Идентификация частиц высоких энергий с помощью одновременной регистрации переходного излучения и релятивистского роста ионизационных потерь тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

- 9 Ш0д:1Я9? -

На правах рукописи

БАШКИРОВ Владимир Александрович

1ДЕНТИФИКАЦИЯ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ С ПОМОЩЬЮ ЩНОВРЕМЕННОЙ РЕГИСТРАЦИИ ПЕРЕХОДНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И РЕЛЯТИВИСТСКОГО РОСТА ИОНИЗАЦИОННЫХ ПОТЕРЬ

01.04.16 • физика Ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Автор:

Работа выполнена в Московском государственном инженерно-физическом институте ( техническом университете )

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор Долгошеин Б.А.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук Дмитренко 8.В. доктор физико-математических наук Мерзон Т.Н.

Ведущая организация: Институт экспериментальной и теоретической физики, г. Москва. '. ,

Защита состоится_]_ 1997 г. в .... часов на заседании

диссертационного совета KQ53.03.05 в Московском государственном инженерно- физическом институте ( техническом университете ) по адресу: 115409, Каширское шоссе, д. 31, тел.: 324-84-98.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МИФИ.

Автореферат разослан "...".......... 1997 г.

Просим принять участие в работе совета или прислать отзыв в одном экземпляре, заверенный печатью организации;

Ученый секретарь диссертационного совета А.Н.Гудков

Подписано в печать /V- ОН'?? Заказ $$$ Тираж $0Ас

Типография МИФИ, Каширское шоссе, 31

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Развитие физики высоких энергий привело к созданию ускорителей элементарны» частиц х энергией в сотни ГэВ , что предъявляет новые требования к приборам и методам экспериментов, направленных на изучение явлений и поиск новых процессов, происходящих при сверхвысоких энергиях. ".

При столкновении частиц таких энергий в одном взаимодействии рождается очень большое количество вторичных частиц, на фоне которых необходимо выделить и зарегистрировать частпиы, образовавшиеся в конечном состоянии изучаемых процессов, идущих зачастую с малыми сучениями.

Для решения проблемы идентификации редких процессов в условиях высокой плотности Частиц, необходимо обеспечить подавление фоновых событий на уровне, превышащем, как правило, 10 *. Это требует использования для идентификации частиц одновременно нескольких детекторов, осуществляющих измерение параметров частиц "на лоту", т.е. частица сохраняется как таковая для последующей идентификации методом поглощения.

Задача усложняется еще и тем, что пространство для размещения детекторов в экспериментах на современных коллайдерах сильно огранн-■ чено в силу технических п экономических причин, т.к. увеличение размеров отдельного детектора приводит к мультипликативному увеличению объема, усложнению конструкции н удорожаниювсей установки и целом. Поэтому развитие новой -и совершенствование старой экспериментальной техники идентификации частиц в новой области энергий /становящейся доступной для экспериментального изучения, является актуальной за дачей как В физике, высоких энергий ; так И с экономической точки зрения в силу значительного увеличения масштабов ц стоимости экспериментов на современных ускорителях.

Как правило, в таких экспериментах идентификаторы, основанные" на методе поглощения - электромагнитные и адронные калориметры являются наиболее дорогостоящей частью установки, однако их размеры и стоимость в значительной мере определяются размерами и режокционной способностью детекторов, располагающихся перед ними и осуществляющих идентификацию "на лету ' ■ В качестве таких идентификатором используются черепковские счетчики, времяпролетные системы. д< гек-

торы, регистрирующие логарифмический рост ионизационных потерь, а также детекторы переходного излучения. В области импульсов вторичных частиц Ü.25 - 200 ГэВ/с для разделения пионов и электронов наиболее эффективно применение детекторов переходного излучения (2 г 200 ГэВ/с) п детекторов, регистрирующих логарифмический рост ионизационных потерь(0.25 - 10 ГзВ/с). .

Объединение 'в одном приборе рбоих методов идентификации позволяет иметь компактный детектор, способный разделять с высокой эффективностью адроны и электроны в широкой областитшпульерв.

