реконструкции параметров всех остальных кластеров ЭК минимален и

соэв = (ацхэ + уод + ZiZj)¡(rirj)

7 €[1,5956],»У*

2) пренебречь систематическим эффектом, проистекающим из неидеальной настройки остальных ячеек, формирующих кластер. Тогда:

а поправка к калибровочному коэффициенту вычисляется как:

Здесь ^вст/^там ~ истинное и измеренное при помощи ЭК значения энергии фотона; М|1СТ и М„зм - истинное и реконструированное значения инвариантной массы; 5Е1 = Егазм - а 5АР = М*зм - Л£ст, где М*ст = =135 МэВ/с2.

Вследствие вышеприведенных допущений обсуждаемый метод не позволяет получить абсолютно точные значения калибровочных коэффициентов, поэтому их вычисление производится при помощи итерационной процедуры. Для большей устойчивости на каждом шаге используется мягкая поправка

А* = 1 - ш7А4м = м'ст/л-См.

Для контроля качества калибровки используется сигнал 77-мезона в распадной моде >77 (см. рис. 4, на котором представлено распределение инвариантных масс с пиками, соответствующими распадам п°- и т?-мезонов, построенное на основе данных образца #20478 с одним рА-взаимодействием в событии). В случае 77-мезонов эффективный спектр распадных 7-квантов, разрешаемых ЭК как два кластера, жестче, что позволяет контролировать правильность настройки ЭК в более высокой части динамического диапазона. Кроме того, угол разлета фотонов здесь шире, чем в случае нейтральных пионов, так что доля распадов с частично перекрывающимися дочерними кластерами мала. Этот факт позволяет отслеживать возможные систематические эффекты, связанные с погрешностями реконструкции кинематических переменных отдельного фотона в случае перекрывающихся ливней.

На рис. 5 представлено поведение положения интегрального пика 7г° для всех нормировочных образцов данных с одним рА-взаимодействием в событии, набранных в течение 7 ноября ч- 21 декабря 2002 года. Данные обработаны с учетом окончательных калибровочных констант, полученных при помощи метода 7г°. По оси х отложен номер образца по отношению к самому первому из них (#20339), по оси у - относительное отклонение положения пика от среднего значения. Смещение положения пика не

1ч 7413.

Г2 0.137t

гз 0.S533I-02

Р4 357.7

F5 0.5447

PS О.ЗивЯ'О!

Р7 -540.4

га О.2010К+05

Р9 •O.S112B+OS

Р10 0.ЭВ61Ж+05

911 -0.SS76S*05

0.2 0.3 0.3 0.4 0.3 0.6

относительный вомер оброда

Рис. 4: Распределение

инвариантных масс комбинаций

из двух кластеров. Пики

соответствуют распадам тг°—>77 И Г)—уу-у

Рис. 5: Стабильность положения пика 7г° во времени. Данные с одним рА-взаимодействием в событии (набраны в течение 7 ноября -г 21 декабря 2002 года)

превышает ±2% от номинального (r.m.s. 0.7%). Ширина пика составляет, в среднем, 10.3 МэВ/с2 (r.m.s. разброса ширин составляет 4.4%).

Метод 7Г° не очень удобен для калибровки самых периферийных каналов внешней секции из-за больших погрешностей в определении калибровочных коэффициентов. Последние обусловлены недостатком статистики реконструированных распадов 7г°—»77, накапливаемой за разумное время, и неточностями в определении энергии и координат, связанными с невозможностью сформировать полный кластер для ячеек на самом краю внешней секции. Поэтому эта область ЭК калибровалась по отклику на минимально ионизирующие частицы (MIP). Это, в основном, энергичные мюоны и заряженные пионы, теряющие в ЭК энергию, эквивалентную ~310 МэВ. Сигнал MIP виден как пик в нижней части спектра энерговыделений в ячейке ЭК. В случае, когда ионизационные потери локализованы внутри одной ячейки ЭК, смещение позиции пика MLP по отношению к номинальной определяется неточностью настройки данного канала и только ею одной, не завися от качества калибровки остальных каналов ЭК.

Для отбора кандидатов MIP и подавления паразитных фонов требуется соблюдение следующих условий:

а) наличие трека, указывающего в рассматриваемую ячейку;

б) изолированность ячейки, определяемая как отсутствие значимого энерговыделения в октете окружающих ее каналов (это гарантирует отсутствие кластера, а также способствует подавлению вклада частиц, пересекающих как минимум две ячейки ЭК).

Основным недостатком метода MIP в случае ЭК HERA-5 является его невысокая точность для большинства ячеек ЭК, обусловленная конечным разрешением АЦП. Показано, что приемлемая точность калибровки (< 2%) может быть достигнута только для периферийных модулей внешней секции.

Также в представляемой работе обсуждается еще один широко известный способ калибровки: так называемый метод Е/р, базирующийся на сопоставлении величин импульса, приписываемого треку (р) и энергии соотносящегося с ним кластера (Е). Показано, что даже при наличии хорошего математического описания установки, в том числе точных карг распределения вещества, калибровка ЭК методом Е/р в условиях HERA-JS нетривиальна и применима не для всех его ячеек. Более того, поскольку в нормальном режиме работы системы триггера для обогащения статистики энергичными электронами и позитронами a priori используется отбор по критерию Е/р, появляется дополнительный источник искажения распределений Е/р, делающий большинство данных, набранных HERA-B, бесполезными с точки зрения обсуждаемого метода. По этим причинам данный способ для калибровки ЭК HERA-B не применялся.

Показано, что в целом ЭК HERA-J3 был откалиброван с точностью лучше чем 2%.

Энергетическое и пространственное разрешения ЭК HERA-B описываются при помощи следующих общепринятых зависимостей

аЕ/Е = A/VE ® В, ax,y = A/VE®B,

где энергия Е измеряется в гигаэлектронвольтах.

Параметры А я В получены путем сопоставления координат центра тяжести ливня, порожденного электроном или позитроном, с координатами точки попадания частицы в ЭК, вычисленными с помощью трековой системы. Также измерены: 1) пара параметров (Л7, В7), описывающих энергетическое разрешение ЭК по отношению к фотонам (оценивались методом анализа ширин пиков 7г° и 77-мезонов) и 2) параметр Ас+je~ для стохастического члена энергетического разрешения ЭК по отношению к электронам / позитронам (при помощи интегральных распределений Е/р для внутренней и средней секций). Полученные величины сведены в табл. 4.

При помощи математического моделирования исследованы зависимости эффективных пространственного и энергетического разрешений ЭК от количества вещества Ь между магнитом и фронтальной плоскостью калориметра. Показано, что деградация значения Ае+/е- по отношению к А7 соответствует величине Ь — 0.56 радиационных длин в случае внутренней секции и Ь = 0.51 радиационных длин в случае средней секции. Данный результат хорошо согласуется с картами распределения вещества, полученными при помощи математического моделирования.

В четвертой главе описываются особенности реконструкции нейтральных мезонов в условиях НЕЯА-В, обсуждаются возможные источники систематических ошибок и приводятся затабулированные значения полученных инвариантных сечений рождения -л-0- и т?-мезонов. Также вычисляются параметры А-зависимости и производится сравнение с измерениями других экспериментов.

