Измерение инклюзивного сечения фоторождения ρ(770)°, K*(892)° и φ(1020) мезонов на ep коллайдере HERA в эксперименте H1 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

Кропивнкцкая Анна Владимировна

Измерение инклюзивного сечения фоторождения р(770)°, К*{892)° и 0(1020) мезонов на ер коллайдере HERA в эксперименте Н1

специальность 01.04.23 - физика высоких энергий

на правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2009

003468048

УДК 539.126

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

Защита состоится 19 мая 2009 г. в 11 часов на заседании диссертационного совета Д 201.002.01 в конференц-зале ГНЦ РФ ИТЭФ по адресу: г. Москва, ул. Б. Черемушкинская д. 25.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИТЭФ.

Автореферат разослан 17 апреля 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного сопрта

Научный руководитель: доктор физ.-мат. наук А. А. Ростовцев

(ГНЦ РФ ИТЭФ, г. Москва)

Официальные оппоненты: доктор физ.-мат. наук Л. К. Гладилин

(НИИЯФ МГУ, г. Москва)

доктор физ.-мат. наук В. Б. Гаврилов (ГНЦ РФ ИТЭФ, г. Москва)

Ведущая организация:

МИФИ (г. Москва)

кандидат физ.-мат. наук

1. Общая характеристика работы

В диссертации описывается измерение инклюзивного недифракционного сечения фоторождения р(770)°, К*(892)° и <р(1020)-мсзонов на лептон-протонном коллайдере HERA в эксперименте Н1, Эти измерения были сделаны, используя данные, собранные на детекторе Н1 в 2000 году при столкновении позитронов с энергией 27.6 ГэВ с протонами с энергией 920 ГэВ при энергии центра масс в ер-системе 319 ГэВ или в 7р-системе (W) — 210 ГэВ. Данные, отобранные в этот период, соответствуют интегральной светимости С = 36.5 пб-1. Дифференциальное сечение рождения мезонов было изучено как функция поперечного импульса и быстроты и проведено сравнение с моделями, описывающими рождение адронов.

1.1. Актуальность темы диссертации

Рождение долгоживущих адронов и резонансов при высоких энергиях детально было изучено в электрон-позитронных столкновениям (е+е~) на ускорителе LEP, используя распады 2°-бозонов. Измерения при высоких энергиях в адрон-адронных столкновениях в большинстве случаев ограничены долгоживущими адронами и частицами с тяжелыми кварками. Недавно рождение р{770)°, А"*(892)° и ф{1020) адронных резонансов было измерено в тяжелых ионах и протон-протонных (рр) столкновениях на коллайдере RHIC. Одной из основных задач этих измерений на RHIC является поиск кварк-глюонной плазмы, которая может изменять массу мезонов и их сечение в зависимости от плотности сталкивающейся ядерной материи. Интересным в этом случае является изучение рождения р(770)°, К*(892)° и $(1020)-мезонов на электрон-протонном (ер) коллайдере HERA, который позволяет изучать рождение частиц в квази-реальных фотон-протонных (•ур) соударениях, где ядерная плотность намного меньше, чем на RHIC. Эти измерения особенно актуальны, так как энергия столкновений в 7р-реакциях на HERA приблизительно такая же, как и энергия центра масс сталкивающихся ядер на RHIC.

1.2. Цель диссертационной работы

Целью диссертации являются измерение инклюзивного сечения фоторождения р(770)°, А"" (892)° и 0(1О2О)-мезонов; изучение формы дифференциальных сечений этих мезонов в зависимости от поперечного импульса рт и быстроты yta.b] сравнение результатов с данными, полученными на эксперименте RHIC, и с моделями по рождению адронов PYTHIA и PHOJET; анализ спектров заряженных частиц в "/р, рр и золото-золото (Au-Au) столкновениях при разных энергиях столкновения в системе центра масс.

1.3. Научная новизна

Разработана методика измерения инклюзивного недифракционного сечения фоторождения /э(770)°, Ä"*(892)° и ^(1020)-мезонов при высоких энергиях. Впервые проведены измерения инклюзивного сечения р(770)°, К* (892)° и <^>(1020)-мезонов на лептон-адронном коллайдере HERA.

На примере р(770)°-мезона было показано, что учет эффектов Бозе-Эйнштейна корреляций (БЭК) качественно и количественно объясняет наблюдаемое в эксперименте Н1 искажение формы короткоживущих адронных резонансов.

Впервые использована dE/dx идентификация каонов в эксперименте Н1. Разработан и апробирован метод подсчета эффективности dE/dx отбора для каонов.

Проведен систематический поиск закономерностей в спектрах заряженных частиц, рожденных в -/р. рр и Au-Au взаимодействиях при высоких энергиях.

1.4. Результаты, выносимые на защиту

1. Первое измерение инклюзивного недифракционного сечения рождения р(770)°, Ü'*(892)0 и <£(1020)-мезонов на ускорителе HERA. Сравнение полученных результатов с данными с ускорителя RHIC и модельными предсказаниями.

2. Разработка метода подсчета эффективности dE/dx идентификации каонов в эксперименте Н1.

3. Систематический анализ закономерностей, наблюдаемых в измеренных спектрах заряженных частиц, рожденных в 7р, рр и Au-Au взаимодействиях при высоких энергиях.

1.5. Апробация работы и публикации

Материалы, изложенные в диссертационной работе, опубликованы в [1-6], докладывались на совещаниях международного сотрудничества Н1, а также на международных конференциях, включая БКОЗ (Санкт-Петербург, Россия), РНС)Т(Ж2005 (Варшава, Польша), КМВОа (Гамбург, Германия), на научной сессии-конференции секции ЯФ ОФН РАН (ИТЭФ) в 2004 и 2007 годах, на международных школах Зимняя Школа ИТЭФ в 2003 году и 8иЗЗР58 (Санкт-Эндрю, Шотландия) в 2004 году.

1.6. Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Ее объем составляет 102 страницы, включая 39 рисунков и 5 таблиц. Список цитируемой литературы состоит из 59 наименований.

2. Краткое содержание диссертации

Во введении описывается актуальность проблемы, формулируется тема исследования и приводится план расположения материала.

В первой главе обсуждается феноменология ер-рассеяния.

В Стандартной модели протон не является элементарной частицей и состоит из кварков и глюонов. Обычно структура протона описывается набором структурных функций. В области средней и низкой фотонной виртуальности С}2 (ф2 « М§) имеет силу предположение чистого 7-обмена без учета вклада £°-6озона.

На коллайдере НЕПА существуют две основных кинематических области: фоторождение (С}2 ~ 0 ГэВ2) и глубоко-неугтругое рассеяние, ГНР ((¿2 > 1 ГэВ2). В данной работе изучается рождение мезонов в процессе фоторождения.

При фоторождении фотон, участвующий в обмене, можно считать квазиреальным, так как его виртуальность мала: ф2 « 0 ГэВ2. Это позволяет разделить ер-рассеяние на излучение фотона электроном и на рассеяние реального фотона на протоне. Поэтому ер-рассеяние можно представить в виде:

(Ч

где ст7р - сечение рассеяния реального фотона на протоне с энергией Еу — уЕе, а /тр(у, <32) - вероятность того, что электрон излучит фотон с виртуальность <22 и долей импульса у.

В Квантовой Хромодинамике (КХД) процесс рассеяния можно условно разделить на две области в зависимости от величины переданного импульса. Жесткие процессы с большой передачей импульса, рождением струй и частиц с большой поперечной энергией можно описать в рамках пертубативной КХД (пКХД), Остальные процессы, относящиеся к области мягких взаимодействий, в настоящее время описываются набором феноменологических моделей, параметры которых извлекаются из экспериментальных данных.

Процесс адронизации происходит на больших расстояниях, и поэтому, не может быть описан в рамках пКХД. Для этого необходим феноменологический подход. Измерение инклюзивного сечения р°, К*0 и ф-мезонов обеспечит дополнительную информацию для моделей адронизации. Монте Карло моделирования PYTHIA и PHOJET, используемые в этой работе для генерации событий фоторождения, основаны на модели струнной фрагментации Lund, реализованной в JETSET. В этой модели цветовое поле между двумя цветными объектами (кварками) сжимается в трубку подобно струне и быстро увеличивается с ростом расстояния между кварк-антикварковой парой. Струна разрывается как только энергия цветового поля достигает значения, при котором рождается кварк-антикварковая пара. Этот процесс продолжается до тех пор, пока не исчерпается доступная энергия, после чего образуются связанные бесцветные состояния.