Цель диссертационной работы состояла в разработке, моделировании на ЭВМГ экспериментальной проверке и применении в действующем крупномасштабном эксперименте ZEUS на ускорителе HERA способа идентификации частиц высоких энергий с помощью одновременной регистрации релятивистского роста ионизационных потерь и переходного излучения. При этом ставилась задача объединить в одном приборе достоинства обоих методов идентификации, что позволяет иметь идентификатор частиц, способный разделять с высокой эффективностью адропы и электроны в области импульсов 0.5 - 200 ГзВ/с, .

Научная новизна п значимость ¡заботы • ~

Предложена, разработана н применена на практике идея нового метода обработки сигналов с гатовых детекторов для регистрации логарифмического роста ионизационных потерь и/или переходного излучения, позволяющего существенно снизить требования к регистрирующей электронике детектора и уменьшить обьем считываемой информации при улучшении режектлрукяцей способности прибора в Нелом, Автор защищает: . ■ , . ■■ .

1. Метод регистрации логарифмического роста ионизационных потерь, основанный на измерении длительности сигналов с газовых детекторов, превышающих по амплитуде определенную в зависимости от. характеристик детектора и параметров идентифицируемых частиц воли-' чину.' '■■"■..'••

2. Применение разработанного метода "измерения времени выше порога" для одновременной регистрации переходного излучения и логарифмического роста ионизационных потерь . , .

3. Результаты моделирующих расчетов по применению нового метода для идентификации частиц в широком диапазоне импульсов.-

: 4. Результаты применения нового метода,-полученные в экспериментах с прототипом детектора переходного излучения для эксперимента ZEÜS на пучках электронов ускорителя DESY-II н его сравнение с суше-ствущимй методами и теоретический предсказаниями.

5. Методику калибровки детектора переходного излучения установки ZEUS в условиях действующего эксперимента при помощи минимально ионизирующих частиц и электронов от конверсии жестких гамма-кпантои.

6. Алгоритмы обработки сигналов с детектора переходного излучения установки ZEUS на этапе сбора данных и в oíf-liue режиме обработки информации . . . ."

7. Экспериментальные результаты, получение при применении нового метода при одновременной регистрации переходного излучения и логарифмического роста ионизационных потерь в эксперименте ZEUS.

, : . Практическая полезность

Показано, что новый метод обеспечивает .улучшение режекцпоннон способности идентификаторов при .одновременном упрощении и удешевлении электроники детекторов, а простота алгоритма обработки данных позволяет реализовать его уже на уровне системы-сбора данных, что обеспечивает значительное сокращение объема информации, передаваемой с детектора н упрощает обработку данных.

ЭтиДостоинства нового-,метода открывают возможности его применения в Проектируемых идентификаторах частиц для будущих экспериментов физики высоких энергий и были использованы при его практическом применении в Крупномасштабном эксперименте ZEUS на'ускорителе HERA. ."■ ':

i Апробация и публикации , Результаты работы и выводы диссертации докладывались и обсуждались на научных конференциях п семинарах в МИФИ. МТЕФ, CE1ÎX и DESY. :

Опубликованы в журналах Physics Letters В. 'Zeitschrift f.Physik, препринтах и докладах CERN и DESY в 9 работах, список которых прпиеден н конце автореферата.

Структура н объем диссертации

Диссертация состоит из введения. 4-Х глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации 1(){ страницы. ЗС рисунков. 1 таблица, fil наименование цитированной литературы.

Краткое содержание диссертации:

В начале работы обосновывается актуальность задачи, формулируются тома исследования, новизна и практическая значимость работы, а также приводится план расположения материала. Далее рассмотрены теоретические модели, описывающие переходное излучение и ионизационные эффекты в газовых детекторах, описаны алгоритмы программ, используемых в данной работе для моделирования на ЭВМ идентификаторов частиц высоких энергий и проведено сравнение результатов расчетов по этим программам с экспериментальными данными. Расхождение результатов расчетов с экспериментом не превосходит 10%.

