Исследование рождения мюонных пар и поиск узких резонансов в двухфотонных процессах на детекторе МД-1 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РГб од

1 о и 1УЬЗ

государственный научный центр

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

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

На правах рукописи

ЖИЛИЧ Виктор Николаевич

ИССЛЕДОВАНИЕ РОЖДЕНИЯ МЮОННЫХ ПАР И ПОИСК УЗКИХ РЕЗОНАНСОВ В ДВУХФОТОННЫХ ПРОЦЕССАХ НА ДЕТЕКТОРЕ МД-1

01.04.16 - физика ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

НОВОСИБИРСК—1995

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

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

БОНДАРЬ — кандидат физико-математических наук,

Александр Евгеньевич ГНЦ РФ "Институт ядерной физики

им. Г.И. Будкера СО РАН", г. Новосибирск.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

ГИНЗБУРГ — доктор физико-математических наук,

Илья Файвильевич прфессор, Институт математики

СО РАН, г. Новосибирск.

ХАЗИН — кандидат физико-математических наук,

Борис Исаакович ГНЦ РФ "Институт ядерной физики

им. Г.И. Будкера СО РАН", г. Новосибирск.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИ- — Институт теоретической и ЗАЦИЯ: экспериментальной физики, г. Москва.

Защита диссертации состоится 1995 г.

"1Ю0 " часов на заседании диссертационного совета Д.002.24.01 щ ГНЦ РФ "Институт ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН".

Адрес: 630090, г. Новосибирск-90,

проспект академика Лаврентьева, 11.

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

Автореферат разослан " ^ " (МОЦ^р^ 1995 г.

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

В.С. Фадин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации.

Эксперименты на установках со встречными электрон-позитронными чками играют значительную роль в современной физике элементарных :тиц. Основным механизмом взаимодействия является однофотонная [шгиляция пары с последующим рождением новых частиц е+е~ —► —+ X. Наряду с этим, за последние 10 лет много результатов было тучено при изучении так называемых двухфотонных реакций типа е~ —► е+е~ + X. В этих реакциях электрон и позитрон испускают ртуальные фотоны, при столкновении которых образуется система X лептонов или адронов. Рожденная система X имеет положительную четность и не рождается напрямую в аннигиляционном канале. Элек-он и позитрон сохраняются, но теряют часть энергии и рассеиваются малый угол порядка l/у, где у - Лоренц-фактор частицы. Поэтому лее они будут называться рассеянными электронами (РЭ). Для изучения двухфотонных реакций (кратко уу —► X) используется и метода:

-tag -изучение процесса идет только по продуктам распада системы X, не принимая во внимание РЭ; gle-tag - регистрируется один из РЭ; uble-tag -регистрируются оба РЭ.

В случае double-tag параметры рожденной системы можно найти, пользуя только информацию об импульсах РЭ. Регистрация single-5 может быть использована для выделения двухфотонных событий, мерения параметров виртуального фотона и для кинематической ре-кструкции. Однако попытки регистрировать РЭ встречают большие

технические трудности. Для получения высокой эффективности необх димо регистрировать РЭ, вылетевшие под нулевым углом к основнол пучку в области, где все детекторы имеют "мертвую зону". Для это устанавливают специальные системы регистрации рассеянных электр нов (СРРЭ).

Настоящая работа посвящена опыту использования СРРЭ для из чения процессов КЭД порядка а4 и поиску узких С-четных резонанс в области масс 1 -г 4 ГэВ/с2. Полученная информация о двухфотон» ширине резонанса Г(Х —► уу) позволяет судить о внутренней стру туре частиц, в частности, важна для идентификации глюболов и друг] экзотических частиц.

Цель работы.

1. Калибровка СРРЭ детектора МД-1, экспериментальная провер ее основных параметров.

2. Измерение сечения реакции е+е~ —► е+е~ + во всех тр модах: по-, single- и double-tag.

3. Поиск узких резонансов в реакции 77 —> Я с использованием СРР

Научная новизна работы.