Для описания данных по фрагментации партонов были использованы параметры настройки моделирования, полученные в эксперименте ALEPH. Эффекты БЭК на спектр инвариантной массы одинаково и противоположено заряженных пионных пар были учтены в Монте Карло моделировании, используя параметризацию функцией Гаусса. Эффект БЭК известен как увеличение вероятности рождения пар идентичных бозонов, например пионов, с одинаковым импульсом. Так как БЭК искажает распределения пар одинаково заряженных пионов, то этот эффект влияет и на распределения пар пионов с противоположенным зарядом, но уже в меньшей мере. Продукты распадов резонансов с коротким временем жизни, например /э(770)°-мезон, распадающийся в 7г+7г~-моду, также участвуют в БЭК, искажая тем самым форму резонансов.

Спектр заряженных частиц по поперечному импульсу р? при больших значениях рт может быть предсказан в пКХД, в отличие от области малых Рт, соответствующей мягким взаимодействиям.

Инвариантное сечение рождения частиц можно выразить через

функцию, зависящую от поперечного импульса мезона рт и его быстроты у lab, предположив азимутальную симметрию. Адроны, рожденные в адронных столкновениях, приблизительно равномерно распределены в области центральных быстрот, в то время как распределение поперечного импульса резко спадает с увеличением рт. Оказалось, что дифференциальное инвариантное сечение рожденных мезонов возможно описать одновременно как в мягкой, так и в жесткой областях взаимодействий при помощи распределения, подчиняющегося степенному закону

1 d2°lv = А TT dp2Tdyiab (¿To+.Ef1)" '

где Ejtn = у/тпд + pj — то - поперечная кинетическая энергия, гпо -номинальная масса адрона, А - нормировочный параметр и Ет0 ~ свободный параметр. При малых значениях величины Ejn функция (2) ведет себя как распределение Больцмана ехр(—Е^п/Т), с Т — E^Jn. Подобное экспоненциальное поведение адронного спектра можно объяснить в рамках термодинамической картины рождения адронов. В этом случае параметр Т играет роль температуры, при которой происходит адронизация. При больших значениях величины Ёу" параметром Ет0 можно пренебречь. В рамках КХД показатель степени п определяется как результат свертки функции плотности распределения партонов сталкивающихся частиц с дифференциальными сечениями партон-партонных взаимодействий. Предположив, что рт и уыь независимые переменные, нормировочный коэффициент А можно связать с дифференциальным сечением da/dyiab, вычисленным во всей области рт, следующим выражением:

оо оо

: [ <Р°7Р ф2 = 7

J dpldyiab т J

da f ipo™ , , f Aiг

i

которое дает

dyiab J dp2Tdyiab п J {ETo + E*in)n о о

dpT ,

^У1оЪ 2тг(Бг0 + {п - 2)гщ) Проведенный систематический анализ измеренных спектров заряженных частиц, рожденных в 7р, рр и Аи-Аи взаимодействиях при высоких энергиях, показал, что эти спектры не только починяются степенному закону (2), но и обладают некоторыми дополнительными свойствами. На рис. 1 представлено распределение параметра Т как функция показателя степени п, измеренное для заряженных частиц, рождающихся в 7р, рр

>

0.18

^ - TP <W> = 210 GeV ф- pp Vs = 53-1800 GeV |-AuAuVsnn = 200 GeV

0.14

0.16

0.12

0.1

0.08

12.5

7.5

10

П

Рис. 1: Распределение параметра T = Er0fn как Функция показателя степени п, извлеченное из подгонки дифференциальных сечений заряженных частиц функцией, подчиняющейся степенному закону (2), и измеренных в тр, рр и Au-Au столкновениях.

и Au-Au столкновениях. Как видно из рисунка, в рр-еоударениях при увеличении энергии центра масс л/s, параметр Т также увеличивается, а показатель степени п уменьшается. Если же сравнивать рождение адронов в 7р, рр и Au-Au столкновениях при фиксированной y/s, параметры Тип увеличиваются с усложнением системы сталкивающихся частиц.

Во второй главе приводится детальное описание ускорителя HERA и детектора Н1.

Ускоритель HERA является первым в мире лептон-протонным коллайдером. Основным элементом установки Н1, используемым в этом анализе, является центральный трековый детектор, окруженный калориметром на жидком аргоне LAr.

Центральный трековый детектор состоит из двух центральных дрейфовых камер (CJCs: CJC1 и CJC2), центрального кремневого детектора и центральных внутренней и внешней z-камер. Центральный трековый детектор измеряет поперечный импульс рт заряженных частиц с точностью врт/Рг ~ 0.005 • рт[ГэВ] ф 0.015. Идентификация заряженных частиц в детекторе Н1 основывается на измерении ионизационных потерь dE/dx в дрейфовых камерах.

Измерение ионизационных потерь ¿Е/с1х частиц позволяет идентифицировать частицы, например каоны, благодаря тому, что значение ¿Е/(1х в заданной среде зависит только от /3 = р/Е и не зависит от ее массы и импульса по-отдельности. Является ли частица каоном, определяется при помощи метода максимального правдоподобия, ЬН%. Если частице была приписана правильна я массовая гипотеза, то распределение ЬН ожидается плоским в идеальном случае. Неправильная же массовая гипотеза приводит к концентрации частиц около ЬН — 0. В действительности распределение ЬН отличается от плоского, поэтому, для определения каонной гипотезы, будет использоваться нормализованная функция максимального правдоподобия ЬЫк, которая определяется следующим образом:

Шк = ЬНК + ЬНР + ЬНГ + ЬНе + ЬНд + ЬНн '

где ЬНР - гипотеза протона, ЬНп - пиона, ЬНе - электрона, ЬН^ - мюона, ЬНй - дейтрона. Нормализованная функция максимального правдоподобия ЬЫК позволяет точнее отделить главную гипотезу от других.

Система светимости детектора Н1 состоит из кристаллических Черенковских калориметров, расположенных близко к траектории пучков на определенном расстоянии от детектора Н1 по направлению движения позитронов. Светимость измеряется с помощью регистрации процессов Бете-Блоха ер —► е'р/у, сечения которых известны с большой точностью. Рассеянные позитроны регистрируются в позитронном таггере. Фотоны регистрируются в фотонном таггере. Для оперативного определения светимости используется измерение частоты совпадения сигналов в обоих таггерах. Погрешность измерения светимости в этом анализе не превышает 2%. Позитронный таггер используется для отбора событий фоторождения с помощью триггера и для регистрации позитронов, которые рассеиваются на очень маленький угол в этих событиях. В позитронном таггере можно зарегистрировать событие с <32 < 0.01 ГэВ.

В третьей главе диссертации представлена методика отбора р(770)°, К*(892) и <£(1020)-мезонов и оценка эффективностей отбора. Также описывается метод определения эффективности ¿Е/йх идентификации каонов.

Для отбора событий фоторождения используется триггер 883, который требует присутствия позитрона, зарегистрированного в позитронном таггере, восстановленной вершины события и наличие, по крайней мере,

трех треков в CJCs с поперечным импульсом рт > 0.4 ГэВ для каждого из них. Виртуальность фотона экспериментально ограничена значением Q2 < 10~2 ГэВ2. Энергия, измеренная в позитронном таггере, используется для определения полной энергии 7р-столкновения IV. Требования триггера подавляют упругие и дифракционные события. Чтобы еще сильнее подавить вклад дифракционных процессов в отобранных данных, требовалось выделение энергии, по крайней мере, 500 МэВ в области калориметра LAr с псевдобыстротой 2.03 < т) < 3.26. Из Монте Карло моделирования было видно, что после применение этого требования, отобранные данные включают в себя меньше 1% дифракционных событий с Хр < 0.05, где Хр = Mx/W2, Мх - инвариантная масса адронной дифракционной системы. В общей сложности, около 1.8 х 10б событий удовлетворяют описанному отбору.

Для коррекции данных по эффективности и аксептенсу детектора использовались три разных вспомогательных класса событий:

• Монте Карло моделирование при помощи генератора PYTHIA,

• Монте Карло моделирование при помощи генератора PHOJET,

• данные, отобранные, используя независимые триггера.

