Измерение массы тау-лептона тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

005006725

На правах рукописи

БЛИНОВ Владимир Евгеньевич ИЗМЕРЕНИЕ МАССЫ ТАУ-ЛЕПТОНА

01.04.16 - физика атомного ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

-.8 ДЕК 2011

НОВОСИБИРСК - 2011

005006725

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН.

НАУЧНЫЙ КОНСУЛЬТАНТ:

ТИХОНОВ Юрий Анатольевич

доктор физико-математических наук, профессор, Учреждение Российской академии наук Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, г. Новосибирск.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

ЗАЙЦЕВ

Александр Михайлович

ПАХЛОВ Павел Николаевич

СОЛОДОВ Евгений Петрович

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ

За:

в «

¡ан^ита диссертации состоится /6 w » часов на заседании

- доктор физико-математических наук, профессор, ГНЦ РФ "Институт физики высоких энергий", г. Протвино Московской обл.

- доктор физико-математических наук, ГНЦ РФ "Институт теоретической

и экспериментальной физики", г. Москва.

- доктор физико-математических наук, Учреждение Российской академии наук Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН, г. Новосибирск.

- Учреждение Российской академии наук, Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова, г. Гатчина Ленинградской обл.

2011 г.

заседании диссертационного совета Д 003.016.02 Учреждения Российской академии наук Института ядерной физики им. Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН.

Адрес: 630090, г. Новосибирск, проспект Академика Лаврентьева, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Учреждения Российской академии наук Института ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения РАН, г. Новосибирска

Автореферат разослан « » Н-ь&О р-Ц_2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор физ.-мат. наук, _

профессор ~ B.C. Фадин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации

Актуальность темы диссертации обусловлена тем, что в настоящее время подавляющее большинство экспериментальной информации по физике элементарных частиц поступает с установок со встречными пучками. Поэтому создание детекторов и совершенствование методов проведения экспериментов на установках со встречными пучками крайне важно для развития этого направления исследований.

Дрейфовые камеры (ДК) широко применяются при создании координатных систем современных детекторов. Пространственное разрешение больших ДК достигло 100 мкм и процесс улучшения их параметров продолжается. Поэтому обладание технологией изготовления больших ДК важно для создания детекторов для экспериментов по физике элементарных частиц.

Стоимость современных ДК доходит до нескольких миллионов долларов, а время изготовления превышает несколько лет. В процессе набора статистики, который длится 8 — 10 лет ДК подвергаются интенсивному облучению, которое приводит к радиационной деградации и выходу их из строя. Светимость ускорителей непрерывно растет и в настоящее время превышает 1034 см~2сек-1, поэтому исследование радиационного старения проволочных камер, направленное на повышение их срока службы, является крайне актуальным.

В экспериментах по прецизионному измерению масс элементарных частиц ключевое значение имеет точность измерения энергии пучка в ускорителе. Наиболее точным является метод резонансной деполяризации (РД), который был предложен и впервые реализован в ИЯФ СО РАН в 1970-х годах. Развитие метода РД в сторону повышения точности калибровки энергии пучка и точности интерполяции между калибровками, устранения наиболее опасных источников систематической ошибки при измерении энергии и автоматизации процедуры калибровки актуально для повышения точности измерения масс элементарных частиц.

Кроме метода РД на е+е~-коллайдере ВЭПП-4М в эксперименте по измерению массы т-лептона был впервые в мире применен метод измерения энергии и энергетического разброса в пучке с использованием обратного комптоновского рассеяния (ОКР) монохроматического лазерного

излучения на релятивистском пучке ускорителя с регистрацией спектра обратнорассеянных гамма квантов криогенным германиевым детектором высокого разрешения. Сейчас методика, освоенная на ВЭПП-4М для эксперимента по прецизионному измерению массы т-лептона, применяется на е+е~-коллайдере ВЭПП-2000 в ИЯФ СО РАН и с - г-фабрике ВЕРСП в Китае.

Одним из основных положений современной теории электрослабых взаимодействий является принцип лептонной универсальности. Точное измерение массы г-лептона при известных значениях его времени жизни и вероятности распада на электрон, нейтрино и антинейтрино позволяет провести проверку принципа ц — г-универсальности, что является актуальным.

Цель диссертационной работы

Проведение цикла экспериментов по физике элементарных частиц с детектором КЕДР на ВЭПП-4М позволило с лучшей в мире точностью измерить массы ф -, -0(3770)-, Г)±-мезонов и г-лептона, получить

лучшие по точности результаты при измерении произведения Г^^/ф) х Вг^/ф —>■ ее) и Гее(«//ф*) х Вг(3/ф -»• ^/х) и измерить с высокой точностью некоторые другие величины.

Создание дрейфовой камеры детектора КЕДР, работающей на димети-ловом эфире, с пространственным разрешением 100 мкм и разрешением аоЕ = 8.5%. Изучение процессов радиационного старения проволочных газовых камер, измерение влияния десорбции контрукционных материалов на радиационную стойкость ДК, обнаружение и исследование эффекта нулевого старения имеет несомненный научный и практический интерес при создании подобных систем для экспериментов на ускорителях с высокой светимостью.

Создана система прецизионного измерения энергии пучка ускорителя ВЭПП-4М методом резонансной деполяризации (РД). Точность измерения и восстановления энергии между калибровками была повышены в десять раз. Что позволило выйти на уровень точности измерения масс узких ре-зонансов 3.5 ■ 10_6 и установить новый стандарт точности измерения масс узких резонапсов.

Прецизионное измерение массы г-лептона с детектором КЕДР с лучшей в мире точностью используется для проверки принципа ц — г-универсальности, одного из важных аксиоматических допущений, заложенных в Стандартную модель.

Все это позволило сохранить полный цикл детекторных технологий и знаний, необходимых для проведения исследований в этой области физики, воспитать команду молодых ученых и инженеров и создать базу для самостоятельной реализации более амбициозных задач, таких как проект Супер с — т-фабрики в Новосибирске на энергию 2Е — 2 — 5 ГэВ со светимостью 1035см-2сек-1.

Таким образом, основными целями диссертационной работы являются:

• ввод в эксплуатацию и проведение цикла экспериментов по физике элементарных частиц в области рождения очарованных частиц и г-лептона с универсальным магнитный детектором КЕДР на е+е~-коллайдере ВЭПП-4М;

• создание дрейфовая камера детектора КЕДР;

• исследование радиационного старения газовых проволочных камер;

• создание системы для прецизионного измерения энергии пучка ускорителя ВЭПП-4М методом резонансной деполяризации;

• измерение массы т-лептона с лучшей в мире точностью.