1. Получены разрешение по Wmv (уу) и эффективность регистрац РЭ, которые являются рекордными в этой области энергий для подобш систем регистрации.

2. Проведено измерение сечения реакции е+е~ —► e+e-/j+/i- в тр модах, результаты согласуются с расчетами по методу Monte Carlo (М(

= 1.021 ± 0.013(stat) ± 0.055(syst),

= °-988 ± 0.026(stat) ± 0.061 (syst),

""ех/^мс = L23 ± 0.18(stat) ± 0.16(syst).

Точности всех измерений на уровне лучших мировых результат Только в одной работе, кроме этой, были проделаны измерения од] временно всех трех мод, но при значительно меньшей точности.

3. В интервале масс Afres = 1 Ч- 4.3 ГэВ/с2 для узких С-четных зонансов установлен предел на величину (2 J + 1) • Г(Х —+ 77) на ypoi 10 -5- 300 кэВ. Результат отличается слабой модельной зависимостью динамики распада, так как масса резонанса определяется по двум I Для данной области энергий подобные измерения выполнены впервые

Научная и практическая ценность работы.

1. В процессе калибровки СРРЭ разработан и реализован алгоритм »ррекции систематических ошибок измерения координаты в СРРЭ. В яультате координатное разрешение улучшилось приблизительно 1.5 1за.

2. Для калибровки энергетической шкалы СРРЭ использовались со-лтиях однократного и двойного тормозного излучения. Энергия фотона мерялась детектором на основе кристалла Nal. Результаты этой ра-угы, в частности, изучение систематических ошибок в измерении энер-ш фотона, использовались в работе по калибровке монитора светимости гтектора МД-1.

3. Был проведен тщательный анализ источников фона в СРРЭ в :ловиях реального эксперимента, изучено его влияние на параметры си-гемы. Была разработана процедура адекватного моделирования СРРЭ.

4. СРРЭ использовались в экспериментах по измерению сечения реак-ии 77 —>hadr и двухфотонной ширины r/~, r¡'- и а2-мезонов. В результате роделанных калибровок и коррекций разрешение по массе мезонов за-етно улучшилось.

5. Предложен метод статистического разделения частиц в СРРЭ. •тот метод позволяет, используя только информацию из СРРЭ, оиреде-ять соотношение эффект/фон в отобранных событиях и оптимизировать словия отбора.

6. Для поиска резонансов в условиях значительного фона был пред-ожен метод анализа экспериментальных данных, позволяющий опти-[ально использовать статистику и уменьшить систематическую ошибку.

Структура работы.

Основной текст диссертации состоит из введения, шести глав и за-лючения. Текст диссертации содержит 42 рисунка, 11 таблиц и список [итературы 75 наименований.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались и обсуждались на семина->ах экспериментальных лабораторий Института ядерной физики им. \И.Будкера СО РАН, на сессиии Отделения ядерной физики РАН 1992г.), на семинаре коллаборации ARGUS (центр DESY, ФРГ, 1993г),' (публикованы в журналах Nuclear Instruments and Methods и Physics leports (послано в печать).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении содержится краткое изложение основных понят двухфотонной физики, дается описание основных кинематических о бенностей двухфотонных реакций. Отмечается важность изучения дв; фотонных реакций для спектроскопии легких мезонов.

В первой главе дается описание эксперимента, выполненного детекторе МД-1.

Детектор разрабатывался специально для изучения двухфотонн процессов, поэтому имеет поперечное магнитное поле. Это дает возмс ность регистрировать РЭ, вылетевшие под малым углом к оси пуч Магнитное поле детектора меняется пропорционально энергии пучкг составляет 1.2 Т при энергии 5 ГэВ.

Регистрация заряженных частиц производится с помощью систе! пропорциональных камер , покрывающих телесный угол 0.8 х 4ж. Г лесный угол с анализом по импульсу составляет 0.6 х 4ж, разрешен ар/р = (0.04 -Ь 0.12) • р[ГэВ/с].