Приведен обзор существующих методов йдентифипации частиц высоких энергий с помощью регистрации переходного излучения и логарифмического роста ионизационных потерь в пропорциональных и дрейфовых каморах. Подробно рассмотрены следующие методы:

для регистрацииРПИ: V Л^^ч^ : : \

метод полного энерговыделенпя, метод счета клмтеров, комбинированный метод, сочетающий два предыдущих. ' : ;

для регистрации релятивистского роста ионизационных потерь: метод усеченного среднего ('truncated mean'), метод счета ионизационных кластеров, метод измерения релятивистского роста ионизационных потерь по эффективности пропорциональных камер.

Приводятся результаты моделирования на ЭВМ редакционной способности идентификаторов, испльзуюгцпх перечисленные методы разделения частиц, с целью оценки возможности применения данных методов для идентпфицации частиц высоких энергий с помощью одновременной регистрации переходного излучения и логарифмического роста ионизационных потерь в пропорциональных и дрейфовых камерах. 1

На основе анализа результатов детального моделирования отклика пропорциональных газовых детекторов на ионизацию, производимую релятивистской заряженной частицей в тонких слоях газа, выработан новый подход к регистрации логарифмического роста ионизационных потерь в газовых детекторах - метод, основанный на измерении суммарной длительности сигналов с газовых детекторов, превышающих по амплитуде определенную в зависимости от характеристик детектора и параметров идентифицируемых частиц величину. Суть метода заключается в следующем: как известно, основной трудностью регистрации отдель-

ных кластеров ионизации d обычных пропорциональных нлп дрейфовых камерах является наложение сигналов от отдельных кластеров друг на друга из-за конечного быстродействия камер п относительно высокой скорости дрейфа, Однако число ионизационных кластеров п их суммарную энергию можно оценить, измеряя время превышения сигналом иекоторго ирогового значения; распределения сумм таких времен с- многокамерного-детектора являются функцией ионизационной способности частицы и позволяют использовать их для регистрации релятивистского роста ионизационных потерь. • ,

. Результаты моделирования на ЭВМ предлагаемого метода идентификации-в их сравнение с результатами, полученными традиционными зло; -толами показали, что новый метод не уступает традиционным по режек-ционной способности, однако является значительно просцс. в реализации на уровне электроники считывания ií обработки данных.

tífí/cíx|[u(ic, eiwi limn ovnr trosbolíi mt?!hoíj4. JC.nV/c p.irltclo-. .

•; J160 100 so o.

ZOCO . 4000 6000 eooo 1DOOO -

1 -- FADC courts

.. aji so

, ' ICO

• ' SO

' ' ; ó

- so 100■ - 1S0 ■ -200 250

- , ' ' \ ' ■ Thne ovor threshold (IHr=0.5 keV) , ГАОС bins

Рис. 0.1: .Разделение'шюшм li мектронов по |«viя гинш iско.му росту ионпзашюнимх (torepi. методам» усеченно!« средтт<>(й) К иi.Me¡><'iiiui времени выше iiopora(l)).

Согласно результатам расчетов, величина оптимального порога при разделении частиц с существенно различным гамма-фактором определяется конструкцией детектора, составом рабочей газовой смеси п параметрами регистрирующей электроники: она находится в интервале D.Ó - 1

< ■ '

ктВ для детекторов толщиной см, работающих на ксеноне, с электроникой считывания, имеющей время формирования 20 - 50 не. При этом распределения времен выше порога хорошо описываются распределением Гаусса с дисперсией, определяемой теми же, факторами, что и величина оптимального порога, а также точностью измерения времени превышения сигналом порога. Для; проверки точности расчетов было проведено моделирование детектора, применявшегося для разделения пионов и электронов по релятивистскому росту ионизационных потерь методом усеченного среднего (В.Чернятин и др., IEEE Trans. Nucl. Sei., NS-40(1993)p.l53), а также обработка экспериментальных данных этого эксперимента по новому методу. Результаты сравнения расчетов с экспериментом приведены на рис. 0.1. / " ; Г • :, -, О" '

Как показали результаты моделирования отклика детекторов на переходное излучение, новый метод позволяет надежно регистрировать переходное излучение, при этом возможно использование одного общего канала электроники для одновременной регистрации обоих процессов -пошпацпн il поглощения переходного излучения. При этом оптимальная вгличина порога составляет 2-3 кэВ, Однако наилучшее разделение частиц достигается при использовании метода с двумя порогами - 0.5-1 каВ для измерения ионизации и 4-6 кэВ регистрации переходного излучения.