Личный вклад автора

Автор принимал непосредственное участие во всех работах по проектированию, созданию и запуску в работу дрейфовой камеры детектора КЕДР. Активно участвовал в запуске детектора в эксплуатацию,.проведении экспериментов и является ответственным за проведение экспериментов с детектором КЕДР на ВЭПП-4М. Непосредственно проводил практически все исследования по радиационному старению дрейфовых камер. Был инициатором и непосредственным участником создания системы прецизионного измерения энергии ускорителя ВЭПП-4М методом РД. Принимал участие в освоении на ВЭПП-4М метода ОКР для непрерывного измерения энергии и энергетического разброса в пучке. Автором была проведена работа по планированию, подготовке и проведению эксперимента по измерению массы г-лептона.

Научная новизна

Впервые в мире создана дрейфовая камера детектора КЕДР, работающая на диметиловом эфире (ДМЭ). В ДК получено среднее по ячейке пространственное разрешение равное 100 мкм при длине дрейфа 30 мм.

Исследованы амплитудные поправки при проведении ионизационных измерений в ДК и достигнуто проектное разрешение аш = 8.5%.

Установлено, что используемые при измерении анодного старения процедуры некорректны и систематически занижают скорость старения. Предложена новая более корректная процедура измерения скорости старения свободная от вышеуказанных недостатков.

Проведено исследование влияния материалов на радиационную стойкость ДК с ДМЭ. Отбор материалов, используемых в ДК и газовой системе, позволил увеличить время жизни камеры более чем в десять раз.

Обнаружен и исследован ранее не наблюдавшийся эффект отсутствия старения проволочных камер и установлено влияние на его величину качества поверхности анодной проволоки.

В десять раз повышена точность измерения и восстановления энергии между калибровками методом РД. Освоена методика двухкратных калибровок энергии на одних пучках с использованием частичной деполяризации. Впервые в мире процесс калибровки энергии был полностью автоматизирован. За время экспериментов проведено более 3500 калибровок энергии, что превышает суммарное число измерений энергии этим методом, проведенных в мире ранее.

Впервые в мире на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М в эксперименте по измерению массы т-лептона применен метод ОКР для измерения энергии и энергетического разброса в пучке.

В результате эксперимента, проведенного с детектором КЕДР на ВЭПП-4М, с лучшей в мире точностью измерена масса т-лептона.

Научная и практическая ценность

Научная и практическая полезность диссертационной работы заключается в том, что полученный при проведении экспериментов с детектором КЕДР опыт может быть применен при реализации других крупных научных проектов.

Методические наработки и технологии, освоенные при создании ДК детектора КЕДР, могут быть использованы при сооружении координатных систем новых детекторов.

Результаты исследования радиационного старения проволочных газовых камер найдут применение при создании ДК детекторов для ускорителей со сверхвысокой светимостью — Супер В- а с — г-фабрик.

Достигнутая точность измерения энергии методом РД и восстановления энергии между калибровками повышена почти в десять раз. Впервые в экспериментах на встречных пучках реализован метод непрерывного измерения энергии и энергетического разброса в пучке, основанный на обратном комптоновском рассеянии. В результате был достигнут более высокий уровень точности измерения энергии пучка в ускорителе и установлен новый стандарт точности измерения масс.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Введен в эксплуатацию универсальный магнитный детектор КЕДР. С детектором на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М проведена серия прецизионных экспериментов по измерению масс и леп-тонных ширин очарованных частиц.

2. Впервые в мире создана дрейфовая камера детектора КЕДР, работающая на диметиловом эфире. В камере получено среднее по ячейке пространственное разрешение 100 мкм при длине дрейфа 30 мм. Точность измерения ионизационных потерь в камере равна а¡щ = 8.5%, что характерно для дрейфовых камер, имеющих в два раза большую измерительную базу.

3. Обнаружено, что используемые процедуры измерения радиационной стойкости проволочных камер систематически занижают скорость старения. Предложена корректная процедура и впервые в мире проведено исследование влияния десорбции материалов на радиационную стойкость дрейфовой камеры с диметиловым эфиром. Отбор материалов, используемых в дрейфовой камере и газовой системе, увеличил время жизни на порядок. За восемь лет набора статистики не обнаружено признаков радиационного старения камеры.

4. Открыт и исследован эффект влияния качества поверхности анодной проволокп на старение и предложена модель образования и роста полимерного покрытия на поверхности проволочки, объясняющая обнаруженный эффект.

5. Создана рекордная по точности система прецизионного измерения энергии пучка коллайдера ВЭПП-4М методом резонансной деполяризации. Относительная точность измерения энергии превышает Ю-6. За время экспериментов проведено более 3500 калибровок энергии.

6. Впервые в мире на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М в эксперименте по измерению массы т-лептона применен метод измерения энергии и энергетического разброса в пучке с использованием обратного комптоновского рассеяния лазерного излучения на пучке ускорителя с регистрацией спектра обратнорассеянных гамма-квантов криогенным германиевым детектором высокого разрешения.

7. В эксперименте с детектором КЕДР с лучшей в мире точностью измерена масса т-лептона. Получено значение массы

Мт = 1776.69ig;ܱ0.15 .

Апробация работы

Работы, составляющие материал диссертации, докладывались и обсуждались на научных семинарах в отечественных и зарубежных научных центрах, таких как ИЯФ СО РАН (г. Новосибирск), Институт экспериментальной и теоретической физики ИТЭФ (г. Москва), Стэнфордский центр линейного ускорителя SLAC (США), лаборатория DESY (Германия).

Доклады о работах по теме диссертации были представлены на следующих российских и международных конференциях: Международный симпозиум по координатным детекторам в физике высоких энергий (Дубна, 1987); Instrumentation For Colliding Beam Physics (Новосибирск, 1990,1996, 2002, 2008); Vienna Conference On Instrumentation (Вена, 1992, 1998, 2010); Frontier Detectors For Frontier Physics (о.Эльба, 1997); на Рабочем совещании по старению проволочных камер (Гамбург, 2001); IXth International Workshop on Tau Lepton Physics (ТаиОб) (Пиза, 2006); X International Workshop on Tau Lepton Physics (Tau08) (Новосибирск, 2008); XI International Workshop on Tau Lepton Physics (Манчестер, 2010); Europhysics Conference on High Energy Physics (EPC2009) (Краков, 2009); Sixth International Workshop on e+e- collisions from phi to psi (PHIPSI09) (Пекин, 2009); на Научной сессии-конференции секции ЯФ ОФН РАН Физика фундаментальных взаимодействий (г. Москва, 2005, 2009); на III Всероссийской конференции по фундаментальным константам (Санкт-Петербург, 2010); Charm2010,4th Int. Workshop on Charm Physics (Пекин, 2010).