Пропорциональные камеры окружены сцинтилляционными счет' ками (СС). Покрываемый счетчиками телесный угол составляет 0.9 х -Далее расположены 8 газовых черенковских счетчиков (телесный yi 0.6 х 4jt, пороговое значение 7th = 5) и система ливнево-пробежных i мер (ЛПК), которая покрывает телесный угол 0.8 х 4я\ Эффективное регистрации для фотонов равна 50% при Еу = 150 МэВ, угловое раз] шение (1 ч- 2)°, энергетическое - а(Еу)/Еу = (20.Ъ/Еу ф 12.6)%.

Система мюонных камер состоит из 60 блоков суммарной площад 124 м2. Мюонные блоки расположены за обмоткой магнита, внутри яр и за ярмом. Покрываемый ими телесный угол составляет 0.6 х 4т.

Детектор имеет систему регистрации рассеянных электронов (СРР' предназначенную для изучения двухфотонных процессов, которая i дробно описана во 2-ой главе.

Детектор МД-1 работал в период 1980-1985 гг на ускорителе ВЭП1 в области энергий 2Е = 7.2 Ч-10.3 ГэВ. Набранный интеграл светимос составил около 30 pb-1. За это время было выполнено большое ко: чество экспериментов в области квантовой электродинамики, физики мезонов и физики двухфотонных процессов.

Для отбора событий в эксперименте использовался трехуровнев триггер. При средней светимости ВЭПП-4 3 • Ю30 см-2с-1 скорость писи на ленту составляла 2-ьЗ Гц. Всего было записано около 4-107 со£ тий. Эффективность триггера была более 95% для событий е+ с~ —>ha

коло 40% для процесса е+е~ -* и (15-=-80)% для событий уу —>Ьа(1г интервале инвариантных масс IV(уу) = (0.5-6-4.5) ГэВ.

Во второй главе приводится подробное описание системы регистра-ии рассеянных электронов (СРРЭ) и описание процедуры исправления истематических ошибок измерения координаты.

Поперечное магнитное поле детектора отклоняет РЭ, излучившие у-вант, от основного пучка. Если точка взаимодействия известна, то изме-яя координату и угол РЭ в плоскости орбиты, мы можем восстановить мпульс РЭ. Энергетическое разрешение по энергии РЭ а(Ее)/Ее опре-еляется следующими факторами: многократное рассеяние на входной гальге- 1.5%-Ее/Ео\ координатное разрешение У-камер - 1Л% (Ее/Ео)2.

СРРЭ состоит из двух идентичных блоков, расположенных симме-рично по обе стороны центрального детектора МД-1. Каждый блок одержит 7 проволочных пропорциональных камер. Камеры имеют С-бразную форму, чтобы охватить вакуумную камеру и максимально при-лизить систему регистрации к орбите. Размер камер по вертикали 200 1м, по радиусу 500 мм. Входное окно системы отделено от вакуумной :амеры тонкой стальной фольгой, для защиты от фона СИ используется ловянная фольга.

Три камеры в блоке служат для измерения вертикальной (2Т) коор-тнаты, три - радиальной (У) и одна - координаты (Т), наклоненной к [лоскости орбиты под углом 45°. Координаты Z п Т определяются по юмеру сработавшей проволочки (шаг проволочек 4 и 3 мм). Для изме->ения координаты У использовались индукционные камеры, где сигнал катода снимается с помощью кабельных линий задержки (ЛЗ). Коор-(ината У на камере пропорциональна разности времен прихода сигналов [а концы ЛЗ. Катод каждой камеры разбит на 5 частей с отдельными 13, три из которых пересекают плоскость орбиты.

Во время тестовых испытаний было получено координатное разре-цение <ту около 0.15 мм, однако в реальной работе среднее разрешение ¡ыло 0.5-7-0.6 мм. Разрешение ухудшается столь сильно из-за системати-геских ошибок в калибровке зависимости Время-Координата. Источни-;ом ошибок являлись: ошибки электронной калибровки, закоротки между :оседними витками ЛЗ, краевой эффект в местах соединений ЛЗ.