Для вычисления сечений рождения нейтральных мезонов использованы данные двух типов, набранные при следующих режимах работы системы отбора событий:

1. Селекция нейтральных частиц с высоким поперечным импульсом, в дальнейшем - у или \/рт, где N указывает тип вещества мишени (С, Тг, И7). На уровне электронного претриггера отбираются события как минимум с одним кластером, который удовлетворяет следующим условиям: а) поперечная энергия кластера е-г > 3 ГэВ и б) поперечная энергия центральной ячейки кластера е£ентр > 1.5 ГэВ. Доля событий со множественными срабатываниями системы триггера не превышает 0.4-г0.5% - как минимум 99.5% полезной статистики \/ составляют события с одним энергичным кластером-кандидатом;

2. Селекция событий с одним рЛ-взаимодействием в событии (эффективная частота взаимодействий протонов с мишенью 10 МГц), в дальнейшем

Таблица 4: Параметры зависимостей, описывающих энергетическое и пространственное разрешения ЭК

Разрешение Внутренняя Средняя Внешняя

Пространственное A, см х ГэВ1/2 B, см 1.25±0.06 0.02±0.12 1.37±0.03 0.28±0.02 2.17±0.09 0.28±0.15

Энергетическое, для 7 Ар ГэВ1/2 В, 0.205±0.002 <0.02 0.118±0.001 <0.02 0.108±0.002 <0.02

Энергетическое, для е+/е~~ Ае+/е-, ГэВ1/2 0.273±0.004 0.147±0.002 -

- VюмГц или Уи>мгц> N е (С^Гг.И7). Подавление событий без взаимодействий осуществляется на основе анализа системой триггера показаний ЭК и черепковского детектора: требуется, чтобы количество реконструированных фрагментов колец ЧД было не менее 20, или чтобы суммарное энерговыделение в ячейках внутренней секции ЭК превышало 1 ГэВ. Для того, чтобы гарантировать низкую фракцию событий с несколькими рА-взаимодействиями, сеансы набора данных проводятся при очень малой частоте взаимодействий протонов пучка с мишенью МГц.

Основные особенности регистрации и реконструкции нейтральных мезонов исследованы при помощи математического моделирования, которое включает в себя два этапа:

1. Моделирование прохождения через установку фотонов, порожденных распадом одиночного мезона изучаемого типа с импульсом, разыгранным в интервале рт € [1,10] ГэВ/с и с угловым спектром в = Рт/Рг в пределах геометрической чувствительности НЕ11А-В. На этой стадии изучаются особенности реконструкции распадов 7г°- и 77-мезонов, вырабатывается набор кривых эффекгивностей их регистрации / реконструкции, а также производится исследование вклада ряда факторов в систематическую ошибку измерения сечения.

На стадии розыгрыша начальных параметров мезона р?—спектры и угловые распределения по в заселяются равномерно во всем изучаемом диапазоне. Это позволяет за приемлемое время накопить достаточную статистику данных даже для малозаселенных интервалов, например, для областей высоких рт. Затем, на стадии обработки и анализа, для воссоздания реалистичной формы обсуждаемых распределений каждому событию приписывается свой весовой коэффициент №. В представляемой работе рассматривается несколько видов IV, выработанных на основе различных форм рх~спектров (два варианта, измеренные экспериментами Е706 и НЕЛА-В) и угловых распределений (три варианта, используемые генераторами РЫЖА, РМТЮР и комбинация первых двух). Сопоставление величин сечений, полученных с применением различных весовых коэффициентов, используется для оценки одного из возможных вкладов в систематическую ошибку измерения, обусловленного неточным знанием разыгрываемых при математическом моделировании зависимостей сечений от переменных (рт, Уцм);

2. Полное моделирование рА-взаимодействий в условиях НЕЛА-В (одно взаимодействие на событие, два типа вещества мишени: углерод и вольфрам). Эти данные используются для проверки точности реконструкции сечений рождения изучаемых частиц, а также для оценки ряда систематических эффектов.

Использованный метод инвариантных масс базируется на регистрации при помощи ЭК электромагнитных мод распадов нейтральных мезонов 7г°—+77 и 77—»77. Подобные реакции частично реконструируются в виде пика на распределении инвариантных масс всех двухкластерных комбинаций в событии; сечения рождения (в дальнейшем, если не оговорено

особо - то в пересчете на один нуклон) вычисляются исходя из количества событий в пике с учетом поправки на величину вероятности распада по рассматриваемому каналу: 98.80% и 39.31% для 7Г°- и 77-мезонов соответственно.

Особенностью представляемого исследования является использование данных одного только ЭК, что существенно упрощает математическое моделирование, равно как и увеличивает доступную для анализа статистику.

Для заданного поддиапазона поперечных импульсов и быстрот (Дрт, ДУЦМ) инвариантное сечение рождения мезонов в пересчёте на один нуклон удобно параметризовать как

(^Л 1 1 1 1 1 лг

Е-гч — ^—гт х -тг^г х --—— х — х — х Ыча~с,

V Ф / А Ь е(рт,Ут) ДртДУцм Рт Вт

где А - атомная масса ядер мишени, Вг - вероятность распада по рассматриваемому каналу, Л^аст - число зарегистрированных детектором мезонов, а е(рт,Уш) - эффективность их регистрации / реконструкции. Буквой Ь обозначен параметр светимость, определяемый как Ивз/<т*А, где сг*А - полное сечение рА-взаимодействий, а ЛГВЗ - число взаимодействий протонов пучка с мишенью. В случае данных селекции Уюмгц светимость вычисляется при помощи общепринятого в эксперименте НЕЯА-В метода, когда величина Ь выражается как

Т V ч, ^соб (1 - /фон) А

X/ — Л А X -7--—-гг-,

(1-е еч»т Л) <?РА

где Лгсоб - число отобранных системой триггера событий, /фон -фракция в них фоновых процессов (например, из-за "ложных" срабатываний системы триггера, обусловленных шумами электроники ЧД), арл - неупругая компонента полного сечения, бтриг - эффективность системы триггера при отборе неупругих взаимодействий, К а - фракция зарегистрированных неупругих взаимодействий по отношению к полному числу взаимодействий с учетом величин эффективностей системы триггера по отношению к каждой компоненте полного сечения и, наконец, А - среднее число неупругих взаимодействий в пересчете на одно событие. Для выработки

Таблица 5: Интегральная светимость для различных образцов данных

С Т1

V 10МГц V*. V 10МГц \/юМГц V,*

Ь, нбн 1 0.34±0.02 66±6 0.033±0.002 23±2 0.038± 0.002 2.3±0.2

абсолютной нормировки величин ^част, полученных при анализе \/Рт> используются величины сечений \/юмгц в диапазоне поперечных импульсов 3.24-4.0 ГэВ/с, который охватывается данными обеих селекций. Численные значения величины Ь для различных образцов данных приведены в табл. 5.

В исследуемых диапазонах поперечных импульсов и быстрот пики тг°-и т]-мезонов отчетливо видны на распределении инвариантных масс уже при мягкой селекции кластеров, заключающейся в отборе по величине их поперечной энергии с невысоким значением порога £™рог. Поэтому, исходя из соображений максимального сохранения статистики, все приведенные в данной работе величины сечений вычислены при условии отбора кластеров только по величине поперечной энергии. Для проверки устойчивости метода к вариации величины порога анализ данных проделан с применением двух значений £^орог: 0.2 ГэВ и 0.3 ГэВ. Также рассмотрены два дополнительных 1 способа селекции фотонных кандидатов: по величине асимметрии распада мезона и по форме ливня. Они также используются для проверки устойчивости результатов к вариации критериев отбора кластеров.