Публикации

Основные результаты диссертации опубликованы в 33-х печатных работах, включая статьи в российских и зарубежных журналах, и в сборниках трудов всероссийских и международных конференций.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, семи основных глав и заключения. Материал работы, изложенный на 226 страницах, включает 96 рисунков и список литературы, содержащий 199 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дается краткая история развития ускорителей на встречных пучках и отмечена пионерская роль ИЯФ СО РАН в проведении этих исследований.

В настоящее время в ИЯФ СО РАН продолжается набор статистики на е+е_-коллайдере ВЭПП-4М с универсальным магнитным детектором КЕДР в диапазоне энергий 2Е = 2 — 11 ГэВ. Несмотря на то, что ВЭПП-4М проигрывает существующим машинам (BEPCII, PEP-II и КЕКВ) в сотни раз, тем не менее, то обстоятельство, что ВЭПП-4М имеет уникальный для действующих коллайдеров рабочий диапазон энергий, оборудован двумя системами для прецизионного измерения энергии пучка методом РД и методом ОКР, дает возможность проводить эксперименты по прецизионному измерению масс элементарных частиц и лептонных ширин узких резонансов с рекордной точностью. Детектор КЕДР оборудован системой регистрации рассеянных электронов (и позитронов) с разрешением по инвариантной массе рожденного двухфотонного состояния лучше Ю-2, что делает КЕДР уникальным местом для измерения полного сечения 77 —j-hadrons и других двухфотонных процессов.

В главе 1 дан обзор экспериментов по измерению массы т-лептона. т-лептон был открыт в 1975 году в эксперименте с детектором Mark-I на е+е_-коллайдере SPEAR.

Отмечено, что самые точные измерения массы т-лептона в экспериментах DELCO и BES получены с помощью метода, основанного на измерении зависимости сечения е+е~ —> т+т~ от энергии вблизи порога рождения.

В этом подходе основную систематическую ошибку в массе дает неопределенность шкалы энергии накопителя. Поэтому именно способ измерения энергии и его точность определяют систематическую ошибку измерения массы. В экспериментах с детекторами DELCO и BES калибровка энергетической шкалы коллайдера проводилась по измеренным в ИЯФ СО РАН с высокой точностью значениям масс J/ф- и ^'-мезонов.

Эксперимент с детектором КЕДР по измерению массы т-лептона основан на измерении зависимости сечения е+е~ —> т+т~ от энергии. В отличии от экспериментов DELCO и BES коллайдер ВЭПП-4М оборудован двумя системами измерения энергии методом РД и ОКР. В отличии от РД метод ОКР позволяет проводить измерения в процессе набора статистики. Это очень важно при измерении массы т-лептона, так как позволяет исключить неконтролируемые уходы энергии, которые могут радикально понижать точность измерения массы. Все это в целом качественно отличает эксперимент с детектором КЕДР от предыдущих измерений массы т-лептона.

В главе 2 дано описание ускорительно-накопительного комплекса ВЭПП-4, который включает в себя: коллайдер ВЭПП-4М, с энергией в пучке 1.0 — 5.5 ГэВ, бустер-накопитель ВЭПП-3, импульсный инжектор "Позитрон".

Кольцо ВЭПП-4М имеет периметр 366 м и состоит из двух полуколец и двух прямолинейных промежутков: один промежуток используется для размещения ускоряющей структуры, в другом расположен детектор КЕДР.

Установка работает в режиме 2x2 сгустка. При работе ВЭПП-4М на энергии 2.0 ГэВ пиковая светимость равна 3 • 10зосм_2сек-1, а на энергии 5.0 ГэВ - возрастет до 8 • 1031см-2сек-1.

Накопитель ВЭПП-3 представляет собой кольцо периметром 75 м и служит бустером-накопителем для ВЭПП-4М. Требуемый для получения необходимой светимости на ВЭПП-4М ток накапливается в ВЭПП-3 и затем ускоряется до энергии инжекции в коллайдер ВЭПП-4М, но не более чем до 2 ГэВ.

На коллайдере ВЭПП-4М применяется два метода измерения энергии пучка. Для прецизионного измерения энергии с точностью Ю-6 используется метод РД, а мониторирование средней энергии и энергетического разброса в пучке с несколько худшей точностью осуществляется методом ОКР.

Глава 3 посвящена описанию универсального магнитного детектора КЕДР. Детектор КЕДР (рис. 1) состоит из следующих систем: вершинный детектор, дрейфовая камера, пороговые аэрогелевые черепковские счетчики, времяпролетные сцинтилляционные счетчики, барельный электромагнитный калориметр на основе жидкого криптона, торцевой электромагнитный калориметр на основе кристаллов Сэ1, сверхпроводящая магнитная катушка, мюонная система, система регистрации рассеянных электронов и монитор светимости.

Рис. 1. Детектор КЕДР. 1 - вакуумная камера ускорителя, 2 - вершинный детектор, 3 - дрейфовая камера, 4 - аэрогелевые пороговые черенковские счетчики, 5 - времяпролетные счетчики, б - барельный жидкокриптоно-вый калориметр, 7 - сверхпроводящая катушка, 8 - ярмо, 9 - мюонные камеры, 10 - торцевой Csl калориметр, 11 - компенсирующая катушка, 12 - квадруполь.

Вершинная камера (ВК) детектора КЕДР расположена между дрейфовой камерой и вакуумной трубой накопителя и увеличивает перекрываемый координатной системой телесный угол до 98%. ВК состоит из 312 цилиндрических дрейфовых трубок длиной 670 мм и диаметром 10 мм, образующих шесть концентрических слоев вокруг вакуумной камеры. Пространственное разрешение, полученное на ВК, равно 180 мкм.

Дрейфовая камера предназначена для измерения импульса заряженных частиц и идентификации частиц по измерению ионизационных потерь в рабочем газе камеры. ДК имеет цилиндрическую форму, ее длина равна 1100 мм, внутренний радиус - 125 мм, внешний радиус - 535 мм. В ДК получено среднее пространственное разрешение около 100 мкм при максимальной длине дрейфа электронов 30 мм.