Для измерения сечения частиц необходима детальная симуляция отклика детектора Н1. События фоторождения, смоделированные при помощи PYTHIA и PHOJET моделей, были пропущены через моделирование детектора Н1, на основе GEANT через такую же реконструкцию и анализ, как и данные.

Сечение р(770)°, К*(892) и <£(1020)-мезонов, посчитанное в этой диссертации представлено в 7 интервалах по поперечному импульсу (рг) и в 4 интервалах по быстроте в видимой области |y;af,| < 1 и рт > 0.5 ГэВ. В табл. 1 представлены основные требования для каждого интервала.

Эффективность триггера ess3, используемого в этом анализе, включает в себя три основные фактора:

ÊS83 = O-etag ' «S ' Etrig , (5)

где aetag - усредненный аксептенс позитронного таггера равный 48.5 ±2.4%. Эффективность позитронного таггера считается 100%. аз - триггерный аксептенс, требующий наличия по крайне мере трех треков с рт > 0.4 ГэВ, реконструированных из первичной вершины взаимодействия в CJC1 и в CJC2 одновременно. Он подсчитан, используя Монте Карло моделирование

Таблица 1: Анализируемые кинематические интервалы для р(770)°, А"*(892) и 0(1020)-мезонов. б1" - угол поляризации ЛГ'(892)-мезона, т.е. угол между направлением 892)-мезона и каоном в системе покоя К*(892)-мезопа в распаде К* (892) —> К ж.

Рт интервал в ГэВ дополнительные требования

[0.5 : 0.75] К"*(892) и 0(1020): dE/dx для каонов, 1С (892): cosfl* < 0

(0.75 :1.0] К'(892) и ф(1020): dE/dx для каонов

1.0 : 1.5 К'(892) и 0(1020): dE/dx для каонов

1.5 : 2.0 -

2.0 : 3.0 -

3.0:4.0 -

4.0 : 7.0 -

Уиь иптервал дополнительные требования

[-1.0 : -0.5] К' (892) и 0(1020): dE/dx для каонов, К'(892): cos в" < 0

[-0.5 : 0.0] К'(892) и 0(1020): dE/dx для каонов, К' (892): cos 9* < 0

[0.0 :0.5] К'(892) и 0(1020): dE/dx для каопов, К' (892): cos (9* < 0

[0.5 : 1.0] К* (892) и 0(1020): dE/dx для каонов, if* (892): cos0* < 0

с PYTHIA и PHOJET и варьируется от 50% до 95%. б(г,3 - триггерная эффективность, подсчитанная из данных, используя независимые триггера, и равна примерно 90%.

Мезоны были измерены, используя следующие распады: р(770)° -> 7г+7г~, К*(892)° К+тГ или Т(892)° -> К~тг+ 1 и ф( 1020) -> К+К~. Заряженные треки, реконструированные в CJCs с Рт > 0.15 ГэВ и с псевдобыстротой |ту| < 1.5, рассматривались как пионные и каонные кандидаты. Эффективность реконструкции мезонов сгес, включающая в себя геометрический аксептенс и эффективность реконструкции треков, подсчитана, используя Монте Карло моделирование и варьируется от 45% при малых импульсах до 90% при больших импульсах.

Так как большинство заряженных частиц в ер-соударениях - пионы, то попыток отделить пионы от каонов, предпринято не было, в то время как критерии dE/dx идентификации заряженных каонов были применены для наблюдения сигналов К*0 и </>(1020)-мезонов, что позволило значительно улучшить сигнал по сравнению с фоном

'Далее, обозначение А'*0 будет использоваться как для К*°, тах и для JT -мезонов, до тех лор, пока это не будет оговорено иначе.

для мезонов с низким рт {рт < 1-5 ГэВ), где dE/dx-рэзрешепие обеспечивает хорошую идентификацию частиц. Для мезонов с высоким рт (рт > 1.5 ГэВ) dE/dx метод не эффективен, поэтому идентификация частиц не применяется. Реконструированные нейтральные мезоны ограничены в следующей области быстроты: < 1.

Для извлечения р°, К*0 и 0(1020) сигналов распределения инвариантных масс продуктов распадов подгонялись при помощи следующей функции, состоящей из трех частей:

F{m) = ß(m) + ^R(m) + ^5(m). (6)

Слагаемые в этом выражении соответствуют комбинаторному фону Б(тп); скрытым резонансным эффектам, определенным как отражения R(m) и сигналу S[m), соответственно.

Комбинаторный фон описывается следующей формой

B(m) = (ао + aim + агт2 + а3т3) • m(hfhf),

где а0, аь аг и а3 - свободные параметры, mQifh^) - это распределение инвариантной массы го(тг±7г±) и m(Ji±7r±) для р° и для К*0 соответственно. Форма комбинаторного фона для $(1020) описывается функцией

B(m) = bi(m2 - 4т2к)Ь2е~ЬзТЛ,

где Ь\, 62 и Ьз - свободные параметры и гпк - масса каона.

Второй член в (6) представляет собой сумму отражений.

Например, заряженные частицы из распада К*0 —► К'±ттт с неправильно определенным каоном как заряженным пионом дадут характерную структуру, напоминающую резонансный пик, в массовый спектр т{-к+ъ~), которая должна быть рассмотрена как отдельный вклад. В дополнение к этому, в интересующей нас области спектра гп(ж+тх~) существуют еще два вклада: от распада ш{782) —> тт+к~ и распада о»(782) —>7г+тг-7г°, в котором 7г° не зарегистрирован. В спектре m(K:i:тг^) наблюдается пять основных отражений: из распада ра —> 7г+7г- с 7Г+ или с тг~, идентифицированным как заряженный каон; из распада w(782) —► ж+тг~ и распада ш(782) —»тг+тг'тг0, в котором 7г° не зарегистрирован, и с 7г+ или с тг~, идентифицированным как заряженный каон; из распада ф(1020) —► К+К~ с одним из каонов, идентифицированным как заряженный пион и самоотражение от К*0, где пион и каон перепутаны. В интересующей нас области спектра т(К+К~) нет вклада от отражений. Форма отражений была взята из Монте Карло

Рис. 2: Инвариантная масса двух пионов с противоположенными знаками заряда после вычитания инвариантной массы двух пионов с одинаковыми знаками заряда, нормированная на полное количество входов. Сплошная и прерывистая линии показывают Монте Карло моделирование с генератором РУТН1А с учетом и без учета ВЭК соответственно.

моделирования. Вклад отражений от р°, К*0 и 0(1020) связан с их выходом, определенным в этой работе и подсчитанным, используя метод итерации. Выход ы(782)-мезонов связан с р° и варьируется в переделе 1.0 ± 0.2, который был установлен при измерении ¿¿>(782)//?° отношения в адронных столкновениях других экспериментов и в распадах £°-бозонов.

Функция 5(т), используемая для описания сигнала в (6), является сверткой релятивистского Брайт-Вигнера с функцией разрешения детектора. Из результатов Монте Карло моделирования следует, что разрешение детектора можно описать при помощи нерелятивистского Брайт-Вигнера.

Для р°-мезона разрешение детектора значительно меньше, чем его натуральная ширина. Однако БЭК сильно искажают форму р° из-за взаимодействия пионов распада р° с другими пионами из события. БЭК играет главную роль в уширении пика массы р°-мезона и в его сдвиге в область меньших масс. Похожий эффект был наблюден в столкновениях рр и тяжелых ионов на ЛН1С и в е+е~-столкновениях на ЬЕР, используя распады 2°-бозонов. Тем не менее, очень важно проверить, что Монте Карло моделирование, используемое для подсчета сечений, описывает ди-пионный спектр в данных. Спектр данных и спектр Монте Карло моделирования с учетом и без учета эффекта БЭК показаны на рис. 2. Оказалось, что Монте Карло моделирование с учетом ВЭК значительно лучше описывает данные в ди-пионном спектре в области сигнала р°-мезона,

>

»

2

m

N

La

0) а

и ф

хЮ 8000

6000

4000

х 10

Ф 2000

Н1 а)

1 Hl Data

' /____ \ .....B(rn)

F(m)

I I i i i

0.5 0.75 1

1.25 1.5

•V«-IGeV]

x 10

>

о S 10000

№

CM 8000

l.