Для проверки результатов расчетов и экспериментального определения возможностей нового метода при одновременной регистрации переходного излучения н релятивистского роста ионизационных потерь были проведены специальные измерения.

Экспериментальная проверка предложенного метода идентификации осуществлялась при помощи прототипа детектора переходного хплуче-ния, разработанного для изучения возможностей улучшения параметров действующего детектора переходного излучения эксперимента ZEUS. В качестве детектирующих элементов разработанного прототипа использовались цилиндрические пропорциональные камеры - дрейфовые трубки, детальное изученние параметров которых проводилось в ходе исследовательских работ по подготовке, эксперимента ATLAS на строящемся ускорителе LHC и показало их хорошие технические и эксплуатационные параметры для применения в детекторах на ускорителях коллайдерного типа. Размеры дрейфовых трубок и их раелложенне в детекторе, а также толщина и количество радиаторов переходного излучения оптимизирова-

; лйсь аа ЭВМ; на основании проделанных оптимизационных расчетов был спроектирован и построен прототип детектора переходного излучения, который был испытан на вторичном электронном пучке ускорительного ; комплекса и в серии измерений жесткой компоненты космического

излучения. ' '

■ Детектор-прототип состоит из четырех модулей, в нем использованы 32 дрейфовые трубки диаметром 12 мм и длиной 120 мм. расположеи-. ные в 8 рядах по 4'трубки в каждом ряду. Пространство между рядами трубок (41 и 27 мм) использовалось для размещения радиаторов переходного излучения. .В качестве рабочего газа непользовалась смесь Хе-С()_> (90:10). Сигналы с детектора оцифровывались стробирующтш аналого-цифровыми преобразователеми с частотой 100 МГц ("НахЬ-.ЛОС").

Измерения Проводились на веТке Т24а ускорителя ОЕБУ-П <• пепользо-, ваннем вторичного'электронного пучка, импульс электронов выбирался в . диапазоне 0.5 - 5.0 ГэВ/е.. Поскольку на ускорителях ОЕвУ отсутствуют тестовые адронные пучки, для определения степени разделения адронов и электронов исследуемым идентификатором в качестве источника минимально ионизирующих частиц использовались проникающая часть космического излучения. Для этого'детектор был приводен в вертикальное положение и окружен свинцовой защитой минимальной толщиной 2.5 см для подавления мягкой части спектра космического излучения.

Регистрация полной спектрометрической информации со всех дрейфовых-трубок с-временным стробнрованпем в 10 не позволила применить при анализе различные методики обработки и объективно сравнить результаты, полученные иа одних и тех же исходных данных разными методами. ' . '. - ' , "; .

Анализ экспериментальных данных показал, что ногш и а метод разделения частиц при одновременной регистрации переходного излучения и логарифмического роста ионизационных потерь обеспечивает наилучшие результатьгло сравнению с любым из стандартных методов --коэффпин-ент режекшш ~ 3 • II)-'4 в.интервале импульсов частиц 1-5 Гэв/с при 91)1Х уровне эффективности регистрации электронов-(рис.2)-. что существенно лучше, чем режекция, достигаемая любым нз стандартных методов ( Л > Ш~2).

Простота алгоритма обработки данных позволяет реализовать этот метод уже на уровне системы сбора данных и дополнительно сократить

Рис. 0.2: Разделение космических частиц и электронов. Метод измсреиия длительности сигналов выше порога. Приведены распределения длительности сигналов,.'превышающих пороги 0.9 и 4.5 кэВ ( в десятках не) для космических части« (а) и,электронов с импульсом 3 rSB/c (Ь) , '' "'•■'■ -'V ;"'•„'-

поток передаваемой с детектора информации. Эти достоинства нового метода были использованы при его практическом применении в крупномасштабном эксперименте ZEUS на ускорителе HERA. ' : ;, .