Камера содержит около 32000 проволочек из них 1512 анодных, объединенных в 252 ячейки. Длина проволочек 970 мм. Проволочки образуют семь суперслоев ячеек - четыре аксиальных с проволочками параллельными оси пучков и три стерео с углом наклона проволочек к оси камеры ±100 мрад для измерения координаты вдоль проволочки. Для частицы, пересекающей всю камеру, производится 42 измерения координаты и ионизационных потерь. Телесный угол, перекрываемый камерой, для частиц, проходящих через три суперслоя, составляет 87% и уменьшается до 70% при пересечении всех семи суперслоев.

Полученное в ДК импульсное разрешение при значении магнитного поля 0.6 Тл, 42 измерений координаты с точностью 100 мкм и измерительной базе 370 мм равно:

{сгр±/р±? = (0.007)2 + (0.017 х р±)2,

где р± - импульс частицы в ГэВ/с.

В ДК достигнуто проектное разрешение по ¿Е/й:г равное 8.5%, что обеспечивает -к/К разделение до 700 МэВ/с и К/р разделение до 1200 МэВ/с на уровне 2 а.

Пороговые черенковские счетчики детектора КЕДР используют в качестве радиатора аэрогель с показателем преломления 1.05. Сбор черен-ковского света происходит на пластины с переизлучателями спектра, где переизлученный свет захватывается в угол полного внутреннего отражения и транспортируется до фотоумножителя. Для регистрации света применяются ФЭУ с микроканальными пластинами. Система состоит из 160 счетчиков, расположенных в двух слоях, и позволяет разделять 7Г- и К-мезоны в диапазоне импульсов от 600 до 1500 МэВ/с.

Времяпролетная система детектора состоит из 32 продольных и 64 торцевых сцинтилляционных счетчиков, и покрывает 95% полного телесного угла. Система имеет временное разрешение 350 пкс, что обеспечивает 7г/К разделение до импульсов 680 МэВ/с.

Барельный жидкокриптоновый калориметр представляет собой набор цилиндрических ионизационных камер с жидким криптоном в качестве рабочего вещества. Внутренний радиус калориметра 75 см, толщина 68 см или 14.8 радиационных длин. Масса жидкого криптона равна 27 тоннам. Общее число каналов регистрирующей электроники калориметра равно 9600. Энергетическое разрешение калориметра на высокой энергии равно 3.0 ± 0.1%, а разрешение по инвариантной массе 7г°-мезона составляет 8.15 ± 0.25 МэВ.

Мюонная система состоит из 88 блоков стриммерных трубок, объединенных в три слоя и расположенных внутри магнитного ярма детектора. Мюонная система имеет 544 канала электроники и позволят надежно регистрировать и идентифицировать частицы, выходящие из места встречи, по пробегу.

Система Регистрации Рассеянных Электронов состоит из двух комплектов по четыре блока регистрации в каждом, расположенных по обе стороны от места встречи на расстоянии от 4 до 16 метров. Каждый блок содержит шесть двойных плоскостей из дрейфовых трубок диаметром 6 мм. Энергия рассеянных частиц определяется по измерению их отклонения от равновесной орбиты пучка в поперечных полях магнитной структуры коллайдера ВЭПП-4М.

Оперативное измерение светимости на детекторе КЕДР производится по частоте однократного тормозного излучения, которое регистрируются при помощи двух сэндвичей (свинец-сцинтиллятор, 18 Хо).

Сверхпроводящая магнитная система детектора КЕДР состоит из основного и двух компенсирующих соленоидов, расположенных внутри железного ярма. Продольное магнитное поле величиной 0.6 Тл в детекторе создаёт основной сверхпроводящий соленоид длиной 3.2 м и диаметром около 3.5 м.

Железное ярмо весом около 700 тонн замыкает магнитный поток. Оно состоит из восьми продольных секций, составленных из параллельных прямоугольных плит, разделённых воздушными зазорами, и двух торцевых полюсов.

Криогенная система детектора КЕДР обеспечивает работу основного и двух компенсирующих сверхпроводящих соленоидов детектора и жидко-криптонового калориметра, заполненного 27 тоннами жидкого криптона, находящегося при температуре 120 К, сверхпроводящей гелиевой магнит-

ной системы — 4.3 К. В качестве вспомогательного хладагента используется жидкий азот.

В главе 4 описана дрейфовая камера (ДК) детектора КЕДР. ДК имеет цилиндрическую форму и занимает пространство, ограниченное двумя цилиндрическими обечайками длиной 1100 мм и двумя торцевыми пластинами. Проволочки натянуты между двумя торцевыми пластинами из стеклотекстолита толщиной 20 мм. Суммарное натяжение проволочек, приложенное к торцевым пластинам, создаёт усилие в 3.4 тонны.

Ячейка (рис. 2) содержит восемь анодных проволочек, шесть из которых - чувствительные. Крайние - нерабочие анодные проволочки - служат для выравнивания полей в ячейке. Радиальное расстояние между анодными проволочками равно 4.5 мм. Анодные проволочки изготовлены из позолоченного вольфрама диаметром 28 мкм и имеют натяжение 100 г. Справа и слева от плоскости с анодными проволочками на расстоянии ±3.5 мм расположены два ряда фокусирующих проволочек. Значение потенциала на фокусирующих проволочках определяет коэффициент газового усиления. Распределение потенциалов на полевых проволочках формирует однородное поле в дрейфовом промежутке равное 1.8 кВ/см.

Ячейка ДК

Проволочки + анодные

• нерабочие

• фокусирующие

• полевые экранные

Рис. 2. Ячейка дрейфовой камеры.

Фокусирующие, полевые и нерабочие анодные проволочки изготовлены из позолоченной титановой проволоки диаметром 150 мкм и имеют натяжение 250 г.

Дрейфовая камера содержит семь концентрических цилиндрических суперслоёв ячеек, описанных выше. Четыре нечетных аксиальных суперслоя имеют проволочки параллельные оси цилиндра, три чётные стереосу-перслоя с проволочками, наклоненными под углом ±100 мрад к оси камеры. Стереослои необходимы для измерения координаты пролёта частицы вдоль оси ДК.

Камера содержит около 32000 проволочек длиной 970 мм, из них 1512 анодных, объединенных в 252 ячейки и производит 42 измерения координаты и ионизационных потерь для частицы, пересекающей всю камеру.

Проволочная структура ДК была выбрана после тщательного компьютерного моделирования. Были созданы программы расчёта электростатических полей и расчёта электростатических и гравитационных смещений проволочек в ячейке ДК. С использованием этих программ была проведена оптимизация проволочной структуры ДК и выбраны величины натяжений проволочек.