Ш

а 6000

ia

®

4000

с

ф 2000

_ H1 K'° c)

L + Hl Data

- F(m)

B(m)

all refl.

K'° Signal

1.25 1.5 тл-[СеУ]

1.02 1.04 1.06 т^к-tGeV]

f7r- (а и 6), tf*^ (с) и Л4 (d).

0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2

mKV[GeV]

Рис. 3: Инвариантная масса спектров: Сплошные кривые показывают результат подгонки функцией F(m); прерывистые линии соответствуют вкладу комбинаторного фона В(т). На Ь), данные и подгонка функцией F(m) показаны после вычитания комбинаторного фона В(т); пунктирные и штрихпунктирдые линии показывают вклады от и и К* отражений соответственно. На с), пунктирная линия соответствует вкладу от отражений и штрихпунктирная линия - вкладу от К* сигнала. На d), пунктирная линия соответствует вкладу от ф сигнала.

чем моделирование без учета БЭК.

Результаты подгонки функцией (6) данных инвариантного спектра р°, К*й и (£(1020)-мезонов показаны на рис. 3. Для р°-мезона были учтены сигналы от /о(980) и /2(1270)-мезонов и подогнаны функцией релятивистского Брайт-Вигнера. Из-за слабого сигнала и сложного комбинаторного фона, /о(980) и /г(1270)-мезоны не анализировались в этой работе.

Для определения эффективности ¿Е / ¿х идентификации каонов

) 0.3 < pie- < 0.4 беУ

30000 25000 20000 13000 10000 5000

de/dx for Ю

a)

__L

2000 1S00 1000 500

0.B8 1 1.02 1.04 1.00 1.08 1И

M0CK-),GeV

+ + ^

-1 -0.5 0 0.5 1

cos(e*)

dE/dx for K'and K" cos(9*) <;0

d)

dE/dx for 1С cos(6*)< 0

200 100

0.9B 1 1.02 1.04 1.06 1.08 1.1

О + +

; ++++ ++

0.98 1 1.02 1.04 1.0S 1.0» 1.1

Рис. 4: На рис. a) представлена инвариантная масса М(К+К~) в области 0(1020)-мезона, для К^ была применена dE/dx идентификация с LNk > 0.05. На рис. 6) представлепа поляризация cos в* в области близкой к массе 0(1О2О)-мезона (1.01 < М(К+К~) < 1.03 ГэВ). На рис. с) показано определение угла поляризации О* 0(1О2О)-мезона. На рис. d) представлена инвариантная масса М(К*К~) в области 0(1О2О)-мезона, для К~ была применена dE/dx идентификация с LNk > 0.05 и требование cos в* < 0. На рис. е) представлена та же инвариантная масса М(К+К~) как и на рис. d) с дополнительным требованием dE/dx идентификации для К~ с LNK > 0.05.

Ск используется распад 0(1О2О)-мезона в К+К~-ыору- Для подсчета Ек использовались данные, набранные с независимыми триггерами. Для подавления высокого комбинаторного фона используется dE/dx идентификация одного из каонов с требованием LNk > 0.05, например для К+. Как видно из рис. 4а) сигнал </>(1020)-мезона все еще не наблюдается. На рис. 46) показана поляризация cos в* инвариантной массы М(К+К~) в области ф( 1020)-мезона, 1.01 < М(К+К~) < 1.03 ГэВ. Угол поляризации в* ф(1020)-мезона определен на рис. 4с). Из рис. 4Ь) видно, что К+-мезон комбинируется с мягкими отрицательно заряженными частицами, создавая большой комбинаторный фон в области cos в* > 0. Для подавления данного фона вводится дополнительное требование cos6>* < 0. Инвариантная масса после этого условия показана на рис. 4d), теперь виден четкий

сигнал <^(1020)-мезона. На рис. 4е) представлена та же инвариантная масса М(К+К~) как и на рис. 4d) с дополнительным требованием dE/dx идентификации для К~ с LNk > 0.05. В данном случае эффективность для К" (сц~) определяется как отношения количества ^-мезонов из рис. 4е) к ним же из рис. id). Оказалось, что с требованием LNk > 0 05 эффективность не зависит от импульса и заряда каона и равна

ек = 0.87 ± 0.05, (7)

где ошибка является систематической.

В четвертой главе диссертации представлено измерение сечений р°, К*0 и <£(1020)-мезонов, изучение систематических ошибок и обсуждение полученных результатов.

Анализируемые данные были разделены на четыре интерпала по быстроте от —1 до 1 и семь интервалов по поперечному импульсу от 0.5 до 7 ГэВ. Инвариантное дифференциальное сечение р°, К*0 и 0(1О2О)-мезоиов в 7 интервалах по рт при быстроте |у/0&| < 1 было получено следующим образом:

1 ¿У = N(pT,yiab) ,g)

7Г dp^dyiab 7Г • £ • BR ■ Ф7 • б • Др| • Ayiab ' где N(px,yiab) - число мезонов, реконструированных подгонкой в интервалах по уыь и рт, a Ayiab = 2 и Др^ = 2р%пАрт - ширины интервалов. Коррекция на центр интервала, основанная на функции (2), была применена для определения величины поперечного момента при котором измерено данное сечение. Количество реконструированных мезонов было определенно как интеграл функции сигнала, измеренного подгонкой из инвариантной массы, для каждого мезона внутри интервала ±2.5Го от номинальной массы mg. С - интегральная светимость. Относительная ширина распада BR, используемая для коррекции сечения, была взята из Particle Data Group и равна 1, 0.67 и 0.49 для р° тг+тГ, К*0 — К^ и ф(1020) К+К~ соответственно. Интегральный фотонный поток Ф7 = 0.0127 подсчитан в приближении Weizsacker-Williams.

Дифференциальное сечение р°, Ки 0(1О2О)-мезонов в четырех интервалах по быстроте от —1 до 1 с рт > 0.5 ГэВ было получено следующим образом:

=_Е__(9)

dyiab С-BR- Ф7 • е • Д уыь'

где ширина интервала равна Ду^ = 0.5.

Эффективность е представлена в виде с = ег(,с • es83 ■ £ dE/dx, где егес -эффективность реконструкции мезонов, б да - тригерная эффективность, определенная в выражении (5). Эффективность dE/dx идентификации частиц iiBjOx — 1 Для тех интервалов, где dE/dx идентификация каонов не использовалась, см. табл. 1. tdEjtix — ек и edE/dx ~ £к Для К*0 и ф(1020) соответственно, в интервалах, где dE/dx идентификации каонов использовалась, ек определена в формуле (7).

Статистическая ошибка находится в пределах 7—15% для р°, 10—18% для К*0 и 13 —24% для </>(1020)-мезона. Получены оценки следующих вкладов в полную систематическую ошибку:

• неопределенность трековой эффективности реконструкции (4%),

• триггерная эффективность (до 6%),

• изменение ширины /о(980) приводит к неопределенности для р° (до

7%),

• неопределенность из-за процесса dE/dx идентификации каонов (6% для К"0 и 12% для <^(1020)-мезоиа),

• точность измерения светимости (2%),

• измерение параметризации комбинаторного фона (до 5%),

• вариация количества отражений (4% для р° и до 15% для К'0).

Суммарно систематические ошибки на сечение варьируются в области 10 -12% для р°, 11 -21% для К*0 и 10 -17% для ф(1020).

Инклюзивное недифракционное сечение фоторождения для р°, К*0 и ^(1020)-мезонов было подсчитано в кинематической области Q2 < 0.01 ГэВ2, 174 < W < 256 ГэВ и в видимом фазовом пространстве мезонов рт > 0.5 ГэВ и \yiau\ < 1 и равно

allJdP -» р°Х) = 25600 ± 1800 ± 2700 нб,

°ZbP - К*°Х) = 6260 ± 350 ± 860 нб,

°lUlP ФХ) = 2400 ± 180 ± 340 нб.

Первая ошибка соответствует статистической, а вторая - систематической. Здесь и далее К*0-мезон определен как сигнал от частицы и античастицы, деленный на 2.