Для исправления систематических ошибок использовалось Т-камера. Электроны однократного тормозного излучения (ОТИ) лежат практи-гески в плоскости орбиты, и наклонная координата Т однозначно свя-)ана с координатой У<. Для каждой У-камеры события ОТИ располога-отся узкой полосой вблизи прямой У = а • Г + (3. Отклонение средних

< Y(T) > от прямой характеризует систематические ошибки измере ния У-координаты. Полученная информация использовалась для кор рекции отклонений. После этого среднее разрешение составило ар = 0.23(е+) -j-0.27(e~) мм для заходов с низкой светимостью. При рабочи: светимостях среднее разрешение составило ар — 0.30(е+) -j-0.36(е~) mv

Третья глава посвящена описанию процедуры энергетической кали бровки СРРЭ. При этом основные параметры СРРЭ были непосредствен измерены.

Энергетическая шкала СРРЭ была откалибрована по событиям ОТИ Измеряя энергию фотона, можно найти энергию РЭ.

Для регистрации фотона использовался детектор на основе кристалл Nal(77). Калибровка детектора Nal проводилась по краю спектра ОТИ соответствующему Е1 — Е0- Полная ошибка калибровки составляв" ДЯе/Е0 1-5%.

Для дополнительной проверки использовались события упругог Bhabha рассеяния е+е~ —► е+е~. Спектр РЭ в этом случае содержи-пик при Ее = Е0 и радиационный хвост в область мепьших Ее. Вс полученные значения для (Етз.х — Eq)/Eo при разных энергиях ВЭПП 4 лежат в пределах ±2% от ожидаемого, что подтверждает точност калибровки и стабильность магнитной системы.

Измерение ширины спектра Bhabha рассеяния 'позволяет непосред ственно измерить разрешение СРРЭ. При энергии пучка Ео = 4.7 Гэ1 разрешение составляет а(Ее)/Ее = (1.75 ± .10)%.

Важной характеристикой СРРЭ, определяющей полную эффектиЕ ность регистрации, является ее аксептанс, т.е. интервал энергий излу ченных фотонов, в котором соответствующие им электроны регистри руются камерами. Используя калибровочные события ОТИ положени границ было измерено с точностью лучше 1%-Eq.

Четвертая глава посвящена анализу фонов в СРРЭ и описанию прс цедуры их реалистического моделирования.

Во время работы ускорителя в СРРЭ попадали посторонние частищ которые искажали истинную картину события. Из них главную рол играет фон ОТИ. Вероятность случайного совпадения ОТИ с двухфс тонным событием в центральной части составляет около 30%.

Для подавления фона ОТИ применялось 2 метода:

1) антисовпадение с детектором тормозных фотонов - условие анти Nal. Число фоновых событий уменьшается в 4-=-5 раз, потеря РЭ о эффекта составляет 25 — 30%;

2) отбор по углу вылета - требование (?, > 0.5 мрад, условие анти-«?г. Угловое распределение РЭ от ОТИ более узкое, чем для двухфото-нных процессов. Поэтому фон ОТИ уменьшается в 4 5 раз, потеря полезных событий 40%.

Коэффициенты подавления для фона были измерены по событиям е —>hadr и ее —► /i(i, для эффекта - по событиям 77 —+ цц.

Для корректного описания СРРЭ фоны были включены в процедуру юделирования. При этом учитывалось искажение информации в камерах [з-за случайных совпадний и уменьшение эффективности при подавле-[ии фона.

Используя описанную процедуру моделирования, мы можем рассчи-■ать результирующие параметры СРРЭ - разрешение по Winv(yy) и эффективность регистрации single-tag и double-tag.

Разрешения по энергии рассеянного электрона составляет <т(Ее)/Ее = 1.75±.10)%. Эффективность single-tag регистрации составляет (30-^50)% [ля Wvy = 0.54-4.0 ГэВ/с2.