В качестве рабочего газа ДК впервые в мире был применен диметило-вый эфир (ДМЭ) - газ с предельно малым коэффициентом электронной диффузии, который позволил получить среднее пространственное разрешение 100 мкм в ячейке с расстоянием дрейфа 30 мм.

В результате проведенных исследований удалось решить целый ряд проблем, связанных с применением этого газа, к которым относятся: его токсичность, взрывоопасность, влияние примесей в газе на уровне 10_6 — Ю-8 на радиационную стойкость и агрессивность к некоторым материалам, применяемым при создании дрейфовых камер и газовых систем (пластики, резина и т.д.), находящимися с ним в контакте.

Было исследовано влияние ДМЭ в газовой и жидкой фазе на механические свойства конструкционных материалов и их геометрические размеры, изучена радиационная стойкость дрейфовых камер с ДМЭ. В результате проведенных исследований и тщательного отбора материалов, используемых к конструкции ДК и газовой системы, был достигнут необходимый уровень радиационной стойкости и сделано заключение о возможности использования ДМЭ в качестве рабочего газа для дрейфовой камеры детектора КЕДР.

В реальном эксперименте было получено проектное среднее по ячейке пространственное разрешение, которое составило 95 мкм и 110 мкм для аксиальных и стерео слоев соответственно.

Измеренное импульсное разрешение ДК

(*Р±/р±)2 = (0.009)2 + (0.017р)2. (1)

в три раза хуже проектного, что полностью обусловлено в три раза меньшим, по сравнению с проектным, значением магнитного поля.

Кроме восстановления импульсов заряженных частиц в ДК производится идентификация частиц по измерению ионизационных потерь в рабочем газе камеры.

В результата проведенного моделирования потерь энергии в тонких слоях вещества было получено значение разрешения по ¿Е/<1х в ДК, равное 8.2%. Для получения проектного разрешения в эксперименте был исследован ряд поправок к измеряемым амплитудам с анодных проволочек. Проводилась коррекция отличия коэффициентов газового усиления и усиления каналов электроники для различных анодных проволочек, делались поправки на зависимость амплитуды сигнала: от расстояния и времени дрейфа ионизации, от угла наклона трека к линии дрейфа, от угла трека с анодной проволочкой и координаты вдоль проволочки. В результате внесенных поправок энергетическое разрешение уменьшилось с сгш = 26.9% до 8.5% и достигло проектного значения. При этом степень -к — К разделения превышает 2а до импульса 670 МэВ/с, а К — р разделения до 1200 МэВ/с.

Глава 5 посвящена изучению радиационного старения проволочных камер. Проблемы, связанные с радиационным старением сопровождают проволочные камеры с момента их появления, начиная с выхода из строя счётчиков Гейгера после регистрации определенного числа частиц и до недавних проблем с радиационным старением ДК детектора ВаВаг.

Старение связано с процессом полимеризации молекул рабочего газа, примесей в нем или примесей, поступающих в рабочий газ от десорбции конструкционных материалов и неконтролируемых загрязнений газовой системы и камеры. Полимеризация идет в плазме лавины, развивающейся вблизи анодной проволочки в процессе газового усиления. Полимеры, образующиеся в лавине, в зависимости от знака заряда и наличия диполь-ного момента, дрейфуют в направлении анода или катода, где с некоторой вероятностью остаются на поверхности проволочки. В результате этого на электродах камеры образуются полимерные покрытия. Покрытие на аноде приводит к увеличению диаметра проволочки, напряженность поля на

поверхности проволочки понижается, и, как следствие этого, уменьшается коэффициент газового усиления. Неоднородность покрытия вдоль проволочки приводит к ухудшению амплитудного разрешения камеры. При этом камера остается в работоспособном состоянии. Полимерная пленка на катоде приводит к образованию двойного заряженного слоя, понижению работы выхода электронов и возникновению в камере самоподдерживающегося темнового тока даже после прекращения внешнего облучения.

В результате проведенных исследований было установлено, что используемые процедуры измерения скорости анодного старения проволочных камер некорректны и систематически занижают измеряемую скорость старения. Предложена корректная процедура измерения скорости старения свободная от вышеуказанных недостатков.

Было проведено измерение скорости старения для чистого ДМЭ. Полученное значение скорости старения позволило сделать вывод о том, что газ ДМЭ, производимый в Институте катализа, пригоден для использования

в ДК детектора КЕДР.

Проведено исследование влияния десорбции материалов на радиационную стойкость ДК с газом ДМЭ. Из конструкции ДК и газовой системы были исключены материалы, сильно ухудшающие радиационную стойкость, что увеличило время жизни ДК КЕДР более чем в десять раз.

Найдена добавка к рабочему газу дрейфовых камер - альфа-нафтиламин, предназначенная для прямой лазерной калибровки, практически не ухудшающая радиационную стойкость дрейфовой камеры с газом ДМЭ.

В результате проведенных исследований за восемь лет работы в эксперименте не обнаружено видимых проявлений радиационного старения

ДК.

Был обнаружен ранее неизвестный эффект влияния качества поверхности анодной проволоки на старение. Предложена модель образования и роста полимерного покрытия на поверхности анодной проволочки, объясняющая обнаруженный эффект.

В главе 6 дано описание двух методов измерения энергии пучка кол-

лайдера ВЭПП-4М.

Прецизионное измерение энергии с точностью Ю-6 (1 кэВ) производится методом резонансной деполяризации. Метод РД основан на измерении частоты прецессии спина частиц, движущихся в магнитном поле накопителя. Для измерения частоты прецессии спина выбрал процесс внутрисгуст-

кового рассеяния (ВР) сечение которого зависит от поляризации. Выполнены расчеты процесса ВР, величины эффекта при деполяризации пучка и создана система измерения энергии методом РД.

Электронный сгусток поляризуется в бустерном накопителе ВЭПП-3, а затем инжектируется в ВЭПП-4М. С помощью ВЧ-сигнала специального устройства - деполяризатора - в пучке возбуждаются колебания частота которых изменяется с заданным шагом в области измеряемой частоты прецессии спина. Для регистрации частиц, вылетающих из пучка в результате ВР, используется распределенная по периметру кольца коллайдера ВЭПП-4М система подвижных сцинтилляционных счётчиков. Перед измерением энергии счётчики вводятся внутрь динамической апертуры накопителя. При этом эффективность регистрации частиц ВР возрастает в сотни раз, что резко сокращает время измерения энергии и повышает ее достоверность. Измерение энергии методом РД проводится в специальных заходах с двумя электронными сгустками. Один из них поляризованный, а второй -неполяризованный - используется для нормировки скорости счёта частиц ВР от поляризованного сгустка. Набор статистики с детектором КЕДР проводится между заходами по измерению энергии методом РД. Энергия пучка во время набора статистики вычисляется с помощью интерполяции между калибровками с использованием измеряемых параметров ускорителя, таких как: поля в магнитных элементах ВЭПП-4М, измеряемые методом ЯМР; температур магнитов; дистиллята и стенок тоннеля ВЭПП-4М и т.д.