Асимметрия распада определяется как Л77 = е^+е] > где и Е12 - энергии распадных фотонов. Исключение комбинаций с высоким значением А1У помогает уменьшить трудномоделируемый вклад низкоэнергичных кластеров. На основе анализа распределений инвариантных масс выбран следующий критерий отбора по величине асимметрии распада: к рассмотрению принимаются только комбинации кластеров с Ау7 < 0.7.

Так называемый отбор по форме ливня заключается в требовании того, чтобы значительная фракция выделенной в кластере энергии содержалась в его центральной ячейке, что является признаком ливня, имеющего электромагнитную природу. В представляемой работе применяется условие £центр/®кластер > 0.5, практически эквивалентное одному из критериев отбора энергичных 7-кандидатов, который используется электронным претриггером.

Основной вклад в систематическую ошибку измерения вносят:

1. Ошибка определения светимости: 4.24-9.7%;

2. Точность настройки шкалы поперечных импульсов: 2.64-12.% (7г°-мезон)

'Всегда применяются вместе с отбором по ет■

и 2.64-22.% (77-мезон) в зависимости от поддиапазона рт\

3. Статистическая ошибка вычисления эффективности регистрации и реконструкции распадов: 1.8 -т- 6.7% (7г°-мезон) и 1.3 -г 12.% (77-мезон) в зависимости от поддиапазона ру. Следует отметить, что накопленная статистика моделированных данных является достаточной для того, чтобы вклад обсуждаемой ошибки не являлся определяющим по сравнению с вкладами в систематическую ошибку прочих факторов или со статистической ошибкой измерения;

4. Точность метода как такового: в пределах 8%.

Показано, что вклад остальных факторов, как-то: точности процедуры определения величины сигнала (как для физических, так и для моделированных данных); неточности определения весовых коэффициентов IV для моделированных данных; потери сигнала из-за переполнений АЦП регистрирующей электроники и т.д., мал по сравнению с источниками, перечисленными в пунктах 1.-г4. Также показано, что величины сечений, полученные с применением различных критериев отбора 7-кандидатов, согласуются в пределах 1-ь2 стандартных отклонения.

Измеренные величины сечений рождения 7г° и 77-мезонов для углеродной, титановой и вольфрамовой мишеней приведены на рис. 6.1, 6.2 и 6.3 соответственно. Окружности соответствуют 7г°-мезонам, квадраты - ц-мезонам.

На рис. 6.4, 6.5 и 6.6 представлены отношения сечений рождения т}-

мезонов к сечениям рождения 7г°-мезонов Я — (рг)/ (рт)

для всех трех типов мишеней. Средние значения составляют Яс = 0.46±0.03, Яп = 0.52 ± 0.03 и Яцг ~ 0.52 ± 0.04 для углеродной, титановой и вольфрамовой мишеней соответственно. Величина Яс согласуется с результатами, полученными в экспериментах Е706 (0.42 ± 0.01, бериллиевая мишень, энергия протонного пучка 800 ГэВ) и \VA70 (0.45 ±0.04, водородная мишень), в то время как значения Ят% и Ям находятся ближе к измерениями Е629 (0.53 ± 0.03, углеродная мишень).

Параметр а, описывающий зависимость измеренных сечений от атомной массы ядер мишени А, определяется следующим выражением:

Поведение параметров ас-п и ас-\у в зависимости от величины поперечного импульса показано на рис. 7.1, 7.3 и рис. 7.2, 7.4 для 7г°- и г/мезонов соответственно. Средние величины составляют: — 1.04 ±0.03,

6.1

\0 рз с л

С-, 19*

^ав1

и.

6.2

КЗ

К)

пМ ir.4S54f.270i [ИШ КМ I

* У} :

рт,ГэВ/с

1.3 3 г.5 3 3.5 4 <.5 5 5.» * „

Рт,ГэВ1с

«

«э

и „

н*

6.3

2.5 г 3.5 3 3.5 4 4.5 5 5.5 <

5рт,ГэВ/с

1.5 3 3.9 Э 5.5 4 4.5 5 5.5 I

Рт,ГэВ/с

6.5 6.6

Рис. 6: 1, 2, 3: зависимости (ру) в полном диапазоне быстрот

для углеродной, титановой и вольфрамовой мишеней. Окружности соответствуют 7г°-мезонам, красные квадраты - ^-мезонам; 4, 5, 6: отношения сечений рождения т] к сечениям рождения 7Г° для углеродной, титановой и вольфрамовой мишеней

ГзВ/с

1.Д0 1 1.120Я.4520Ж-0Г}

I

И:

2 3 4 5 (

Рт,Г'зВ/с

1.3 2 2.3 3 3.3 4 1.3 3 3.3 с

Рт, ГэВ/с

Рт.ГэЫс

7.3

еде и' К) л,<

. НЕЯЛ-В, ¿.41.6

^Га* ч

\

• КАМ^Шв * ^ ЛИМ^ИЛ...................

0.1 0.2 0.3

"о"

4

№ 1»

И и

7.4

..........

НЕЛЛ-В, ч'*»41.6

VI И : ч И *

V -1 1

* - Г ■

• ^АТ«, 7«-219в * 1!? I .

□ Е7«, -1г-ЦЛ

Д Е7М, 1 • 1

0.4 0.5 0.1

Хт

0.3 0.4 0.5 0.(

хт

7.5

7.6

Рис. 7: 1, 2, 3, 4: параметр а для различных мишеней: 1) ас-ть 2) ас-ть г]; 3) ас-IV, тг°; 4) ас-№> V', 5, 6: сечения рождения нейтральных мезонов в условиях НЕЯА-Б, совмещенные с измерениями других экспериментов (в форме гт-зависимостей): 5) рС—>7г°Х; 6) рС—>г/Х

оРс_т. = 1.12 ± 0.05, = 1-03 ± 0.01 и а^ = 1.06 ± 0.02. Значения ас~п И согласуются между собой в пределах ошибки измерения; то

же самое можно сказать и о паре ацс_Т{ и о^-ж-

Параметры А-зависимости сечений рождения нейтральных мезонов исследовались экспериментами Е629 (я-0-,гу-мезоны) и Е706 (7г°-мезоны). Опубликованные Е629 величины составляют ¿¡¡т = 1.11 ± 0.05 и й£.62э = = 1.14 ± 0.30. В случае Е706 для энергии протонного пучка 800 ГэВ измерена средняя величина отношения (^Е^^ ^ / = 1.28 ± 0.05

для 7г°-мезонов, что эквивалентно о^°706 = 1.13 ± 0.02. Можно заключить, что значение параметра а^629 согласуется с аналогичными результатами НЕКА-В, в то время как значения а£°62Э и а|°706 больше, чем а^-'п и ас-\у-Зависимости (в^р^ (ху) для углеродной мишени, совмещенные с

измерениями других экспериментов, представлены на рис. 7.5 (7г°-мезоны) и рис. 7.6 (77-мезоны).