Разрешения по инвариантной массе двухфотонной системы a{W-iy) оставляет 0.20-^0.10 ГэВ/с2 в интервале 1.04-4.0 ГэВ/с2. Систематиче-кая ошибка определения массы 8Wyy < 0.10 ГэВ/с2. Эффективность louble-tag регистрации в этом интервале составляет 0.5 10%.

Пятая глава посвящена исследованию процесса двухфотонного ро-кдения пары мюонов е+е~ —* е+е~ + .

Этот процесс является QED процессом а4 порядка, с известной ки-гематикой, сечение которого можно расчитать с высокой точностью. Некоторые проблемы возникают при учете радиационных поправок. В 1астоящее время только часть из них учтена и включена в программы моделирования (излучение РЭ), для других же (излучение мюонов) имеется только качественные оценки.

Для выделения этого процесса в no-tag моде в центральной части детектора МД-1 выбирались события, содержащие 2 частицы противо-толожного знака, компланарные с осью пучка, но неколлинеарные. Для юдавления фона от процессов ее —► ее и 77 —► ее используются ам-тлитудная информация сцинтилляционных счетчиков, а для отделения юсмических частиц - время пролета.

Было отобрано 12334 события при интеграле светимости 23.6 pb-1. Эсновные источники фона это:

77 —♦ 7г+5г~ — (14.9 ±2.2)%; 77е+е" — (3.3 ±1.2)%;

beam-gas — (2.5±1.0)%.

Эффективность регистрации процесса ее —► еерц определялась по мо делированию методом Монте Карло, с учетом рад. поправок. Интегра. светимости моделирования составил лишь 17.9 рЬ-1. После отборов оста лось 7028 событий.

Для начала отобранные события использовались для проверки СРРЭ ее энергетической калибровки и полной эффективности регистрации.

Измерив импульсы рожденных мюонов, можно найти импульсы обои: РЭ, при дополнительном условии, что поперечный импульс одного Pi равен Pt4r = 0. Различие в массах ж и ц очень слабо влияет на точност: определения энергии РЭ, поэтому события 77 —* тпт столь же хорош« подходят для проверки СРРЭ.

Для проверки энергетической калибровки в single-tag использовалс: параметр Д = (Ее- — EQ/Eq, где Ее - энергия РЭ по системе регистра ции, в отличие от - расчитанной по импульсам пары. Распределен!! по Д после подавления фона ОТИ приведено на рис. 1. Смещение по ложение пика от нуля не превышает 1.5%, что согласуется с оценко] систематической ошибки. Ширина пика близка к расчетной.

Для иллюстрации работы СРРЭ в double-tag моде приведен спект] по AMinv = 'Mmv(nfi) — Minv(77) (рис. 2). Положение пика ДМтах = —30 ± 30(stat) ± 40(syst) МэВ/с2 лежит в пределах ожидаемой ошибк!

Siaib-U«, «jiLi-Nai cut N„. 3151 ±48 N,„■»111 ж 0-91 J. .10*,

Рис. 1. Проверка СРРЭ в singletag моде. Для событий 77 —► цц измеренная энергия РЭ сравнивается с рассчитанной. 1 - подгоночная кривая, 2 - сигнал, 3 - фон.

Dotble-Utfcd cvctb Вйг» UdwrauiKi нрргеанои N«-№±14 Nt> I. - 45 ± 14 ДМ^ь 0.03 ± .OS C«V = С.28 ± .03 OV

ДИп.СеУ

Рис. 2. Проверка СРРЭ в doubletag моде. Приведено распределение по АМ-,пч = Minv(nfi) — Mjnv(77). 1 - подгоночная кривая, 2 - сигнал, 3 - фон.

калибровки по ОТИ - 6Msyet = ±100 МэВ/с2. Ширина пика совпадает с расчетной.