Созданная система измерения энергии методом РД позволила измерять энергию пучка в области рождения ф'-, чр(3770)-, £>-мезонов и т-лептона. Точность однократной калибровки энергии составляет 1 кэВ (5-Ю"7), а точность интерполяции энергии между калибровками в зависимости от режима работы ускорителя составила 8 4- 30 кэВ ((8 15) • Ю-6). За время экспериментов с детектором КЕДР было проведено более 3500 калибровок энергии.

Освоена методика двух и трехкратных калибровок энергии на одних пучках с использованием частичной деполяризации, что исключило потенциально опасный источник систематической ошибки в измерении энергии, связанный с деполяризацией пучка на боковых резонансах. Из которых наиболее опасна сетевая гармоника с частотой 50 Гц, приводящая к ошибке в измерении энергии равной 25 кэВ.

Все это позволило поднять точность измерения и восстановления энергии между калибровками почти в десять раз и выйти на уровень точности измерения масс узких резонансов равный 3.5 • Ю-6.

Кроме метода РД на коллайдере ВЭПП-4М в экспериментах на встречных пучках впервые в мире реализован метод непрерывного мониторирова-ния средней энергии и энергетического разброса в пучке, основанный на обратном комптоновском рассеянии. Метод ОКР основан на измерении энергетического спектра обратно рассеянных комптоновских гамма-квантов, образующихся при рассеянии монохроматического лазерного излучения на электронном пучке. Регистрация комптоновских гамма-квантов осуществляется с помощью криогенного германиевого детектора промышленного производства с высоким энергетическим разрешением. Калибровка энергетической шкалы детектора производится с помощью стандартных гамма-изотопов, энергии излучения которых известны с точностью (3-^5)- Ю-6. Измеренное положение края комптоновского спектра позволяет вычислить среднюю энергию пучка с точностью 604-70 кэВ ((3-^4) • Ю-5), а значение ширины края комптоновского спектра - энергетический разброс в пучке с точностью около 7%.

В отличии от РД метод ОКР позволяет проводить измерения непосредственно в процессе набора статистики, что очень важно, например, для эксперимента по прецизионному измерению массы т-лептона. В этом измерении набор в основном ведется в узком интервале энергий (±0.5 МэВ) на порога рождения т-лептона. Поэтому неконтролируемые скачки энергии такого масштаба, которые мы наблюдали в некоторые моменты в эксперименте по измерению масс «7/я/>-, ■¡//-мезонов, радикально понижают точность измерения массы т-лептона. Применение метода ОКР позволило оперативно реагировать на уходы энергии подобного рода.

Глава 7 посвящена эксперименту с детектором КЕДР на на е+е~-коллайдере ВЭПП-4М по прецизионному измерению массы т-лептона.

Масса является одной из основных характеристик любой элементарной частицы. В случае т-лептона точное знание массы при известных значениях его времени жизни и вероятности распада на электрон, нейтрино и антинейтрино позволяет провести проверку ц - т-универсальности теории электрослабых взаимодействий. В эксперименте с детектором КЕДР масса была получена из измеренной зависимости сечения е+е~ -»■ т+т~ от энер-

гии в диапазоне '2Е = 3.54 — 3.78 ГэВ вблизи порога рождения т-лептона.

В 2004 году, когда планировался эксперимент с детектором КЕДР по измерению массы т-лептона, PDG значение массы вычислялось на основе пяти измерений и было равно Мт = 1776.99Íg Jes МэВ. При этом измерение с детектором BES (Мт = 1776.9Íq.21 ío!i7 МэВ) существенно превосходило другие по точности и практически полностью определяло среднее значение. Здесь необходимо заметить, что в процессе подготовки эксперимента по измерению массы т-лептона с детектором КЕДР возник ряд серьезных вопросов к тому, как был получен этот результат. Анализ опубликованных данных детектора BES показал, что заявленная в этом эксперименте ошибка измерения массы должна быть увеличена в 1.5—2.0 раза при корректной статистической обработке экспериментальных данных.

В этих условиях необходимо было провести независимое измерение массы т-лептона со сравнимой или лучшей, чем декларируемая в измерении с детектором BES, точностью, которое и было сделано на коллайдере ВЭПП-4М с детектором КЕДР.

Эксперимент по измерению массы т-лептона состоял из двух сканирований пороговой области с набором интеграла светимости 15.2 пб-1 в девяти точках по энергии в диапазоне энергии пучка 1772 — 1889 МэВ. В первом сканировании был набран интеграл светимости 6.7 ыб-1, а во втором -8.5 пб"1.

Для успешного проведения эксперимента по измерению массы т-лептона принципиальное значение имеет точное знание энергии и энергетического разброса в течение всего времени набора статистики. Особенно жесткие требования на стабильность этих параметров предъявлялись при наборе статистики в пороговых точках, так как в этой постановке эксперимента значение массы определяется статистикой, набранной в узком интервале энергии (±0.5 МэВ) на пороге рождения т-лептона.

В эксперименте с детектором КЕДР использовалось два метода измерения энергии пучка. Для прецизионного измерения энергии пучка применялся метод РД, одновременно велось мониторирование энергии и энергетического разброса в пучке методом ОКР,

Для вычисления сечения процесса е+е~~ —» т+т~ необходимо знать разброс энергии в системе центра масс а\у- Для измерения сг\у на пороге рождения т-лептона в течение 2004-2006 годов было проведено три сканирования ^'-мезона и одно сканирование J/ip-мезона. Исходя из квадратич-

ной зависимости разброса энергии, от энергии было вычислено значение a\v(2МТ) = 1.07 ± 0.02 ± 0.04 МэВ.

Для уменьшения систематической ошибки при выделении событий процесса е+е_ т+т~ условия отбора были выбраны максимально мягкими, но при этом требовалось, чтобы уровень фона находился на пренебрежи-мом уровне. Отбирались двухтрековые события от процессов

е+е~ -» (т evTve, -kvt, Kvr, pvT)

(r evTVe)* +c.c.