Заключение в краткой форме подытоживает результаты диссертационной работы:

1) разработаны принципы организации системы оперативного контроля качества данных ЭК;

2) представлены особенности практического применения различных методов вычисления калибровочных коэффициентов отклика каналов ЭК в условиях НЕ11А-.В (метод выравнивания по загрузке, калибровка при помощи распада 7г°->77, калибровка по отклику на минимально ионизирующие частицы и калибровка по положению электронного пика на распределении отношений энергии частиц к их импульсу), а также достигнутая при этом точность настройки энергетической шкалы;

3) произведено измерение величин пространственного и энергетического разрешений ЭК отдельно для каждой секции и показано, что рабочие характеристики ЭК с запасом удовлетворяют спецификациям исходною проекта;

4) измерены инвариантные сечения рождения тг°- и ^-мезонов в рС, рТг и рШ взаимодействиях при энергии протонного пучка 920 ГэВ в диапазоне поперечных импульсов рт 6 [1.4,6.2) ГэВ/с (7г°-мезоны) и Рт € [1.4,6.8) ГэВ/с (77-мезоны) и в диапазоне быстрот в системе центра масс УцмЕ [-1.25; 0.75];

5) измерены отношения сечений рождения ^-мезонов к сечениям рождения 7г°-мезонов;

6) измерены параметры атомной зависимости сечений реакций рА—>п0Х и рА-*т}Х.

Публикации автора по теме диссертации

1. G. Avoni..., I. Machikhiliyan et al. NIM, A580, 1209-226 (2007).

2. G. Avoni..., I. Machikhiliyan et al. NIM, A560, 539-545 (2006).

3. I. Matchikhilian et al. CALORIMETRY IN PARTICLE PHYSICS: Proceedings of the Eleventh International Conference Perugia, Italy 29 March - 2 April 2004, 27-32 (2004).

4. M. Bruschi, ..., I. Matchikhilian et al. NIM, A461, 332 (2001).

5. I. Matchikhilian et al. Frascati Physics Series Vol. XXI, 239-248 (2000).

6. HERA-B collaboration: ..., I. Machikhiliyan et al. HERA-B: Report on status and prospects. DESY-PRC-00-04 (2000).

7. I. Matchikhilian et al. Proceedings of the VIII International Conference on Calorimetry in High Energy Physics, 411 (World Scientifics 1999).

Подписано к печати 30.10.09 г. Формат 60x90 1/16

Усл. печ. л. 1,87 Уч.-изд. л. 1,35 Тираж 100 экз. Заказ 558

Отпечатано в ИТЭФ, 117218, Москва, Б.Черемушкинская, 25

Введение

ГЛАВА 1. Рождение 7г°- и 77-мезонов при больших поперечных импульсах

1.1. Квантовая Хромодинамика и описание взаимодействий адронов при больших поперечных импульсах.

1.2. Механизмы рождения 7Г°- и 77-мезонов с большим поперечным импульсом.

1.3. Краткий обзор экспериментов по изучению рождения 7г°- и 77-мезонов с большим поперечным импульсом.

1.3.1. Установка Е

1.3.2. Установка ЧУА70.

1.3.3. Установка ИА24.

1.3.4. Установка Е

ГЛАВА 2. Установка ЯЕВЛ-В

2.1. Кольцевой ускоритель НЕ11А.

2.2. Общая структура НЕЛА-Б.

2.2.1. Система координат НЕЫА-В.

2.3. Мишень.

2.4. Вершинный Детектор.

2.5. Магнит.

2.6. Трековая Система.

2.6.1. Внутренний Трекер.

2.6.2. Внешний Трекер.

2.6.3. Рабочие характеристики ТС.

2.7. Детектор Частиц с Большим Поперечным Импульсом (ДБПИ)

2.8. Черенковский Детектор.

2.9. Электромагнитный Калориметр.

2.10. Мюонная Система.

2.11. Система Отбора Событий.

2.11.1. Общие замечания.

2.11.2. Претриггер.

2.11.3. Триггер Первого Уровня.

2.11.4. Триггер Второго Уровня.

2.11.5. Триггер Четвертого Уровня.

2.12. Система Сбора Данных.

ГЛАВА 3. Электромагнитный Калориметр

3.0.1. Задачи детектора и спецификации проекта.

3.0.2. Общее описание дизайна калориметра.

3.1. Конструкция модуля.

3.1.1. Особенности конструкции модуля Внутренней секции.

3.1.2. Особенности конструкции модуля Средней / Внешней секций

3.1.3. Тестовые процедуры.

3.1.4. Измерение световыхода модулей

3.1.5. Пространственная неоднородность световыхода.

3.2. Фотоумножители и их источники питания.

3.2.1. Фотоумножители.

3.2.2. Источник питания фотоумножителя.

3.2.3. Тестовые процедуры.

3.3. Управляющая электроника.

3.3.1. Регулировка коэффициента усиления индивидуального канала

3.3.2. Адресация индивидуального канала.

3.3.3. Общая структура.

3.3.4. Источники напряжений.

3.3.5. Программное обеспечение.

3.3.6. Эксплуатационные характеристики.

3.4. Система Мониторирования.

3.4.1. Светоизлучающие диоды.

3.4.2. Плата-драйвер светодиодов.

3.4.3. Общая структура.

3.4.4. Источники напряжения.

3.4.5. Программное обеспечение.

3.4.6. Режим работы.

3.4.7. Эксплуатационные характеристики.

3.5. Считывающая электроника и Электронный Претригтер.

3.5.1. Регистрирующая электроника.

3.5.2. Электронный Претриггер.

3.6. Реконструкция данных.

3.6.1. Упрощенный алгоритм кластеризации.

3.6.2. Выбор величин порогов для подавления фонов.

3.7. Система Контроля Качества Данных

3.8. Калибровочные алгоритмы.

3.8.1. Предварительные замечания по используемой терминологии

3.8.2. Общая стратегия калибровки в разные периоды набора данных

3.8.3. Калибровка по величине загрузки.

3.8.4. Калибровка по положению пика 7г°.

3.8.5. Калибровка по отклику на минимально-ионизирующие частицы и методом сравнения энергии электрона с его импульсом

3.9. Энергетическое и пространственное разрешение

3.9.1. Количество вещества между точкой взаимодействия и фронтальной поверхностью калориметра.

3.9.2. Ухудшение разрешения по отношению к е+/е~ из-за присутствия вещества в области между магнитом и фронтальной плоскостью калориметра.

3.9.3. Пространственное разрешение.

3.9.4. Энергетическое разрешение.

ГЛАВА 4. Рождение 7г°- и 77-мезонов в протонно-ядерных взаимодействиях в условиях HERA-Б

4.1. Образцы данных и условия их набора.

4.2. Образцы данных для математического моделирования.

4.2.1. Образцы данных \/мд°н.

4.2.2. Образцы данных

4.3. Особенности реконструкции распадов 7Г°—гуу и 77—>-уу в условиях HERA-В.

4.3.1. Краткое описание метода.

4.3.2. Выделение сигнала.

4.3.3. Кинематические переменные и разбиение по интервалам

4.3.4. Светимость.

4.3.5. Границы применимости метода.

4.3.6. Точность реконструкции кинематических переменных.

4.3.7. Отбор кластеров для реконструкции нейтральных мезонов

4.4. Кривые эффективностей и основные источники потери сигнала

4.5. Основные источники систематических ошибок. Устойчивость метода по отношению к вариации критериев отбора фотонных кандидатов.

4.5.1. Ошибка в определении светимости.

4.5.2. Точность настройки и линейность энергетической шкалы

4.5.3. Систематические ошибки процедуры реконструкции данных

V юмгц ** Vpr

4.5.4. Систематические ошибки процедуры математического моделирования.

4.5.5. Сравнение величин сечений, полученных при помощи различных вариантов селекции кластеров.