Для проверки полной эффективности СРРЭ при фиксированных M(/i/i) сравнивались эффективности таггирования для эксперимента и моделирования. В такой постановке события 77 —+ 7Г+7Г~ и 77 —» е+е~ не вносят систематической ошибки. Отношения ¿ех/£мс не зависят от M(/i/i) и составляют

£1х/£мс = 1.04 ± ,02(stat) ± .04(syst) — single-tag мода,

£«/емс = 1.08 ± .09(stat) ± .10(syst) — double-tag мода.

Систематическая ошибка в основном определяется точностью измерения аксептанса СРРЭ.

Отобранные события можно использовать для измерения сечения процесса ее —+ ee/j/i в трех модах - no-tag, single-tag и double-tag. Детальная информация об измеренных сечениях приведена в Таблице 1. Сравнение

Таблица 1. Результаты по измерению сечения процесса е+е~ —+ e+e~(i+fi~ в трех модах. Приведены статистические и систематические ошибки

No-tag mode Single-tag mode Double-tag mode

Число событий Фон в СРРЭ Фон в МД-1 Neхр(-П V») NMcbl -* HP) <7„,-,, nb (Гсхр/омс 12334 2791 ± 53 ± 366 9543 ±123 ±366 9347 ±163 ±348 0.404 ± .005 ± .018 1.021 ±0.013 ±0.055 5203 337 ±87 1052 ± 44 ± 144 3813 ± 100 ± 169 3857 ± 86 ± 143 0.162 ± .004 ± .007 0.988 ± 0.026 ± 0.061 385 177 ±23 42 ± 9 ± 6 166 ± 23 ± 12 135 ± 16 ±6 0.0073 ± .0010 ± .0005 1.23 ±0.18 ±0.16

спектров по Л/;пу (/ф), полученных поканальным вычитанием фона, для всех трех случаев, показано на рис. 3. Все измеренные распределения удовлетворительно согласуются с расчетными.

Сравнить результаты, полученные на детекторе МД-1, с результатами других детекторов можно по Таблице 2. Все результаты МД-1 имеют точность, близкую к лучшим мировым результатам для каждой моды. Только в одной работе, кроме МД-1, выполнены измерения для всех трех мод одновременно.

Рис. 3s. Распределение по Mmy((ifi для "чистых" событий 77 —► /i/i Фон вычтен, a) no-tag, б) single tag, в) double-tag.

Таблица 2. Результаты по наблюдению процесса 77 различных детекторах

Ц+fi

на

Детектор, 2 Ео,ГзВ Qi,r3Bi Мода Число событий Сехр/амС

дата публикации Nev

MAC 29 «0 no tag 4849 0.95 ± .015 ± .023

1983

DM1 1.5-2.0 »0 single and 197 1.10± .05±.09

1986 double tag

CELLO 35-47 >.5 single tag 1415 1.02 ±.027 ±.050

1989 double tag 28 0.93 ±.19 ±.12

AMY 50-61 «0 no tag 587 0.91 ± .038 ± .033

1990 >120 single tag 13 0.82 ±.23 ±.04

double tag 7 3.63 ± 1.37 ± .50

TOPAZ 52-61 >50 single tag 42 1.06± .16±.05

1992 double tag 3 1.07 ±.62 ±.10

OPAL 88-92 >8.0 single tag 1438 1.03 ±.03 ±.10

1993 double tag 48 1.30 ±.18 ±.14

L3 88-94 >1.4 single tag 3117 0.99 ±.018 ±.044

1994 double tag 98 1.00 ± .10 ± .09

MD-1 7.2-10 »0 no tag 9543 1.02 ±.013 ±.055

1995 single tag 3813 0.99 ±.026 ±.061

double tag 166 1.23 ± .18 ± .16

Шестая глава посвящена поиску С-четных резонансов в процессе уу —*hadr в double-tag моде.

Сечение рождения резонанса в двухфотонных процессе« прямо про-юрционально его парциальной ширине Г77. В большинстве случаев двухсотенные резонансы изучаются в no-tag моде, по продуктам распада, зарегистрированным в центральной части детектора. При этом необходимо ^регистрировать все продукты распада, что существенно уменьшает эффективность. В настоящее время достаточно детально исследованы ка-1алы реакции 77 —»hadr, содержащие 24-4 частицы в конечном состоя-ши. Подробные исследования в no-tag моде были проделаны, к примеру, з DESY на детекторах PLUTO, CELLO, ARGUS, Crystal Ball.