Были использованы следующие условия отбора событий:

• один трек в событии должен быть электронным. Для идентификации электронов использовался жидко-криптоновый электромагнитный калориметр и измеренный импульс электрона в координатной системе. Так как /i/тг/^-идентификация не уменьшает систематическую ошибку, поэтому она не использовалась;

• отсутствие в событии фотонов с энергией Е7 > 30 МэВ;

• суммарная энергия зарегистрированных в событии частиц была меньше 2200 МэВ;

• поперечный импульс pt > 200 МэВ и pt/{W -Е)> 0.06, где W = 2Е.

Монте-карловское моделирование эксперимента было проведено с использованием пакета GEANT 3.21. Эффективность регистрации в области порога рождения т-лептона была определена с использованием генератора KORAL-B и составила 2.5%. При повышении энергии до W = 3777 МэВ она понижается на 10%.

Из моделирования следовало, что при наложении выбранных условий отбора оставшийся фон, который в основном обусловлен двухфотонными событиями, монотонно зависит от энергии.

Зависимость измеренного сечения е+е~ ->• т+т- от энергии показана на рис. 3.

Масса r-лептона была получена в результате фитирования измеренного числа событий NT+T- в девяти точках по энергии и равнялась

Мт = 1776.69±2лэ ■ 21

Рис. 3. Наблюдаемое сечение процесса е+е~ -> т+т~ в зависимости от энергии.

Величины систематических ошибок в массе т-лептона от различных источников приведены в таблице 1.

Таблица 1. Значения систематических ошибок в массе т-лептона от различных источников.

Источник систематической ошибки Величина

Измерение энергии пучка Изменение эффективности регистрации Измерение энергетического разброса Зависимость фона от энергии Стабильность измерения светимости Нестабильность энергетического разброса Вычисление сечения (радиационные поправки, учет интерференции ■ф') 35 кэВ 120 кэВ 20 кэВ 20 кэВ 80 кэВ 10 кэВ 30 кэВ

Суммарная ошибка 150 кэВ

Суммарная систематическая ошибка, полученная суммированием квадратов ошибок от различных источников, равна 150 кэВ.

В результате проведенного эксперимента с детектором КЕДР с наилучшей в мире точностью измерена масса т-лептона. Полученное значение

массы

Мг = 1776.691олэ±0.15 хорошо согласуется с PDG значением того времени

Мт = 1776.991^26

и практически совпадает с ним по точности. При этом наше измерение находится в хорошем согласии с результатом, полученным позднее детектором Belle и ВаВаг с использованием метода псевдомасс.

Значения предыдущих измерений массы т-лептона, используемые группой PDG, и измерения массы r-лептона с детектором КЕДР, полученные на половине статистике (KEDR 2007) и полной статистике (KEDR), приведены на рис. 4.

s 7 6 5 4 3 2 1

-4-3-2-10123 mT - 1777, MeV

Рис. 4. Значения массы т-лептона, включенные в таблицу свойств частиц.

В 1992 году наблюдалось отклонение от ц—т-универсальности на уровне 2.4 стандартных отклонения. После того, как в конце 1992 года появились более точные измерения времени жизни т-лептона и вероятности распада Вт-+е„тРе ситуация с величиной отклонения от /х — т-универсальности осталась на прежнем уровне. При этом стало ясно, что разрешение проблемы или открытие нарушения ц — т-универсальности надо искать в уточнении значения массы т-лептона. Именно этим обстоятельством было мотивировано измерение массы т-лептона с детектором ARGUS и с более высокой

1

г 1 KEDR

1 BABAR 2008

; BELLE 2007

— --*-|

- KEDR 2007

: « 1 OPAL 2000

L 1 CLEO 1997

:_ 1 { BES 1996

: | ARGUS 1992

точностью с детектором BES. После публикации в 1992 году предварительного результата детектора BES отклонение от ц — т-универсальности уменьшилось до 1.5 er, а финальный результат измерения массы в эксперименте BES полностью снял остроту вопроса о возможном нарушении fi — т-универсальности. После этого PDG значение массы т-лептона стало полностью определяться измерением BES.

В настоящее время PDG значение массы т-лептона определяют четыре независимых, хорошо согласующихся между собой измерения с детекторов BES, КЕДР, Belle и ВаВаг и ситуация с д-т-универсальностью полностью нормализовалась. Для дальнейшего повышения точности проверки ц-т-универсальности необходимо прежде всего повышать точность измерения времени жизни т-лептона и вероятности распада Вт->е1,трс, которые имеют в три раза худшую относительную ошибку измерения.

В заключении перечислены основные результаты работы:

1. Введен в эксплуатацию универсальный магнитный детектор КЕДР. С детектором на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М проведена серия прецизионных экспериментов по измерению масс и леп-тонных ширин очарованных частиц.

2. Впервые в мире создана дрейфовая камера детектора КЕДР, работающая на диметиловом эфире. В камере получено среднее по ячейке пространственное разрешение 100 мкм при длине дрейфа 30 мм. Точность измерения ионизационных потерь в камере равна а -ж = 8.5%, что характерно для дрейфовых камер, имеющих в два раза большую измерительную базу.

3. Обнаружено, что используемые процедуры измерения радиационной стойкости проволочных камер систематически занижают скорость старения. Предложена корректная процедура и впервые в мире проведено исследование влияния десорбции материалов на радиационную стойкость дрейфовой камеры с диметиловым эфиром. Отбор материалов, используемых в дрейфовой камере и газовой системе, увеличил время жизни на порядок. За восемь лет набора статистики не обнаружено признаков радиационного старения камеры.

4. Открыт и исследован эффект влияния качества поверхности анодной проволоки на старение и предложена модель образования и роста по-

лимерного покрытия на поверхности проволочки, объясняющая обнаруженный эффект.

5. Создана рекордная по точности система прецизионного измерения энергии пучка коллайдера ВЭПП-4М методом резонансной деполяризации. Относительная точность измерения энергии превышает Ю-6. За время экспериментов проведено более 3500 калибровок энергии.

6. Впервые в мире на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М в эксперименте по измерению массы т-лептона применен метод измерения энергии и энергетического разброса в пучке с использованием обратного комптоновского рассеяния лазерного излучения на пучке ускорителя с регистрацией спектра обратнорассеянных гамма-квантов криогенным германиевым детектором высокого разрешения.