4.5.6. Сводные таблицы.

4.6. Сечения рождения 7г°- и 77-мезонов.

4.6.1. Отношения сечений рождения 77-мезонов к сечениям рождения 7г°-мезонов.

4.6.2. Измерение А-зависимости.

4.6.3. Сравнение с данными других экспериментов

Изучение механизмов рождения нейтральных мезонов с большим поперечным импульсом (рт) в адрон-адронных взаимодействиях h\h2—*TpX и h\h2-^r]X интересно, в первую очередь, в свете экспериментальной проверки предсказаний теории возмущений Квантовой Хромодинамики (т.н. Пертурбативная Квантовая Хромодинамика или Пертурбативная КХД). С точки зрения теоретического аппарата, все необходимые компоненты для вычисления сечений этих процессов известны: борновские сечения элементарных реакций посчитаны вплоть до первого порядка (NLO) теории возмущений [1], структурные функции взаимодействующих партонов измерены в экспериментах по глубоко-неупругому рассеянию [2] - [5], а функции фрагментации известны благодаря изучению процессов е+е~ аннигиляции [6] - [8].

С другой стороны, с точки зрения экспериментальных методов, сечения рождения 7г°- и ту-мезонов не являются исчезающе малыми по сравнению с полным сечением адронных взаимодействий, что, при современном уровне развития детекторных технологий, делает возможным накопление значимой статистики исследуемых реакций за разумный промежуток времени.

Тем не менее, до сегодняшнего дня находятся под вопросом как полнота теоретического описания расматриваемого процесса с точностью до второго или третьего приближения теории возмущений КХД, так и совместимость результатов различных экспериментов, таких как Е629 [9], WA70 [10, 11], NA24 [12] и, наконец, относительно недавнего Е706 [13, 14]. Величины сечений рождения прямых фотонов, опубликованные последним, требуют введения в теоретический аппарат дополнительного поперечного импульса взаимодействующих партонов кт, феноменологически описывающего процесс испускания мягких глюонов внутри ядра. Это улучшает согласие с теорией, но приводит к расхождению нового описания исследуемых процессов с данными других экспериментов. Изучение рождения нейтральных мезонов важно также и в свете этой проблемы, поскольку фотоны от распадов 7г°- и 77-мезонов являются основным источником нейтральной компоненты фона для реакций hih,2—

С этой точки зрения безусловный интерес представляют измерения, произведенные при помощи установки HERA-В в 2002 - 2003 гг. HERA-B является спектрометром с проективной геометрией, предназначенным для регистрации взаимодействия протонов с энергией 920 ГэВ с фиксированной мишенью, расположенной в гало протонного пучка кольцевого ускорителя HERA (лаборатория DESY, Гамбург, Германия). Горизонтальная апертура установки составляет 2.6 < < 5.3 в терминах быстроты в лабораторной системе отсчета. Мишень включает в себя несколько станций из различных материалов, что позволяет изучать зависимость исследуемых параметров от величины атомной массы ядер мишени А (так называемая A-зависимость) в широком диапазоне от углерода до вольфрама. Основным инструментом для регистрации нейтральных частиц служит Электромагнитный Калориметр (ЭК). Рабочие характеристики прибора позволяют измерять энергии фотонов вплоть до рт ~ 10 ГэВ/с, а его разрешающая способность позволяет разделять как два кластера заметную фракцию ливней, порожденных распадными фотонами: вплоть до рт ГэВ/с в случае распада 7г° —» 77 и вплоть до верхней границы динамического диапазона ЭК для 77 —»■ 77.

Общая характеристика работы

В представляемой диссертационной работе описываются устройство и характеристики Электромагнитного Калориметра установки HERA-B, а также обсуждается его использование в приложении к изучению механизмов рождения энергичных 7г°- и 77-мезонов в рА-взаимодействиях. Анализ произведен на основе физических данных эксперимента HERA-B, набранных в 2002 - 2003 гг.

Актуальность темы диссертации

В течение 2000 - 2003 гг. на установке HERA -В были проведены исследования взаимодействий протонов с энергией 920 ГэВ с фиксированной мишенью, расположенной в гало протонного пучка кольцевого ускорителя HERA (лаборатория DESY, Гамбург, Германия). Основными пунктами физической программы эксперимента являлись изучение механизмов рождения тяжелых кварков и проверка ряда предсказаний КХД в отношении рА-взаимодействий. В рамках проведенных исследований были измерены сечения рождения ф и К[15]; D+, D+ и D*+ [16], а также J/Ф- [17], Хс~ [18] и Т-мезонов [19]. Важным достижением HERA-i? является измерение сечения рождения bb-uap [20].

Электромагнитный Калориметр эксперимента HERA-.Ö предназначался не только для регистрации фотонов и выделения электронного и позитронного сигналов на фоне большого количества адронов, но и являлся одним из ключевых элементов Системы Отбора Событий (Триггера). С его помощью осуществлялась быстрая локализация на аппаратном уровне возможных координат прохождения через детектор энергичных е+, е~ и 7-квантов. Поэтому соответствие рабочих характеристик и настроек ЭК заданным техническим спецификациям являлось критическим условием для достижения требуемой эффективности селекции исследуемых физических процессов, а также для обеспечения точности и адекватности полученных экспериментальных результатов.

На основе данных, полученных при помощи ЭК HERA-B, были произведены измерения сечений рождения 7г°- и 77-мезонов с большим поперечным импульсом. Данные эксперимента HERA-B (величина энергии столкновения в системе центра масс y/s = 41.6 ГэВ) относятся к диапазону энергий y/s > 38.8 ГэВ, неохваченному другими установками с применением фиксированной мишени. Представленные сечения реакций рА—>г]Х перекрывают неисследованный ранее регион хт < 0.15 (хт — 2рт/л/з). Впервые исследовано поведение сечений обсуждаемых реакций в неизученной другими установками области атомных масс ядер мишени А > 64. В целом, понимание механизмов рождения нейтральных мезонов является важным условием для проверки предсказаний Пертурбативной Квантовой Хромодинамики.

Цели и задачи исследования

Главной целью представляемой диссертационной работы является изучение и развитие различных методов калибровки отклика ЭК НЕКА-В. Вспомогательные цели включают в себя: 1) создание системы контроля качества данных ЭК, 2) разработку методов измерения величин пространственного и энергетического разрешений прибора и 3) исследование возможности использования ЭК НЕКА-!? для реконструкции распадов 7г°—»77 и 77—^77 методом инвариантных масс и измерения на их основе сечений рождения 7г°- и 77-мезонов.

Научная новизна и значимость работы

Разработана и внедрена система оперативного контроля качества данных ЭК, осуществлявшая непрерывное измерение критических характеристик индивидуальных считывающих каналов Электромагнитного Калориметра в течение всего периода работы установки НЕЯА-В. В дополнение к этому производилось вычисление параметров, которые были необходимы для реконструкции данных ЭК.

Разработаны методы и программное обеспечение для калибровки отклика индивидуального канала ЭК НЕЯА-Л. Результирующие наборы калибровочных констант применялись при анализе физических данных и для инициализации Системы Отбора Событий.

Впервые измерены величины пространственного и энергетического разрешений ЭК ПЕКА-В.