2 3 4 5 PT[GeV]

2 3 4 5 PT [GeV]

Рис. 5: Инклюзивное дифференциальное недифракционное сечение фоторождения для р(770)°, К*(892)° и 0(1О2О)-мсзопов представлено на а) как функция поперечного импульса в |у1аь| < 1 и на 6) как функция быстроты для рт > 0-5 ГэВ. Кривая на рис. а) соответствует подгонке степенной функцией, использующей выражение (2) с п = 6.7. Отношения "data/model" показаны для Монте Карло моделирования PYTHIA (закрашенные точки) и PHOJET (пустые точки) на с) как функция поперечного импульса в |j/(0(,| < 1 и на d) как функция быстроты для рт > 0.5 ГэВ. Статистические и систематические ошибки сложены квадратично на этих рисунках.

Дифференциальные сечения фоторождения р°, К*0 и (¿ь мезонов представлены на рис. 5. Внутри анализируемого интервала по быстротам сечение резонансов не зависит от быстроты в пределах измеренных ошибок. Спектр поперечного импульса для р°, К*0 и 0-мезонов можег быть описан с помощью функции (2), где da/dyiaf, в выражении (3) соответствует усредненному значению сечения по центральным быстротам, (da/dyiab)^^. Значение степени п зафиксировано на 6.7, которое изначально было определено, используя данные по измерению спектра заряженных частиц сотрудничеством HI, и равно п — 6.7 ± 0.3. Степенное распределение с данным значением п описывает также

1 ю

Рт [<ЗеУ]

Рис. 6: Инклюзивное дифференциальное сечение фоторождения как функция поперечного импульса. Кривые на рисунке соответствуют подгонке с помощью степенной функции (2). Статистические и систематические ошибки сложены квадратично.

сечения А^-мезонов, Л°-барионов и ¿^-мезонов, измеренных на НЕБА, как это показано на рис. 6. Результаты подгонки функцией (2) для измеренного дифференциального сечения фоторождения р°, К*0 и ф-мезонов представлены на рис. 5а). В табл. 2 представлены параметры подгонки и усредненная поперечная кинетическая энергия (Е^п), усредненная поперечная энергия (¿У) = (Е!рп) + т0 и усредненный поперечный импульс {рт) = у/(Ет)2 — т\, подсчитанные, используя функцию (2). Ошибки включают в себя экспериментальную погрешность на значение п. Проведено сравнение среднего значения поперечного импульса с ним же, измеренными на 1Ш1С в рр и Аи-Аи столкновениях.

Интересен тот факт, что резонансы с разными массами, временами жизни и содержанием странного кварка рождаются с приблизительно одинаковыми значениями поперечной кинетической энергии (Е^п). Это наблюдение находится в согласии с термодинамической картиной адронных взаимодействий, в которых первично рожденные адроны термолизирются во время взаимодействия. Значения (рт} для р°, К*0 и ^мезонов приблизительно одинаковые в 7р и рр-столкновениях с энергией центра масс у/1 ~ 200 ГэВ, в то время как эти все значения выше в Аи-Аи

Таблица 2: Параметры {du/dyiab) |W„,|<i и Г = Erjn для р°, Ки ф из подгонки дифференциального сечения, используя фукцию (2). Усредненные поперечные энергия (Ет), кинетическая энергия (Е?п) и импульс (рт) представлены в таблице и пропедсно сравнение с результатами с рр и Au-Au столкновениями, обнаруженными в STAR эксперименте. При HI измерепиях, статистические и систематические ошибки сложспы квадратично.

Экспер. Р° (К'й + Жи)12 Ф

IP [d<r/dylab) |WBbl<1 |нб 23600 ±2700 5220 ±600 1850 ±230

Т ГэВ 0.151 ±0.011 0.166 ±0.012 0.170 ±0.012

(Ет) ГэВ 1.062 ±0.018 1.205 ± 0.020 1.333 ±0.022

(Ерп) ГэВ 0.287 ±0.018 0.313 ± 0.020 0.315 ± 0.022

<Рт) ГэВ 0.726 ±0.027 0.811 ± 0.030 0.860 ± 0.035

РР (Рт)рр ГэВ 0.616 ± 0.062 0.81 ± 0.14 0.82 ± 0.03

Au-Au (PTIAUAvl ГаВ 0.83 ±0.10 1.08 ±0.14 0.97 ± 0.02

столкновениях.

Монте Карло модели РУТША и РНСМЕТ не описывают форму .измеренного рх спектра. Более того, в отличие от данных, рт спектр в Монте Карло не описывается степенной функцией (2). Этот факт виден на рис. 5с) и 5(1).

Измерения в видимой кинематической области для р°, К*0 и ф-мезонов, рт > 0.5 ГэВ и |у;аг,| < 1, были экстраполированы на весь спектр по рт, для того, чтобы извлечь полные инклюзивные недифракционные сечения фоторождения, используя подгонку данных функцией (2). Фактор экстраполяции оказался порядка двух. Для того, чтобы подсчитать отношение сечений, использовались усредненные значения дифференциальных сечений {йст/йу1аъ)\У111Ъ\<\ для р°, К*0 и ф-мезонов. В области быстрот |г/!аь| < 1 и во всем диапазоне поперечного импульса были обнаружены следующие отношения сечений Д:

И(К*°/р°) = 0.221 ± 0.036 ,

Я(ф/р°) — 0.078 ± 0.013 ,

Щф/К*°) = 0.354 ± 0.060 .

Данные ошибки включают в себя статистические и систематические, сложенные квадратично. Монте Карло модели РУТН1А и РНСМЕТ с параметрами, измеренными в эксперименте АЬЕРН, предсказывают отношения 0.200, 0.055 и 0.277, соответственно, которые схожи с измеренными значениями, но немного занижены.

Таблица 3: Отношение полпых сечений Л(ф/К*°) для ф и А""°-мсзонов. Отношение в 7р-соудареыиях (Н1) при {W) = 210 ГэВ сравнено с измерениями в Au-Au и в рр-взаимодействиях при ^/sjvw = 200 ГэВ при центральных быстротах. При Н1 измерениях, статистические и систематические ошибки сложены квадратично.

Измерения, эксперимент Щф/К")

7р, (W) = 210 ГэВ, |.vjob| < 1, данные HI 0.354 ± 0.060

рр, y/s = 200 ГэВ, М < 0.5, данные STAR 0.35 ± 0.05

Au-Au, v/ívw = 200 ГэВ, \у\ < 0.5, даппые STAR 0.63 ±0.15

В табл. 3 проведено сравнение отношений сечений Я{ф/К*й) с соответственными отношениями, измеренными в сотрудничестве STAR в рр и Au-Au столкновениях при ^/snn = 200 ГэВ. Анализируемые области по быстротам в сотрудничествах Hl и STAR несколько отличаются2, но измеренные отношения для рр и 7р-взаимодействий приблизительно одинаковые. Имеются указания на увеличение выхода ф-мезона в Au-Au столкновениях. Необходимо повышение точности измерений в Au-Au столкновениях для дальнейших выводов о значимости этого эффекта.

В заключении еще раз кратко сформулированы основные результаты работы:

1. Впервые измерено инклюзивное недифракционное сечение фоторождения р(770)°, К*(892)° и <£(1020)-мезонов на ускорителе HERA.

2. Дифференциальные сечения рождения этих мезонов, как функция поперечного импульса, описываются распределением, подчиняющимся степенному закону, в то время как дифференциальные сечения рождения не зависят от быстроты адрона в видимой области в пределах ошибок.

3. Оказалось, что эти резонансы с разными массами, временами жизни и содержанием странного кварка рождаются с приблизительно одинаковыми значениями поперечной кинетической энергии. Это наблюдение находится в согласии с термодинамической картиной адронных взаимодействий.

4. Было проведено сравнение полученных результатов с модельными предсказаниями. Показано, что в области малых поперечных импульсов эти модели плохо описывают экспериментальные данные.

5. Было проведено сравнение полученных результатов с данными с ускорителя RHIC. Были измерены отношения сечений R(K*°/p°), Я.(ф/р°) и П.(ф/К*°). Проведено сравнение Н(ф/К*°) с результатами, полученными в рр и Au-Au столкновениях в эксперименте STAR на RHIC. Отношение

2 Разница по быстротам между лабораторной системой и 7р-системой около двух единиц в эксперименте Hl.

R(<js/K'°), измеренное в 7р-взаимодействиях, приблизительно такое же, как и в pp. Имеется указание на увеличение выхода ф-мезона в Аи-Аи столкновениях. Необходимо повышение точности измерений в Au-Au столкновениях для дальнейших выводов о значимости этого эффекта.