Примером другого подхода является работа выполненная на детекторе ТРС/27 в 1986 году (коллайдер РЕР-9, 2Е0=29 ГэВ). Его СРРЭ шела эффективность double-tag регистрации около 1% и разрешение по инвариантной массе 0.5 4- 0.2 ГэВ/с2 для W(yy) = 4 4-20 ГэВ/с2. Используя 50 pb-1 интеграла светимости было отобрано 790 double-tagged :обытий. В интервале масс 44-20 ГэВ был установлен верхний предел на величину (2 J + 1)Г77 равный 0.0404-10.0 МэВ.

Интеграл светимости, набранный на детекторе МД-1 после установки СРРЭ, составил 23 pb-1. Условия отбора в центральной части выбирались максимально простыми , чтобы обеспечить слабую модельную зависимость результата. Требовалось наличие > 3 частиц в центральной части, среди которых есть одна заряженная из места встречи. Дополнительно использовались некоторые требования для подавления событий ее —► ее(7), цц(у), нефизического пучкового фона и космических частиц.

Всего было отобрано 3 • 104 double-tagged событий, при ожидаемом количестве событий уу —>hadr около 2 • 103. Основная часть событий -это фон от пучка и процесса ее —►hadr, где double-tagging имитируется случайным совпадением ОТИ с двух сторон.

Для подавления фона ОТИ мы можем использовать 2 независимых метода: условие анти-NaI и условие анти-^ (см. ГЛАВА 4). Оптимальными для нашей задачи являются либо анти-NaI, либо оба условия одновременно.

Для консервативной оценки эффективности регистрации произвольных резонансов использовали события уу —»hadr с тремя частицами в конечном состоянии. Был учтен ряд поправок к процедуре моделирования, использованных ранее при измерении сечения реакции с(уу —+hadr). В интервале масс 14-3 ГэВ/с2 ожидаемое количество зарегистрированных резонансов составляет 24-4 при двухфотонной ширине (2J + 1) • Г77 = 1 кэВ.

Если резонанс узкий (rtot < 50 МэВ), то ширина сигнала, наблюдаемая в спектре по W(yy), будет определяться разрешением СРРЭ. Поэтому, стратегия поиска С-четных резонансов выбрана следующая: в спектре по W(yy) мы ищем на гладкой подложке пик с шириной, соответствующей расчетному разрешению СРРЭ. Количество событий в пике пропорционально величине (2 J + 1) • Г77.

Для определения числа событий в пике спектр подгонялся функцией вида

AN/AW = f(W) + Nres • Res(Mres),

где Res(Aires) _ форма сигнала для резонанса массой Мтеа, a f(W) имеет вид exp(£a„Wn).

Для оптимального использования информации был предложен следующий алгоритм подгонки. Статистика разбивалась на две независимые гистограммы с отборами aHTH-NaIaHTii-t?z и aiiTii-Nal tfz. Обе гистограммы фитируются одновременно (х2 = Xi + х\)- Форма подложки для каждой гистограммы своя, а количества резонансов связаны через известную эффективность условия анти-1?г,как N^ : N?es = : »1:2.

По массе резонанса осуществлялось сканирование с шагом 50 МэВ. В интервале Aires = 1.0 -г 4.3 ГэВ достоверного сигнала для резонанса не наблюдалось. Результаты подгонки спектров показаны на рис. 4.

Рис. 4. Спектры по №(77) Для отобранных событий 77 -Жаск: а) события после условия анти^а1; б) события после условия антн-КаГантн-1 - результат подгонки, 2 - вклад фона, 3,4,5 - ожидаемый сигнал от резонанса с Г77 = 20 кэВ.