Впервые измерены инвариантные сечения рождения 7Г°- и 77-мезонов в рС-, рТг- и рИ^-взаимодействиях при энергии протонного пучка 920 ГэВ. Исследованный диапазон поперечных импульсов охватывает Рт € [1.4,6.2) ГэВ/с (7г°-мезоны) / рт € [1.4,6.8) ГэВ/с (77-мезоны), а диапазон быстрот в системе центра масс составляет Уцм е [—1.25; 0.75]. Измерены отношения сечений рождения 77-мезонов к сечениям рождения 7г°-мезонов. Вычислены параметры атомной зависимости сечений реакций рА —> тт°Х и рА г}Х.

Автор защищает:

1) принципы организации системы контроля качества данных ЭК;

2) методы калибровки отклика индивидуального канала ЭК;

3) создание математического аппарата для измерения характеристик Электромагнитного Калориметра НЕБА-Б и их соответствие поставленным задачам и исходным проектным требованиям;

4) измерение при помощи ЭК сечений рождения 7г°- и 77-мезонов в условиях НЕЖА-Б;

5) измерение параметров атомной зависимости сечений реакций рА—>тг°Х и рА-^-г)Х для широкого диапазона значений атомных масс ядер мишени.

Практическая полезность

Представляемая диссертационная работа проведена в рамках участия ИТЭФ в международном эксперименте НЕЕА-Л и соответствует одному из направлений его физической программы. Полученные результаты подтверждают соответствие рабочих характеристик Электромагнитного Калориметра НЕИА-В исходным проектным требованиям, а также демонстрируют возможности установки НЕКА-Б и ее Системы Отбора Событий для изучения реакций рА —> 7г°Х и рА —> г\Х в области больших поперечных импульсов. Результаты представляемой работы использовались при наборе физических данных экспериментом НЕКА-В и для их последующей обработки.

Личный вклад диссертанта

Диссертант принимала активное участие в программе научно-исследовательских работ для Электромагнитного Калориметра НЕИА-^ и в комплексе тестовых мероприятий по запуску детектора. Ею было разработано программное обеспечение системы контроля качества данных ЭК, а также произведена калибровка отклика ЭК различными методами. В результате исследований, проведенных диссертантом, измерены такие характеристики прибора, как пространственное и энергетическое разрешения. В последние годы работы НЕЯА-5 диссертант принимала активное участие в анализе физических данных. В частности, было выполнено измерение инвариантных сечений рождения 7Г°- и 77-мезонов в широком диапазоне поперечных импульсов и быстрот, а также проведено изучение атомной зависимости сечений реакций рА —»• тт°Х и рА —> г]Х для мишеней из углерода, титана и вольфрама.

Апробация и публикации

Основные результаты представляемой диссертационной работы докладывались на международных конференциях, в том числе и самим автором на Са1ог2004 (Перуцжа, Италия, Март-Апрель 2004), Са1ог2000 (Анси, Франция, Октябрь 2000), Са1ог99 (Лиссабон, Португалия, Июнь 1999), а также неоднократно обсуждались на научных семинарах эксперимента НЕЫА-.В в БЕБУ. По материалам диссертации выпущено несколько публикаций:

• а Ауош., I. МасЫкЫИуап а1. ММ, А580, 1209-1226 (2007);

• <7. Ауош., I. МасЫкЫИуап е* а1. ММ, А560, 539-545 (2006);

• I. Matchikhilian et al. CALORIMETRY IN PARTICLE PHYSICS: Proceedings of the Eleventh International Conference Perugia, Italy 29 March - 2 April 2004, 27-32 (2004);

• M. Bruschi, .,/. Matchikhilian et al. NIM, A461, 332 (2001);

• I. Matchikhilian et al Frascati Physics Series Vol. XXI, 239-248 (2000);

• HERA-B collaboration:., I. Machikhiliyan et al. HERA-B: Report on status and prospects. DESY-PRC-00-04 (2000);

• I. Matchikhilian et al. Proceedings of the VIII International Conference on Calorimetry in High Energy Physics, 411 (World Scientiflcs 1999).

Структура и объем диссертации

Диссертация включает в себя данное введение, четыре главы, заключение и список использованной литературы. Объем диссертации составляет 197 страниц, 52 таблицы, 113 иллюстраций и 96 цитируемых работ.

Основные результаты работы

1) разработаны принципы организации системы оперативного контроля качества данных ЭК;

2) представлены особенности практического применения различных методов вычисления калибровочных коэффициентов отклика каналов ЭК в условиях НЕЯА-5 (метод выравнивания по загрузке, калибровка при помощи распада 7г°—»77, калибровка по отклику на минимально ионизирующие частицы и калибровка по положению электронного пика на распределении отношений энергии частиц к их импульсу), а также достигнутая при этом точность настройки энергетической шкалы;

3) произведено измерение величин пространственного и энергетического разрешений ЭК отдельно для каждой секции и показано, что рабочие характеристики ЭК с запасом удовлетворяют спецификациям исходного проекта;

4) измерены инвариантные сечения рождения 7г°- и 77-мезонов в рС-, рТг- и рЖ-взаимодействиях при энергии протонного пучка 920 ГэВ в диапазоне поперечных импульсов рт £[1.4,6.2) ГэВ/с (7г°-мезоны) / Рт €[1.4,6.8) ГэВ/с (77-мезоны) и в диапазоне быстрот в системе центра масс Уцм е[-1.25 ;0.75];

5) измерены отношения сечений рождения 77-мезонов к сечениям рождения 7г°-мезонов;

6) измерены параметры атомной зависимости сечений реакций рА—>7Г°Х и рА-*г)Х.

БЛАГОДАРНОСТИ

В заключение я хотела бы поблагодарить моего научного руководителя В. Ю. Егорычева за огромную помощь и неоценимые советы, полученные от него в ходе анализа и в процессе подготовки данной работы.

Трудно выразить словами всю глубину моей признательности руководителю группы ЭК HERA-i? С. М. Шувалову за те знания и опыт работы в области калориметрии, которые я получила благодаря ему за годы нашего сотрудничества. Мне очень приятно поблагодарить его за то, что он нашел время прочитать эту диссертацию и высказать ряд конструктивных замечаний по ее содержанию.

Хотелось бы выразить глубокую признательность всем моим русским коллегам, с которыми мы работали в группе ЭК HERA-В, за доброе отношение, которым они окружали меня в годы совместной работы: Б. М. Бобченко, Ю. В. Гилицкому, О. Б. Гущину, С. А. Звягинцеву, О. Б. Игонышной, Ю. В. Михайлову, В. Ю. Русинову и Е. И. Тарковскому.

Мне очень приятно поблагодарить моих коллег из ИТЭФ В. В. Балагуру, И. М. Беляева, А. И. Голутвина, М. В. Данилова, Ю. М. Зайцева, Р. В. Мизюка и И. Н. Тихомирова за многолетнюю совместную работу в эксперименте HERA-ß.

Я очень признательна коллаборации HERA-i? за предоставленный уникальный шанс принять участие во всех стадиях запуска и работы физического эксперимента. Большой честью для меня явилась возможность сотрудничества в коллективе ученых такого высокого профессионального уровня. Царящая внутри группы теплая атмосфера сделала для меня годы, проведенные в DESY, незабываемыми.

Я очень благодарна своим родителям и брату за непрекращающуются поддержку, интерес и заботу, проявляемые ими во все периоды моей жизни.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. F. Aversa, P. Chiappetta, M. Greco, J.-Ph. Guillet. Phys. Lett. B210, 2251988); Phys. Lett. B211, 465 (1988); Nucl. Phys. B327, 105 (1989).