6. На примере /з(770)°-мезона было показано, что учет эффектов Бозе-Эйнштейна корреляций качественно и количественно объясняет наблюдаемое в эксперименте HI искажение формы короткоживущих адрошшх резонансов. Схожий эффект наблюдается в рр и Au-Au столкновениях на RHIC и в е+е~-аннигиляции на LEP в 2°-распадах.

7. В данной работе была разработана методика измерения каопон с использованием dE/dx идентификации в эксперименте Hi и проведено систематическое изучение закономерностей, наблюдаемых в спектрах заряженных частиц, рожденных в 7р, рр и Au-Au взаимодействиях при высокой энергии.

Публикации автора по теме диссертации

[1] F. D. Aaron, ..., A. Kropivnitskaya ef al.,, "Inclusive Photoproduction of rhoO, K*0 and phi Mesons at HERA," Phys. Lett. В 673 (March 2009) 119-126.

[2] A. Kropivnitskaya, "Light, Strange and Charm Hadron Measurements in ep Collisions as a Baseline for Heavy-Ion Physics," DESY-PROC-2009-01 (February 2009) 145-149, [arXiv:0902.0377].

[3] A. Kropivnitskaya, "Spectroscopy at HERA," Acta Phys. Polon. В 37 (2006) 899-904.

[4] A. Kropivnitskaya, "Measurements of the inclusive photoproduction of eta, rhoO, f0(980) and f2(1270) at HERA," Surveys High Energ. Phys. 18 (2003) 173-182.

[5] A. Kropivnitskaya, "Measurements of the inclusive photoproduction of eta, rhoO, f0(980) and f2(1270) mesons at HERA," *St. Petersburg 2003, DIS 2003* 613-617.

[6] A. Kropivnitskaya, "Inclusive photoproduction of light mesons at HERA," *St. Andrews 2004, Hadron physics* 397-398.

Подписано к печати 06.04.09 г. Формат 60x90 1/16

Усл. печ. л. 1,37 Уч.-изд. л. 0,99 Тираж 100 экз. Заказ 548

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

Оглавление

Введение

1 Феноменология ер-рассеяния

1.1 Стандартная модель.

1.2 Квантовая Хромодинамика.

1.3 Кинематика ер-рассеяния.

1.4 Структура протона.

1.5 Кварк-партонная модель.

1.6 Теорема факторизации и уравнение эволюции.

1.7 Фоторождение.

1.8 Структура фотона.

1.9 Процесс адронизации.

1.10 Термодинамический подход в описании спектров частиц.

1.11 Феноменологический подход в описании спектров частиц.

1.12 Монте Карло моделирование.

1.13 Эффекты Бозе-Эйнштейна корреляций.

2 Эксперимент HI на коллайдере HERA

2.1 Коллайдер HERA.

2.2 Детектор HI.

2.2.1 Центральная трековая система.

2.2.2 Калориметры.

2.2.3 Система измерения светимости и позитронный таггер

2.2.4 Триггерная система.

2.2.5 Идентификация частиц с помощью энергетических потерь dE/dx.

3 Отбор р{770)°, -К*(892) и 0(1О2О)-мезонов

3.1 Отбор событий.

3.2 Монте Карло моделирование и независимые триггера.

3.3 Кинематическая область измерений сечения рождения мезонов

3.4 Изучение свойств триггера.

3.4.1 Разложение триггерной эффективности по независимым параметрам.

3.4.2 Триггерный аксептенс а:5.

3.4.3 Триггерная эффективность etrig.

3.5 Метод определения эффективности бУ^/с^с-идентификация частиц

3.6 Реконструкция р(770)°, К* (892) и 0(1О2О)-мезонов.

4 Измерение сечений р(770)°, А"*(892) и 0(1О2О)-мезонов

4.1 Измерение сечений р°, К*(892) и ^(1020)-мезонов.

4.2 Изучение систематических ошибок.

4.3 Обсуждение результатов.

Столкновение частиц с высокими энергиями приводит к рождению большого количества адропов и дает возможность изучать процесс адронизации, в котором кварки и глюопы объединяются в бесцветные адроны. Так как большинство адронов рождаются с малыми поперечными импульсами, пертубативная Квантовая Хромодинамика не применима для описания процесса адронизации. Наиболее успешные феноменологические модели, описывающие процесс адронизации, - струпная [7] и кластерная [8] модели, параметры которых необходимо подбирать для соответствия экспериментальных измерений.

Рождение долгоживущих адронов и резонансов при высоких энергиях было детально изучено в электрон-позитронпых столкновениях (е+е~) на ускорителе LEP, используя распады Z0-6o3oiiob [9]. Было замечено искажение и сдвиг в область меньших масс формы массового спектра р(770)"-резонанса [10]. Это явление оказалось возможным практически полностью описать с помощью эффектов Бозе-Эйнштейна корреляций (БЭК).

Измерения при высоких энергиях в адрон-адронных столкновениях в большинстве случаев ограничены долгоживущими адронами и частицами с тяжелыми кварками. Недавно рождение р(770)°, /С(892)° и 0(1020) адронных резонансов было измерено в соударениях тяжелых ионов и протон-протонных (рр) столкновениях на коллайдере RHIC [11-14]. Как и в е+е~-соударениях было обнаружено уменьшение массы р(770) "-мезона, причем она медленно увеличивалась при увеличеиии поперечного импульса и уменьшалась с увеличение множественности треков в событии. Объяснениями этого явления могут быть как интерференция с 7г+тг~ комбинаторным фоном, так и искажение фазового объема из-за повторного рассеяния пионов из распада р(770)°-мезона, а также эффекты БЭК и кварк-глюонная плазма.

Интересным в этом случае является изучение рождения р(770)°, if*(892)° и ф( 1.020)-мезопов па электрон-протоыпом (ер) коллайдере HERA, который позволяет изучать рождение частиц в квази-реальных фотон-протонных (7;;) соударениях, где ядерная плотность намного меньше, чем на RHIC. Эти измерения особенно актуальны, так как энергия столкновений в 7р-реакциях на HERA приблизительно такая же, как и энергия центра масс сталкивающихся ядер на RHIC.

В этой диссертации описывается измерение инклюзивного недифракционного сечения фоторождения р(770)°, if* (892)° и 0(1О2О)-мезонов на лептон-протонном коллайдере HERA в эксперименте HI. Эти измерения были выполнены, используя данные, полученные на детекторе HI в 2000 году при столкновении позитронов с энергией 27.6 ГэВ с протонами с энергией 920 ГэВ при энергии центра масс в ер-системе 319 ГэВ или в 7р-системе (ТУ) = 210 ГэВ. Эти данные соответствуют интегральной светимости £ = 36.5 пб^1. Дифференциальное сечеиие рождения мезонов было изучено как функция поперечного импульса и быстроты и проведено сравнение с моделями, описывающими рождение адронов.

На защиту выносятся следующие результаты:

1. Первое измерение инклюзивиого недифракционного сечения рождения р(770)°, К*(892)° и ф( 1020)-мезонов на ускорителе HERA. Сравнение полученных результатов с данными с ускорителя RHIC и модельными предсказаниями.

2. Разработка метода подсчета эффективности dE/dx-идентификации каонов в эксперименте HI.

3. Систематический анализ закономерностей, наблюдаемых в измеренных спектрах заряженных частиц, рожденных в 7р, рр и Au-Au взаимодействиях при высоких энергиях.

Материалы, изложенные в диссертационной работе, опубликованы в [1-6], докладывались на совещаниях международного сотрудничества HI, а также на международных конференциях, включая DIS03 (Санкт-Петербург, Россия), PHOTON2005 (Варшава, Польша), ISMD08 (Гамбург, Германия), на научной сессии-конференции секции ЯФ ОФН РАН (ИТЭФ) в 2004 и 2007 годах, на международных школах Зимняя Школа ИТЭФ в 2003 году и SUSSP58 (Санкт-Эндрю, Шотландия) в 2004 году.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. В главе 1 обсуждается феноменология е/>рассеяния. В главе 2 описаны коллайдер HERA и экспериментальная установка HI. В главе 3 представлена методика отбора /9(770)°, К* (892) и ^(1020)-мезонов и оценка эффективностей отбора. Также описывается метод определения эффективности <1Е/с/х-идснтификации каонов. В главе 4 представлено измерение сечений р°, К*0 и ^(1020)-мезонов, изучение систематических ошибок и обсуждение полученных результатов. Заключение содержит основные результаты проделанной работы.