Экспериментальные результаты, представленные далее, были получены в 1993 - 1995гг. в ходе эксперимента ZEÜS на элсктройяо-протонном коллайдере HERA; набранный интеграл светимости составил 0.7 пб"'. Ускоритель HERA работал с пучками электронов (позитронов) с энергией 27 ГэВ и протонов с энергией 820 ГэВ. Время между последовательными столкновениями электронных (познтрошшх) и протонных сгустков на ускорителе HERA составляет 96 не, при этом мгновенная светимость достигала величины 1.5х10:,° см"2с~'. . ч . .'■'•<;-

Детектор ZEUS расположен Вокруг одной из двух точек 'пресечения пучков ускорителя HERA и представляет собой универсальный шщюко-аипертурный магнитный спектрометр с акеептансом, близким к 4 тт.

Детектор переходного излучения в эксперименте ZEUS (далее - ДРПИ ZEUS) предназначен для увеличения эффективности выделения электронов на фоне значительно превосходящего числа адронов п области углов вылета 5° — 30° п импульсов 1 - 20Ó ГэВ/с идентифицируемых частиц, что особенно важно для регистрации процессов, происходящих в протон-электронных соударениях при высоких переданных энергиях, таких, как,

например, рождение электронов в окружении плотных адронных струй или глубокойсупругое рассеяние электронов (позитронов) на протонах с большой передачей импульса, (рассеяний лептой летит в обратном направлении). .

ДРПИ ZEUS состоит из четырех модулей TRD 1-4, каждый нэ модулей включает в себя радиатор переходного излучения и планарную дрейфовую камеру с. продольным направлением дрейфа. Внешний диаметр камер модулей составляет 138, 150, 180 и 192 см соответственно для модулей TRD1-TRD4. В качестве рабочего газа камер, используетс я . смесь Хс-СОг (88:12). Полное число сигнальных проволочек -1 056.

Электронный тракт регистрации сигнала с каждой из дрейфовых камер организован следующим образом: каждая из анодных проволочек подключена ко входу предусилитсля, расположенного непосредственно на ; камере, <шгнал с выхода которого передается от детектора в помещение для электроники на усилитель-формирователь ( время формирования 30 " не ^ сформированный сигнал оцифровывается отдельным каналом стро-бпрующего 8-битового аналого-цифрового преобразователя, работающего , с частотой 105 МГц и имеющего память глубиной 10К отсчетов ( " ílash-ADC"¡, IG каналов в Модуле ).

Оцифрованный сигнал с каждою из каналов по приходу триггера первого уровня эксперимента ZEUS извлекается из соответствующей области памяти преобразователя п обрабатывается в режиме реального времени . ■ специализированными процессорами (DSP), распложенными в модулях стробирующпх преобразователей, за время до прихода триггера второго уровня (~20-40 мс). Каждый ИЗ процессоров осуществляет обработку сигналов с 16-ти проволочек ДРПИ по алгоритму, который включает в ч себя методы полного энерговыделенпя, счета кластеров н измерения времени выше порога. Алгоритм написан на языке Ассемблер для используемого DSP и оптимизирован по быстродействию, что обеспечивает время обработки сигнала с одной проволочки на уровне 0.2 миллисекунд при средней частоте триггера второго уровня 30 Гц.

Предварительно обработанная информация использовалась в последующем анализе для калибровки ДРПИ и режекцни электронов от адронов совместно с информацией с перечисленных выше детекторов.

Калибровка ДРПИ ZEUS состоит из трех основных задач:

1. Калибровка относительного усиления каждого из 1056 каналов

ДРГ1И ( вариации газового усиления от. проволочки к проволочке и коэффициентов передачи электронных каналов). '. . /

2. Калибровка детектора в течение набора статистики (изменение отклика детектора с течением времени под влиянием изменений давления, температуры, фоновых условий и т.д.) ■ \ - ,

3. Калибровка функции отклика детектора в энергетических единицах -(кэВ), необходимая для отделения электронов от адронов.^

Все три задачи калибровки детектора решались ill citu с использованием минимально нонпэирующнх частиц ( пионов ) непосредственно в . ходе иабо]>а данных. . , ' . .. . .