2. P. Aurenche et al Phys. Rev. D39, 3275 (1989).

3. H. L. Lai et al. Phys. Rev. D55, 1280(1997).

4. H. L. Lai et al. Report No. MSU-HEP-903100, hep-ph/9903282 (March 1999).

5. A. D. Martin, R. G. Roberts, W. J. Stirling, R. S. Thome. Eur. Phys. J. C4, 463 (1998); Report No. DTP/99/64, OUTP/9931P, RAL-TR-199-047, hep-ph/9907231 (July 1999).

6. P. Chiappetta, M. Greco, J.-Ph. Guillet, S. Rolli, M. Werlen. Nucl. Phys. B412, 3 (1994).

7. J. Binnewies, B. A. Kniehl, G. Kramer. Z. Phys. C65, 471 (1995); Phys. Rev. D52, 4947 (1995).

8. L. Bourhis, M. Fontannaz, J.-Ph. Guillet, M. Werlen Eur. Phys. J. С19, 89 (2001).

9. J. Povlis et al. Nuclear Enhancement of 7г° and 77 Mesons Produced at Large Transverse Momenta. Phys. Rev. Letters, 51, number 11, 967-970 (1983).

10. M. Bonesini et al. Production of high transverse momentum prompt photons and neutral pions in proton-proton interactions at 280 GeV/c. Z. Phys. C, 38, 371 (1988).

11. M. Bonesini et al. High transverse momentum 77 production in ir~p, тт+р and pp interactions at 280 GeV/c. Z. Phys. С Particles and Fields, 42, 527-5321989).

12. C. De Marzo et al. Measurement of 7r° production at large transverse momentum in 7Г~p, 7r+p and pp collisions at 300 GeV/c. Phys. Rev., D36 number 1, 16-20 (1987).

13. L. Apanasevich et al. Production of 7г° and 77 mesons at large transverse momenta in pp and pBe interactions at 530-GeV/c and 800-GeV/c. Phys. Rev. D, 68, 052001 (2003).

14. L. Apanasevich et al. Nuclear effects in high-рт production of direct photons and neutral mesons. Phys. Rev. D, 72, 032003 (2005).

15. I. Abt et al. K*0 and phi meson production in proton-nucleus interactions at s**(l/2) = 41.6-GeV. Eur.Phys.J.C50:315-328, 2007.

16. I. Abt et al. Measurement of DO, D+, D+(s) and D*+ Production in Fixed Target 920-GeV Proton-Nucleus Collisions. Eur.Phys.J.C52:531-542, 2007.

17. I. Abt et al. Measurement of the J/psi production cross section in 920-GeV/c fixed-target proton-nucleus interactions. Phys.Lett.B638:407-414, 2006.

18. I. Abt et al. Production of the Charmonium States Xci and xa in Proton Nucleus Interactions at y/s = 41.6 GeV. DESY 08-094, arXiv:0807.2167vl hep-ex.

19. I. Abt et al. Measurement of the Upsilon production cross-section in 920-GeV fixed-target proton-nucleus collisions. Phys.Lett.B638:13-21, 2006.

20. I. Abt et al. Improved measurement of the bb production cross section in 920-GeV fixed-target proton-nucleus collisions. Phys.Rev.D73:052005, 2006.

21. B. J. Blumenfeld et al. Observation of 7г° mesons with large transverse momentum in high-energy proton-proton collisions. Phys. Letters, 46B, number 3, 471 (1973).

22. D. C. Carey et al. Inclusive 7г° production in pp Collisions at 50-400 GeV/c. Phys. Rev. Letters, 33, 327-330 (1974).

23. J. F. Gunion, S. J. Brodsky and R. Blankenbecler. Composite theory of large angle scattering and new tests of parton concepts. Phys. Letters, 39B, number 5, 649-653 (1972).

24. И. M. Дремин, А. Б. Кайдалов, Квантовая хромодиналшка и феноменология сильных взаимодействий. Успехи физических наук, том 173, N 3, 275-287 (2006).

25. P. Aurenche et al., Large-рт inclusive 7Г° cross section and next-to-leading order QCD predictions. Eur. Phys. J. С13, 347 (2000); arXiv.hep-ph/9910252vl, 6 Oct 1999.

26. С. De Marzo et al. A segmented photon-hadron calorimeter using a two colored wavelength shifter optical readout system. NIM, 217, 405-417 (1983).

27. Я Albrecht et al. An Experiment to Study CP Violation in the В System, using an Internal Target at the HERA Proton Ring: Letter of Intent. DESY-PRC 92/04.

28. P. Krizan et al. HERA-Б, an experiment to study CP violation at the HERA proton ring using an internal target. NIM, A351, 111-131 (1994).

29. Я Albrecht et al. HERA-Б Proposal. DESY-PRC 94/02.

30. Я Albrecht et al. HERA-Б: Design Report. DESY-PRC 95/01.

31. Я Albrecht et al. HERA-Б: Report on Status and Prospects. DESY-PRC 00/04.

32. K. Ehret. Commissioning of the HERA-Б internal target: using the HERA proton ring as B-factory. NIM, A446, 190-198 (2000).

33. K. Ehret. Performance of the HERA-Б target and interference with HERA operation. Prepared for International Symposium on Near Beam Physics, Batavia, IL, 22-24 Sep 1997. In Batavia 1997, Near beam physics 33-42.

34. C. Bauer et al The HERA-B vertex detector system. NIM, A453, 103-108 (2000).

35. S . Masciocchi et al. The HERA-B Vertex Detector. IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, VOL. 47, NO. 6, 1775 (2000).

36. J. Ellet et al. NIM, A317, 28 (1992).

37. W. Fallot-Burkhardt. A CMOS Mixed-Signal Readout Chip for the Microstrip Detectors of HERA-B. Ph.D. Thesis , University of Heidelberg (1998).

38. R. Brenner et al. Design and performance of an analog delay and buffer chip for use with silicon strip detectors at LHC. NIM A339, 564-569 (1994).

39. C. Bauer et al. Performance of the HERA-B vertex detector system. NIM, A501, 39-48 (2003).

40. I. Abt et al. Update on the performance of the HERA-B vertex detector system. NIM, A511, 24-31 (2003).

41. T. Zeuner et al. The MSGC-GEM Inner Tracker for HERA-B. NIM, A446, 324-330 (2000).

42. W. Gradl. The Inner Tracker of HERA-B. NIM, A461, 80-81 (2001).

43. Y. Bagaturia et al. Studies of aging and HV break down problems during development and operation of MSGC and GEM detectors for the inner tracking system of HERA-B. ICFA Instrum.Bull.24, 54-84 (2002).

44. H. Albrecht et al. The Outer Tracker Detector of the HERA-B Experiment. Part I: Detector. NIM, A555, 310-323 (2005).

45. H. Albrecht et al. The Outer Tracker Detector of the HERA-B Experiment. Part II: Front-End Electronics. NIM, A541, 610-629 (2005).

46. F.M.Newcomer et al. IEEE Trans.Nucl. Sci.NS-40, 630 (1993). H.H. Williams et al. NIM, A360, 146 (1995).

47. H. Albrecht et al The Outer Tracker Detector of the HERA-B Experiment. Part III: Operation and Performance. NIM, A576, 312-330 (2007).

48. V. Balagura et al. High-Pi trigger for HERA-B experiment. NIM, A453, 412-416(2000).

49. S. Leonidopoulos, C. Lu and A. J. Schwartz. Development of a Straw Tube Chamber with Pickup-pad Readout. NIM, A427, 436-479 (1999).