Заключение

1. В данной работе впервые измерено инклюзивное недифракционное сечение фоторождения р(770)°, if*(892)° и </>(1020)-мезонов на ускорителе HERA.

2. Дифференциальные сечения рождения этих мезонов, как функция поперечного импульса, описываются распределением, подчиняющимся степенному закону, в то время как дифференциальные сечения рождения не зависят от быстроты адрона в видимой области в пределах ошибок.

3. Оказалось, что эти резонансы с разными массами, временами жизни и содержанием странного кварка рождаются с приблизительно одинаковыми значениями поперечной кинетической энергии. Это наблюдение находится в согласии с термодинамической картиной адронных взаимодействий.

4. Было проведено сравнение полученных результатов с модельными предсказаниями. Показано, что в области малых поперечных импульсов эти модели плохо описывают экспериментальные данные.

5. Было проведено сравнение полученных результатов с данными с ускорителя RHIC. Были измерены отношения сечений R(K*°/p°), R((p/p0) и R(4>/K*°). Проведено сравнение R(4>/K*°) с результатами, полученными в рр и Аи-Аи столкновениях в эксперименте STAR на RHIC. Отношение R(4>/K*°), измеренное в 7р-взаимодействиях, приблизительно такое же, как и в pp. Имеется указание на увеличение выхода 0-мезона в Au-Au столкновениях. Необходимо повышение точности измерений в Au-Au столкновениях для дальнейших выводов о значимости этого эффекта.

6. На примере р(770)°-мезопа было показано, что учет эффектов Бозе-Эйнштейна корреляций качественно и количественно объясняет наблюдаемое в эксперименте Hi искажение формы короткоживущих адронных резонансов. Схожий эффект наблюдается в рр и Au-Au столкновениях на RHIC и в е+е~-аннигиляции на LEP в Z0-распадах.

7. В данной работе была разработана методика измерения каонов с использованием dE/dx-идентификации в эксперименте HI и проведено систематическое изучение закономерностей, наблюдаемых в спектрах заряженных частиц, рожденных в 7р, рр и Au-Au взаимодействиях при высокой энергии.

Благодарности

В первую очередь хочу выразить глубокую признательность своему научному руководителю Андрею Африкаповичу Ростовцеву за постановку интересных задач, создание стимулирующей научной атмосферы и постоянное внимание к моей работе.

Я благодарна М. В. Данилову, В. И. Ефременко и Ю. М. Зайцеву за организацию моих научных командировок в DESY (Гамбург) для работы в эксперименте III.

51 благодарна рецензентам моей научной работы в сотрудничестве HI Timothy Greenshaw и Eddi De Wolf за помощь в подготовке статьи [1] к печати.

Я хочу поблагодарить В. Б. Гаврилова и JI. К. Гладилипа за согласие быть оппонентами моей диссертации. Я благодарна Б. А. Долгошеину за организацию отзыва ведущей организации и М. И. Высоцкому за представление моей диссертации в диссертационном совете.

Хочу выразить благодарность группе ученного секретаря В. В. Васильеву, Е. А. Мипервиной и В. Н. Корчагиной за помощь в организации защиты моей диссертации.

Я благодарна своим коллегам из ИТЭФ О. Я. Зельдович, Д. Озерову, С. Жокину, А. Федотову, А. Петрухину, Т. Углову, А. Крохотину, Д. Ливенцову, П. Пахлову, Р. Невзорову, JI. П. Литовкиной, О. Д. Качалиной, Е. Филимоновой, С- Захарченко и Т. Токаревой за многочисленные полезные обсуждения и помощь.

Мне приятно также поблагодарить моих коллег из сотрудничества HI С. Di-aconu, A. Schoening, S. Schmitt, G. Grindhammer, D. Traynor, M. Klein, J. Gayler, J. Tnrnau, D. Pitzl, N. Berger, P. Truoel, J. Ruiz, K. Cantun, G. Contreras, A. Knutsson, A. Grabowsky, С. Глазова, С. Левоняна, О. Behnke, С. Risler, D. Mel-stead, К. Daum и К. Lipka за полезные обсуждения полученных результатов и помощь в подготовке статей к печати [1-6].

Я благодарна физическому координатору В. Mohanty из сотрудничества STAR за полезные обсуждения результатов по измерению инклюзивного рождения р°, К*0 и 0-мезонов на детекторе STAR.

Мне бы хотелось поблагодарить моих друзей Е. Сафонова, Н. Лычковскую, О. Лычковского, Ю. Гребенюк, А. Гребенюк, Д. Заборова, Н. Локтионову, М. Титова, Р. Карасеву, Е. Мурашкину, В. Мануйленко и А. Шляхову за помощь и поддержку.

Также я хочу выразить глубокую признательность всем моим учителям СШ N9 и школы "ПОИСК" г. Ставрополя и всем преподавателям МФТИ за их труд и огромный вклад своих усилий в меня как в личность.

Я благодарна И. И. Каткову, советы которого сильно помогли мне при подготовке текста диссертации.

Хочу выразить безграничную благодарность моим родителям Т. Д. Кропивницкой и В. А. Кропивницкому, моему брату Д. В. Кропивницкому и конечно же моему сыну Вите Кропивницкому, без помощи и поддержки которых эта работа вряд ли когда-нибудь увидела бы свет.

1. F. D. Aaron, ., A. Kropivnitskaya et al.,, "1.clusive Photoproduction of rhoO, K*0 and phi Mesons at HERA," Phys. Lett. В 673 (March 2009) 119-126.

2. A. Kropivnitskaya, "Light, Strange and Charm Hadron Measurements in ep Collisions as a Baseline for Heavy-Ion Physics," DESY-PROC-2009-01 (February 2009) 145-149, arXiv:0902.0377].

3. A. Kropivnitskaya, "Spectroscopy at HERA," Acta Phys. Polon. В 37 (2006) 899904.

4. A. Kropivnitskaya, "Measurements of the inclusive photoproduction of eta, rhoO, f0(980) and £2(1270) at HERA," Surveys High Energ. Phys. 18 (2003) 173-182.

5. A. Kropivnitskaya, "Measurements of the inclusive photoproduction of eta, rhoO, f0(980) and f2(1270) mesons at HERA," *St. Petersburg 2003, DIS 2003* 613-617.

6. A. Kropivnitskaya, "Inclusive photoproduction of light mesons at HERA," *St. Andrews 2004, Hadron physics* 397-398.

7. B. Andersson et al., "Parton fragmentation and string dynamics," Phys. Rept. 97 (1983) 31.

8. G.C. Fox and S. Wolfram, "A model for parton showers in QCD," Nucl. Phys. В 168 (1980) 285.

9. A. Boehrer (Siegen U.), "Inclusive particle production in hadronic decays of the Z boson at LEP-1," Phys. Rept. 291 (1997) 107, and references herein.

10. ALEPH Collab., D. Busculic et al., "Inclusive production of neutral vector mesons in hadronic Z decays," Z. Phys. С 69 (1996) 379.

11. STAR Collab., J.Adams, et al., "p° production and possible modification in Au + Au and p + p collisions at y/sjfij = 200 GeV," Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 092301.

12. STAR Collab., C. Adler et al., "K(892)* resonance production in Au + Au and p + p collisions at = 200 GeV at STAR," Phys. Rev. С 71 (2005) 064902.

13. STAR Collab., J. Adams et al., "ф meson production in Au+Au and p+p collisions at y/sjjjj = 200 GeV," Phys. Lett. В 612 (2005) 181.

14. PHENIX Collab., S.S. Adler et al., " Production of phi mesons at mid-rapidity in у/sм = 200 GeV Au + Au collisions at RHIC" Phys. Rev. С 72 (2005) 014903.

15. С. Adloff et al., " Measurement and QCD Analysis of Neutral and Charged Current Cross Sections at HERA," Eur. Phys. J. С 30 (2003) 1-32.

16. V. N. Gribov and L. N. Lipatov, "Deep Inelastic E P Scattering In Perturbation Theory," Sov. J. Nucl. Phys. 15 (1972) 438 Yad. Fiz. 15 (1972) 781].