Для калибровки использовались ппоны, прошедшие через апертуру ДРПИ, отобранные с помощью трековых детекторов и калориметра, входящих в состав установки ZEUS. Рассчеты по программе симуляции эксперимента ZEUS MOZART, основанной на пакете програм GEANT3, показывают. что в отобранном по таким критериям наборе событий примесь частиц от вторичных взаимодействий, продуктов распада коротко-живущих частиц и артпфактов программ реконструкции треков не превышает 5%. Калибровка ДРПИ производилась в течение всего набора данных п контролировалась системой контроля качества данных эксперимента ZEUS, результаты калибровочных измерений заносились в базу данных для последующего off-line анализа. , ; •

Для измерения режскшгонной способности ДРПИ и оптимизации пара- . метров алгоритмов идентификации частиц необходимо иметь два класса данных - наборы событий для электронов и адронов, обеспечивающих достаточную статистическую точность анализа п имеющих степень чистоты, т.е. примесь событий цротивоиолжецного класса,'существенно ниже уровня рожекцпи, что сравнительно Легко достигается на тестовых пучках, однако представляет собой серьезную задачу в действующем , крупномасштабном эксперименте.

Для отбора событий нужных классов из потока данных эксперимента , применялась следующая схема:

1. Отбирались события заведомо высокой чистоты для класса электронов и адронов - эталонные наборы событий. Статистика таких событий .как правило, невысока.

2. Эталонные события использовались для контроля степени чистоты , статистически больших наборов данных при помощи сравнения харак-

терных параметров, таких, как средние значения ионизационных потерь, числа кластеров ir т.д.

В качестве эталонных событий класса электронов были использованы электроино-позитронные пары от распадов .//Ф-чагтиц, образующихся при рассеянии электронов на протонах в реакции i'p —> е.//Ф/)(.7/>I' —» е+е-). . ■.

Для получения статистически обеспеченного набора событий с электронами в аппертуре ДРПИ, были использованы электрошю-познтрошше пары', образующиеся в результате конверсии фотонов в .алюминиевом торце корпуса центрального трекового детектора толщиной 20мм ( 22% радиационной длины ), находящемся перед ДРПИ ZEUS. Большое количество фотонов высокой энергии в области углов 9 = 5° —30° от распадов тг°, рождаемых в неупругих ер взаимодействиях, позволило применить жесткие условия отбора собьггий с электронами в аппертуре ДРПИ:

1. Отсутствие треков из точки пересечения пучков в области углов 9 = 5° - 30°. v : .

- 2. Наличие' двух и только двух треков частиц в апертуре ДРПИ с общей вершиной в торце корпуса CTD.

3. Наличие двух кластеров энерговыделения в электромагнитной секция калориметра, идентифицированных как ливни от электронов с энергией более 5 ГэВ каждый; центры тяжести ливней должны совпадать с экстраполированными в область ливня треками в пределах 5 см ( иро-' странственноо разрешение электромагнитной секции калориметра сота-•. вляет ~1.5 см в области энергий 5-10 ГэВ ).

Рассчеты по программе симуляции эксперимента ZEUS показали, что в отобранном по таким критериям наборе событий примесь адронов не превышает 1%, ,,

В качестве эталонных событий класса адронов были использованы тг*-: мезоны от распадов /з°-мезонов, образующихся при рассеянии электронов па протонах в реакции ер —> ер®р[р° —* тг+тг-).

Отобранные на уровне триггера события подвергались дополнительной селекции со следующими условиями отбора:

а. -Отбпралпсь события только с двумя треками, происходящими из вершины первичного взаимодействия.

б. Импульсы частиц находятся в интервале 1-5 ГэВ/с, частицы имеют разные знаки электрического заряда.