Нанденые значениия верхнего предела (90% СЬ) для величины (23 + 1) • Г^р приведены на рис. 5 и в Таблице 3. В этой области масс подобный анализ проведен впервые.

Рис. 5. Результаты поиска узких резонансов. Приведена величина верхнего предела для (27 + 1) • Г1У (90% СЬ) в зависимости от Мгея..

Таблица 3. Значение верхнего предела на (27 + 1)Г77 [кэВ] для различных интервалов по Мге»

■Л/г« в» Upper limit, Мге,, Upper limit,

ГэВ кэВ ГэВ кэВ

1.0-1.25 92,0 2.75-3.00 13.0

1.25-1.50 9.5 3.00-3.25 24.2

1.50-1.75 12.4 3.25-3.50 34.0

1.75-2.00 39.0 3.50-3.75 329

2.00-2.25 45.2 3.75-4.00 383

2.25-2.50 44.2 4.00-4.30 191

2.50-2.75 46.4

Подобным же образом был найден верхний предел на двухфотонную ширину »7с(2980) мезона. Для нашего интеграла светимости ожидаемое количество зарегистрированных резонансов составляет М,с/Г77 = (2.6 ± .13) кэВ-1. Разрешение по IV(уу) для 3 Гэв составляет 100±10 МэВ/с2. Достоверного сигнала т)с не наблюдается. С учетом систематических ошибок калибровки энергии, эффективности и т.д. , результат составил Г(^с —► уу) < 13 кэВ на уровне достоверности 90%.

В заключении перечислены основные результаты, полученные в работе:

1. Для индукционных камер СРРЭ был разработан и реализован алгоритм исправления систематических ошибок при измерении координаты В результате координатное разрешение улучшилось ~ 1.5 раза.

2. На событиях однократного тормозного (ее —* ееу) и упругого (ее —< ее) рассеяния была проведена энергетическая калибровка СРРЭ, измерен физический аксептанс системы.

3. Для экспериментальных событий было проведено изучение фона е СРРЭ в условиях реального эксперимента, была предложена и реализована процедура его моделирования.

4. Интегральные характеристики СРРЭ за время всего эксперимента (эффективность н разрешение) были проверены на реальном двухфо-тонном процессе ее —+ ее/ф. Результаты калибровок использовались I эксперименте« по измерению сечения реакции ее —* ее+Ьаскопв и двух-фотонной ширины г], г{ и а? мезонов.

5. В рамках проверки КЭД измерено сечение процесса ее -н е+е~[1+1л~ с учетом радиационных поправок без регистрации и с регистрацией одного и двух рассеянных электоронов. Статистика зарегистрированных событий является максимальной среди всех предыдущих экспериментов. Точность измерения сечения на уровне лучших мировьп результатов.

6. С использованием СРРЭ был проведен эксперимент по поиску узкиз С-четных резонансов. В интервале Мге8 = 1.0-6-4.3 ГэВ был установлен верхний предел на двухфотонную ширину С-четных резонансов (2/ 4 1) ■ Г77 на уровне 10 -г 300 кэВ. Для данной области энергий подобные измерения выполнены впервые.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах автора:

1. V.M.Aulchenko,... and V.N.Zhilich. Proportional chambers with delay line readout in the MD-1 detector. Nuclear Instr. and Methods, A252 (1986) 267.

2. S.E. Baru,... V.N. Zhilich. Measurement of Two-Photon Widths of the 7-, rf- and a2-mesons. Z. Phys. СИ8 (1990) 581-586.

3. V.M. Aulchenko,... V.N. Zhilich. Tagging system for scattered electrons in two-photon reactions at the MD-1 detector. Preprint INP 94-12, Novosibirsk, 1994; будет опубликован в журнале Nuclear Instr. and Methods.

4. S.E. Baru,... V.N. Zhilich. Experiments with the MD-1 detector at the e+e~ collider VEPP-4 in the energy region of T-mesons. Preprint INP 95-36, Novosibirsk, 1995, будет опубликован в журнале Physics Reports.