17. L. N. Lipatov, "The parton model and perturbation theory," Sov. J. Nucl. Phys. 20 (1975) 94 Yad. Fiz. 20 (1974) 181].

18. G. Altarelli and G. Parisi, "Asymptotic Freedom In Parton Language," Nucl. Phys. В 126 (1977) 298.

19. Y. L. Dokshitzer, "Calculation of the Structure Functions for Deep Inelastic Scattering and E+E- Annihilation by Pertubation Theory in Quantum Chromidynam-ics," Sov. Phys. JETP 46 (1977) 641 Zh. Eksp. Teor. Fiz. 73 (1977) 1216].

20. E. A. Kuraev, L. N. Lipatov and V. S. Fadin, "Multi-Reggeon Processes in the Yang-Mills Theory," Sov. Phys. JETP 44 (1976) 443 Zh. Eksp. Teor. Fiz. 71 (1976) 840].

21. E. A. Kuraev, L. N. Lipatov and V. S. Fadin, "The Pomeranchuk Singularity in Nonabelian Gauge Theories," Sov. Phys. JETP 45 (1977) 199 Zh. Eksp. Teor. Fiz. 72 (1977) 377].

22. I. I. Balitsky and L. N. Lipatov "The Pomeranchuk Singularity in Quantum Chro-modynamics," Sov. J. Nucl. Phys. 28 (1978) 822 Yad. Fiz. 28 (1978) 1597].

23. М. Ciafaloni, "Coherence Effects in Initial Jets at Small q * *2/s," Nucl. Phys. В 296 (1988) 49.

24. S. Catani, F. Fiorani and G. Marchesini, "QCD Coherence in Initial State Radiation," Phys. Lett. В 234 (1990) 339.

25. S. Catani, F. Fiorani and G. Marchesini, "Small X Behavior of Initial State Radiation in Perturbative QCD," Nucl. Phys. В 336 (1990) 18.

26. G. Marchesini, "QCD coherence in the structure function and associated distributions at small x," Nucl. Phys. В 445 (1995) 49.

27. C.F. Weizsacker, "Radiation emitted in collisions of very fast electrons," Z. Phys. 88 (1934) 612.

28. E.J. Williams, "Nature of the high-energy particles of penetrating radiation and status of ionization and radiation formulae," Phys. Rev. 45 (1934) 729.

29. X. Artru and G. Mennessier, "String model and multiproduction," Nucl. Phys. В 70 (1974) 93.

30. В. Andersson, G. Gustafson, G Ingelman and T. Sjostrand, "Parton Fragmentation and String Dynamics," Phys. Rept. 97 (1983) 31.

31. B. Andersson, G. Gustafson and B. Soderberg, "A Probability Measure on Parton and String States," Nucl. Phys. В 264 (1986) 29.

32. Т. Sjostrand and M. Bengtsson, "The Lund Monte Carlo for Jet Fragmentation and E+E- Physics. Jctset Version 6.3: An Update," Comput. Phys. Commun. 43 (1987) 367.

33. T. Sjostrand, "High-energy physics event generation with PYTHIA 5.7 and JET-SET 7.4," Comput. Phys. Commun. 82 (1994) 74.

34. R. Hagedorn, "Statistical thermodynamics of strong interactions at high energies," Nuovo Cim. Suppl. 3 (1965) 147.

35. HI Collab., I. Abt et al., "Inclusive charged particle cross sections in photopro-duction at HERA," Phys. Lett. В 328 (1994) 176.

36. Hi Collab., С. Adloff et al., "Charged particle cross sections in photoproduction and extraction of the gluon density in the photon." Eur. Phys. J. С 10 (1999) 363.

37. British-Scandinavian Collab., B. Alper et al., "The Production of Charged Particles with High Transverse Momentum in Proton Proton Collisions at the CERN ISR," Nucl. Phys. В 87 (1975) 19.

38. UAl Collab., C. Albajar et al., "A study of the general characteristics of proton -antiproton collisions at Vs = 0.2 0.9 TeV," Nucl. Phys. В 335 (1990) 261.

39. CDF Collab., F. Abe et al., "Transverse momentum distributions of charged particles produced in anti-p p interactions at x/s = 630 GeV and 1800 GeV," Phys. Rev. Lett. 61 (1988) 1819.

40. PHENIX Collab., S. S. Adler et al, "Identified charged particle spectra and yields in Au+Au collisions at S(NN)**l/2 = 200-GeV," Phys. Rev. С 69 (2004) 034909.

41. Т. Sjostrand, L. Lonnblad, S. Mrenna, LU-TP-01-21, "PYTHIA 6.2 physics and manual," hep-ph/0108264, (2001).

42. R. Engel, "Photoproduction within the two component dual parton model. 1. Amplitudes and cross sections," Z. Phys. С 66 (1995) 203; PHOJET Monte Carlo generator, version 10.

43. R. Engel and J. Ranft, "Hadronic photon-photon interactions at high-energies," Phys. Rev. D 54 (1996) 4244;

44. PHOJET Monte Carlo generator, version 10.

45. ALEPH Collab., S. Schael et al., "Bose-Einstein correlations in W-pair decays with an event-mixing technique," Phys. Lett. В 606 (2005) 265; ALEPH Collab., G. Rudolph, private communication.

46. R. Brun et al., GEANT3 User's Guide, CERN-DD/EE/84-1.

47. HI Collab., C. Adloff et al., "Bose-Einstein correlations in deep inelastic e p scattering at HERA," Z. Phys. С 75 (1997) 437.

48. E. A. De Wolf, Proc. XXIV. Symposium on Multiparticle Dynamics, Vietri sul Mare, Italy (1994), eds. A. Giovannini et al. (World Scientific, Singapore 1995), p. 15.

49. Е. A. De Wolf, L. М. Dremin and W. Kittel, "Scaling laws for density correlations and fluctuations in multiparticle dynamics," Phys. Rept. 270 (1996) 1.

50. HI Collab., I. Abt et al., "The HI detector at HERA," Nucl. Instrum. Meth. A 386 (1997) 310.

51. HI Collab., I. Abt et al., "The Tracking, calorimeter and muon detectors of the HI experiment at HERA," Nucl. Instrum. Meth. A 386 (1997) 348.

52. C. Kleinwort for the HI Collab., "HI Alignment Experience", Proceedings of the "First LHC Detection Alignment Workshop", edited by Blusk et al., CERN (2006), CERN-2007-04, p.41.

53. HI Calorimeter Group, B. Andrieu et al., "Results from pion calibration runs for the HI liquid argon calorimeter and comparisons with simulations," Nucl. Instrum. Meth. A 336 (1993) 499.

54. HI Calorimeter Group, B. Andrieu et al., "Beam tests and calibration of the Hi liquid argon calorimeter with electrons," Nucl. Instrum. Meth. A 350 (1994) 57.

55. HI SPACAL Group, R. D. Appuhn et al, Nucl. Instrum. Meth. A 386 (1997) 397.

56. HI SPACAL Group, R. D. Appuhn et al, Nucl. Instrum. Meth. A 374 (1996) 149.

57. HI Collab., "Luminosity Measurement in the HI Experiment at HERA", 28th International Conference on High Energy Physics, ICHEP'96, Warsaw (1996). Abstract pal7-026, URL http://documents.cern.ch/ichep96/talk/669.html.

58. HI Collab., S. Aid et al, "Measurement of the total photon-proton cross section and its decomposition at 200 GeV center-of-mass energy," Z. Phys. С 69 (1995) 27.

59. W.-M. Yao et al., "Review of particle physics," J. Phys. G 33 (2006) 1.

60. Bonn-Hamburg-Munich Collab., V. Blobel et al., "Observation of vector meson production in inclusive pp reactions," Phys. Lett. В 48 (1974) 73.

61. OPAL Collab., P.D. Acton et al., "Inclusive neutral vector meson production in hadronic Z0 decays," Z. Phys. С 56 (1992) 521.

62. HI Collab., C. Adloff et al., "Photoproduction of K° and A at HERA and a comparison with deep inelastic scattering," Z. Phys. С 76 (1997) 213.

63. HI Collab., A. Aktas et al., "Inclusive D*] meson cross sections and Z)*±-jet correlations in photoproduction at HERA," Eur. Phys. J. С 50 (2007) 251.