в. Исключались события, в которых энерговыделение любой из частиц в электромагнитной секции калориметра превышало 80% полной энергии этой частицы. ".--■ •';>"• . . : ; . ■ : .

г. Инвариантная масса тг±-мезоиов находится в интервале 0.55 - 1 ГэВ/с2. ' у; : ?.

Анализ данных и моделирование по методу Монте-Карло показали, что примесь электронов при данном отборе событий не превышает 1%.

Анализ отклика ДРПИ ZEUS на события данного класса показал, что ои идентичен отклику на события, испльзовавшиеся для калибровки ДРПИ - набор событий с-минимально ионизирующими частицами, поэтому в дальнейшем анализе для увеличения статистической знач!ШО-стн в качество адронного набора событий пепльзовались частицы обоих классов. • ' , . = -у V

Для изучения режекшшнной способности ДРПИ ZEUS испльзовались методы: полного эцерговы деления, усеченного среднего энерговыдёления, счета кластеров, изме1)ения длительности сигнала выше порога. Как еле-. дует из анализа экспериментальных данных , метод измерения длительности сигнала выше ,порога "-имеет лучшую режекционную способность7 при применении в данном эксперименте, поэтому для алгоритма разделения адронов и электронов ДРПИ ZEUS был выбран двухпараметричсский , метод измерения времени выше порогов 0.9 и 4.5 кэВ, позволивший получить наилучший коэффициент режекцин с одновременным сокращением времени обработки и колпчества( передаваемой с ДРПИ информации.

Разработанный на основе нового метода алгоритм идентификации электронов ДРПИ был включен в off-line программу обработки физической информация эксперимента ZEUS, что позволило существенно улучшить ; выделение электронов в условиях сильного адронного фона в области углов 0 = 5°-30°. ; v. : - .

Одной из областей применения алгоритма идентификации электронов ДРПИ ZEUS является выделение событий рождеяня J/Ф-частицы в реакции рассеяния электронов на протонах ер —» е.//Фр(7/Ф —» е+е~). ...

Для поиска распадов J/Ф-частицы использовались события, отобранные из данных с детектора, соответствующих интегральной светимости 500 нб~1, по следующим критериям:

- события с двумя трекамп частиц разных знаков;

- оба трека выходят из одной вершины взаимодействия;

Н

- по крайней мере рдин трек проходит через апертуру ДРПИ. Распределение инвариантных масс распадной частицы в отобранных по данным критериям событиях в предположении, что частицы в конечном состояний - электрон и позитрон, приведено на рис. 0.3 (верхняя

Рис. 0.3: Спектр инвариантных масс. Верхняя кривая - события, отобранные по пространственной топологии; нижняя кривая - при использовании ДРПИ ZEUS для выделения электронов на том же классе событий

Применение описанного алгоритма идентификации электронов к этому классу событий приводит к значительному (в 20 раз) подавлению адрон-ного фона и позволяет четко выделить сигнал от распадов .//Ф-частицы. Соотношение сигнал-фон для выделенного пика составляет 2:1, число событий в пике 7/ф-частицы 9.3íf J® на уровне достоверности 94.7% при обработке полученного спектра масс по методу максимального правдоподобия апрокснмацией ппка. //Ф-частицы распределением Гау.сса п описанием остаточного континуума полиномами Чебышсва до 4-го порядка ( плавная линия на рпс. 0.3). Полученное значение массы J/Ф-частпцы составляет 3.088 ± 0.028 ГэВ.

В настоящее время разработанный алгоритм идентификации электронов ДРПИ ZEÜS применяется для анализа физической информации,- получаемой в ходе эксперимента ZEUS.

Основные результаты работы

1. Предложена п разработана идея нового метода идентификации частиц, основанного на измерении длительности сигналов с газовых дс- : текторов, превышающих по амплитуде определенную в зависимости от характеристик детектора и параметров идентифицируемой частицы величину при одновременной регистрации переходного излучения и логарифмического роста ионизационных потерь .