50. V. Balagura et al Gas Pixel Chambers. NIM, A368, 252-258 (1995).

51. V. Popov, H. Riege, J. Schutt, and R. van Staa. The HERA-B high-px trigger. IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, VOL. 48, NO. 4, 1294 (2001).

52. I. Arino et al. The HERA-B ring imaging cherenkov counter. NIM, A516, 445-461 (2004).

53. Marko Staric. HERA-B RICH: performance and physics impact. NIM, A553, 210-214 (2005).

54. Andrej Gorisek. Particle identification performance of the HERA-B RICH. NIM, A518, 590-592 (2004).

55. A. Arefiev et al. A gaseous muon detector at the HERA-J3 experiment. IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, VOL. 48, NO. 4, 1059 (2001).

56. V. Eiges et al. The Muon Detector at the HERA-f? experiment. NIM, A461, 104-106 (2001).

57. M. Buckler et al. Design and operation of front end electronics for the HERA-Б MUON detector. IEEE TRANSACTIONS ON NUCLEAR SCIENCE, VOL. 46, 126-132 (1999).

58. M. Titov. The muon system in the HERA-J3 experiment. NIM, A446, 355365 (2000).

59. M. Medinnis. HERA-Б triggering. NIM, A368, 161-168 (1995).

60. M. T. Nunez Pardo de Vera. ИЕКА-В Trigger. Nucl.Phys.Proc.Suppl., 120, 166-172 (2003).

61. M. Bocker et al. The Muon Pretrigger system of the HERA-B experiment. IEEE Trans.Nucl.Sci, 48, 1270-1275 (2001).

62. V. Balagura et al. The First-Level Trigger of the HERA-.B experiment: performance and expectations. NIM, A494, 526-534 (2002).

63. R. E. Kalman. Trans. ASME, Series D, J. Basic Eng., Vol 82, 35-45 (1960). R. E. Kalman and R. S. Bucy. Trans. ASME, J. Basic Eng, Vol 83, 95-108 (1961).

64. J. M. Hernandez, V. Rybnikov and F. Sanchez. Offline data processing using online computing resources at HERA-B. NIM, A502, 471-474 (2003).

65. M. Dam et al. HERA-B data acquisition system. NIM, A525, 566-581 (2004).

66. G. Avoni et al. The electromagnetic calorimeter of the HERA-B experiment. NIM, A580, 1209-1226 (2007).

67. A. Golutvin. The HERA-1? Calorimeter also in view of LHCb. Frascati Physics Series Vol. VI, 49-64 (1996).

68. G.S. Atoyan et al. NIM, A320, 144 (1992).

69. L. Aphecetche et al. PHENIX calorimeter. NIM, A499, 521-536 (2003).

70. S. J. Alvsvaag et al. Performance of a shashlik calorimeter at LEP-2. Nucl. Phys. Proc. Suppl. 78, 220-225 (1999).

71. P Aspell et al. Energy and spatial resolution of a Shashlik calorimeter and a silicon preshower detector. NIM, A376, 17-28 (1996)

72. E. Tarkovsky. The HERA-Б electromagnetic calorimeter. NIM, A379, 515-517(1996).

73. I. Matchikhilian, S. Shuvalov. The HERA-Б ECAL Module Light Yield Non-uniformity Measurements. HERA-jE? Internal Note 99-223.

74. F. Binon et al. NIM, 214, 269 (1983).

75. B.B. Brabson et al. NIM A332, 419-443 (1993).

76. M. В. Акопян и др. Стенд для паспортизации фотоумножителей ФЭУ-84-3. ИФВЭ-88-217 (1988).

77. S.A. Belianchenko et al. Study of photomultipliers radiation hardness. ИФВЭ-96-90(1996).

78. G. Avoni et al. A radiation tolerant phototube power supply for the electromagnetic calorimeter of the HERA-B experiment. NIM A560, 539-545 (2006).

79. И. Мачихшъян. Методика оптимальной выборки ФЭУ для ЭМ-калориметра в эксперименте HERA-B. Дипломная работа ABC 0046116, регистрационный номер 1277, 1997.

80. В. Bobchenko et al. General Description of the Control and Diagnostic Software for HERA-B Electromagnetic Calorimeter (ECAL). HERA-B note 99080.

81. B. Bobchenko et al. Database system of ECAL Control and Diagnostic Software. HERA-B note 99-079.

82. G. Avoni et al. The HERA-B ECAL Electronics and Monitoring. Frascati Physics Series Vol. XXI, 239-248 (2000).

83. C. Baldanza et al. The HERA-B Electron Pre-trigger System. NIM A409, 643 (1998).

84. G. Avoni et al. The Electromagnetic Calorimeter of the HERA-B experiment. CALORIMETRY IN PARTICLE PHYSICS: Proceedings of the Eleventh International Conference Perugia, Italy 29 March 2 April 2004, 27-32 (2004).

85. V. Alberico et al. The reconstruction for the electromagnetic calorimeter of the HERA-B experiment. Proceedings of the VII International Conference on Calorimetry in High Energy Physics, 537 (World Scientifics 1998).

86. S. Shuvalov. Comments on low energy shower detection. Presentation on %c analysis meeting (31 Марта 2005 года).

87. I. Matchikhilian et al. HERA-B monitoring system and calibration procedures overview. Proceedings of the VIII International Conference on Calorimetry in High Energy Physics, 411 (World Scientifics 1999).

88. A. Amorim et al. The HERA-B database services for detector configuration, calibration, alignment, slow control and data classification. CHEP 2000, Computing in high energy and nuclear physics, 469-472 (2000).

89. V. Rybnikov. The HERA-B Message Handler Interface with POSIX threads, ftp://ftp.desy.de/pub/herab/daq/rpmthreads^mthreads.html (2001).

90. I. Matchikhilian, S Shuvalov, O. Igonkina. The HERA-B ECAL Occupancy Values and Pedestal Positions Correlation with the Target Interaction Rate. HERA-B note 00-078 (2000).

91. U. Schwanke. Remote Histogramming Package. / / ftp://ftp.desy.de/pub/herab/daq/rhp.ps

92. В. Аушев. Частная переписка.

93. O. Igonkina et al. Online 7Г° Calibration of ECAL. HERA-Б note 00-103 (2000).

94. H. Albrech. ARTE (Analysis and Reconstruction Tool). Internal HERA-B note 95-065 (1995).

95. CERN Program Library Long Writeup W5013 (1994).

96. S. Shuvalov et al. Numerical estimate of calorimeter performance degradation due to the presence of the non-active media before the detector. HERA-J5 note 01-009 (2001).

97. M. Villa. Частная переписка.

98. D. Golubkov. Частная переписка. http://www-hera-b.desy.de/subgroup/software/ arte/reco/keybook/keybook.html

99. S. Shuvalov. Direct gamma and neutral mesons production analysis update. Charmonium working group meeting, Nov 16th, 2005.

100. S. Shuvalov. Description of interactions in MC. HERA-5 week, Charmonium working group meeting, Sept 14th, 2005.

101. C. Amsler et al. Review of Particle Physics. Physics Letters В 667, 1 (2008).

102. I. Abt et al. Luminosity determination at HERA-B. NIM A582, 401-412 (2007).

103. M. Bruschi. Luminosity determination at HERA-f?. HERA-J3 note 05-011 (2006).