2. Создан прототип детектора рентгеновского переходного излучения для эксперимента ZEUS на основе тонкостенных цилиндрических дрей- . фовых камер. В экспериментах с этим прототипом на пучках электро- . нов ускорителя DESY-II и при регистрации космических мюонов изучены возможнос ти нового метода и проведено нх сравнение с сушествущимп/ методами и теоретпчеекмп предсказаниями. Показано, • что новый метод обеспечивает улучшение режекцнонной способности идентпфикато-, , ров при одновременном упрощении и удешевлении электроники детекторов, а простота алгоритма обработки данных позволяет реализовать его уже на уровне системы сбора данных: Эти достоинства нового метода были использованы при его практическом применении в крупномасштаб-;. ном эксперименте ZEUS на ускорителе HERA.

3. Разработана и внедрена методика калибровки детектора переход-, ного излучения ZEUS в условиях действующего эксперимента при помощи минимально ионизирующих частиц, обеспечивающая корректировку функции отклика детектора непосредственно в ходе набора ..экспериментальных данных! . ."' . . •'••'"■".i

4. Предложен и реализовав алгоритм обработки сигналов ДРПИ ZEUS на этапе выработки триггера второго уровня эксперимента ZEUS, лозво-

• ляющпй на основе нового метода существенно уплотнить данные с ДРПИ в общем информационном потоке эксперимента.. •. ;

5. В процессе набора экспериментальных данных в эксперименте ZEUS определена рсжекшюнная способность ДРПИ ZEUS при применении раз- . личных методов обработки инфирмашш. включая метод измерения длительности с игналов выше порога. Показано, что применение нового ме- -тода улучшает выделение электронов на адронном фоне. На основе нового метода разработан алгоритм идентификации электронов при одновременной регистрации переходного излучения и логарифмического роста ионизационных потерь ДРПИ ZEUS п испльзовашш его в качестве до-.

И»

полшггсльяого координатного детектора. Продемонстрированы возможности разработанного алгоритма идентификации на пример выделения событий рождения .//Ф-частиды в реакции рассеяния электронов на протонах ер —♦ —> с+е~): '6. Разработанные методики калибровки, on-line и off-line обрабо тки . данных сделали возможным использование ДРПИ ZEUS для анализа физической информации эксперимента ZEUS.

Список основных публикаций

1. D.Girngricli,... V.Bashkirov et. al.,

ATLAS, Letter of Intent, CERN/LHCC/I2, 1 Octol)er 1992

2. V.Commishau,'... V.Baslikirov et al.,

RD-6 Status Report, CERN/DRDC/93-46,9 November 1993.

'.".3. V.Coimnishau,... V.Bashkirov et al., In: Experiments at CERN in 1994, CERN, Geneve(1991)323

4. M.Derrkk,.;. V.Baslikirov et. al.,

Inclusive Transverse Momentum Distributions of Charged Particles., Zeitschrift f. Physik, С 67 (1995) 227

5. M. Derrick,... "V.Baslikirov et al.,

Exclusive RhoO Production in Deep Inelastic Electron - Proton Scattering at HERA

Pliys.Lett. B35G:€01-G1G,1995.

6. M.Denick,... V.Baslikirov et, al.

Measurement, of the Cross-section foF the reaction Gannna P —> Л/Psi P with

the ZEUS Detector at, Hera,

Physics Letters В 350 (1995) 120-134 '

7. V:Bashkirov, B.Dolgoshein, A.Stifutkin.

Test-beam performance of the ZEUS TRD straw-tube prototype,

ZEUS Note 95-03, DESY 1995, WWW: http://w%vw-wus-desy.de//,eiis Jiot.es/

ZEUS_NOTES/ZEUS-95-03.ps

8. M. Derrick,... V.Baslikirov et al., Measurement of Elastic RhoO Photoproduction at HERA, Z.Phys.C69:39-54,1995.

9. M. Derrick,... V.Baslikirov et al.,

Study of Elastic RhoO Photoproductiou at HERA Using the ZEUS Leading

Proton Spectrometer,

DESY Reports, DESY-96-183, 199G.