7. В эксперименте с детектором КЕДР с лучшей в мире точностью измерена масса г-лептона. Получено значение массы

Мт = 1776.691олэ ± 0.15 .

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. S.E. Baru, V.E. Blinov, et al. The KEDR drift chamber. // Nucl. Instr. and Meth., A323 (1992) 151.

2. S.E. Baru, V.E. Blinov, et al. Status of the KEDR drift chamber. // Nucl. Instr. and Meth., A379 (1996) 417.

3. V.E. Blinov, V.R. Groshev. Aging in wire chamber filled with dimethyl ' ether. // Nucl. Instr. and Meth., A385 (1997) 419.

4. S.E. Baru et al. The KEDR drift chamber based on dimethyl ether. // Nucl. Instr. and Meth., A409 (1998) 23.

5. V.E. Blinov. Procedure dependence of the ageing rate measurements. // Nucl. Instr. and Meth., A419 (1998) 676.

6. V.V. Anashin, V.E. Blinov et al. Status of the KEDR detector. // Nucl. Instr. and Meth., A478 (2002) 420.

25

7. S.E. Baru, A.E. Blinov, V.E. Blinov et al. Status of the KEDR drift chamber. // Nucl. Instr. and Meth., A494 (2002) 251.

8. V.E. Blinov, A.V. Bogomyagkov, et al. Absolute Calibration of Particle Energy at VEPP-4M. // Nucl. Instr. and Meth., A494 (2002) 81.

9. V.E. Blinov, A.V. Bogomyagkov, et al. Analysis of Errors and Estimation of Accuracy in the Experiment on Precise Mass Measurement of J/PSI and PSP Mesons and TAU-Iepton on the VEPP-4M Collider. // Nucl. Instr. and Meth., A494 (2002) 68. -

10. V.E. Blinov, I.N. Popkov, A.N. Yushkov. Aging measurements in wire chambers. // Nucl. Instr. and Meth., A515 (2003) 95.

11. V.V. Anashin, ..., V.E.Blinov, ..., A.G.Shamov et al. The threshold experiments: status and expectations. // Nucl. Phys. В (Proc. Suppl.), 144 (2005) 113.

12. V.V. Anashin ..., V.E. Blinov, et al. [KEDR Collaboration]. Measurement of the tau lepton mass at the KEDR detector. // JETP Lett. 85 (2007) 347; Письма в ЖЭТФ, 85 (2007) 429.

13. V.V. Anashin et al. [KEDR Collaboration]. New precise determination of the tau lepton mass at KEDR detector. // Nucl. Phys. Proc. Suppl., 169 (2007) 125.

14. V.V. Anashin, V.M. Aulchenko, ..., V.E. Blinov, et al. Tau mass measurement at KEDR. Nuclear Physics В (Proc. Suppl.), 181-182 (2008) 311.

15. V.V. Anashin, V.M. Aulchenko, ..., V.E. Blinov, et al. Tau mass measurement at KEDR. - Prepared for 10th International Workshop on Tau Lepton Physics (TAU08), Novosibirsk, Russia, 22-25 Sep 2008; Nuclear Physics В (Proc. Suppl.), 189 (2009) 21.

16. O.B. Анчугов, B.E. Блинов, и др. Эксперименты по физике пучков заряженных частиц на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М. // ЖЭТФ, т. 136, вып. 4 (2009) 690.

17. O.V. Anchugov, V.E. Blinov, et al. Experiments on the Physics of Charged Particle Beams at the VEPP-4M Electron-Positron Collider. // Journal of Experimental and Theoretical Physics, Vol. 109, No. 4 (2009), 590.

18. V.E. Blinov, A.V. Bogomyagkov, et al. Beam energy measurements at VEPP-4M collider by resonant depolarization technique. // ICFA Beam Dynamics Newsletter No. 48 (2009) 181.

19. V.E. Blinov, V.V. Kaminsky, et al. Beam Energy and Energy Spread Measurement by Compton Backscattering of Laser Radiation at the VEPP-4M Collider. // ICFA Beam Dynamics Newsletter No. 48 (2009) 195.

20. V.E. Blinov, A.V. Bogomyagkov, et al. Study of the possibility of increasing the accuracy of CPT Invariance Test at electron-positron storage rings. // CFA Beam Dynamics Newsletter No. 48 (2009) 207.

21. V.E. Blinov, A.V. Bogomyagkov, et al. Review of beam energy measurements at VEPP-4M collider: KEDR/VEPP-4M. // Nucl. Instrum. and Meth., A598 (2009) 23.

22. B.B. Анашин, ..., B.E. Блинов, и др. Проект детектора КЕДР. - Труды международного симпозиума по координатным детекторам в физике высоких энергий, Дубна 1988, Д1-13-88-172, 58.

23. S.E. Baru, V.E. Blinov, et al. The KEDR drift chamber. - Proc. of Fifth Intern. Conf. on instrumentation for colliding beam physics, Novosibirsk, (1990) 41.

24. V.E. Blinov, A.V. Bogomyagkov, et al. High-efficiency Polarimeter Based on Intra-beam Scattering. - Proceedings of EPAC 2002, 1954, 2002.

25. V.E. Blinov, A.V. Bogomyagkov, et al. New Experiments with Polarized Beams at VEPP-4M. - Proceedings of EPAC 2002, 422, 2002.

26. В.Е.Блинов, A.B.Boroмягков, et al. Начало эксперимента по абсолютной калибровке энергии частиц на ВЭПП-4М вблизи порога рождения тау-лептона. - XVIII совещание по ускорителям заряженных частиц, Обнинск, 2002.

27. V.E. Blinov, A.V. Bogomyagkov, et al. Precise Energy Measurements in Experiments on VEPP-4M Collider. - Proc. of PAC05, Knoxville, Tennessee, USA, 2005.

28. V.E. Blinov, A.V. Bogomyagkov, et al. Status of VEPP-4M collider: current activity and plans. - Proceedings of the XIX International Workshop on Charged Particle Accelerators, Septemberl3-18, 2005, Alushta, Crimea.

29. V.E. Blinov, A.V. Bogomyagkov, et al. Beam Energy Calibration in Experiment on Precise Tau Lepton Mass Measurement at VEPP-4M with KEDR Detector. - Proc. of EPAC 2006, Edinburgh, UK, 2006.

30. V.V. Anashin ..., V.E. Blinov, et al. [KEDR Collaboration]. New precise determination of the tau lepton mass at KEDR detector. - "Tau lepton physics Pisa 2006125.

31. O.B. Анчугов, B.E. Блинов, и др. Эксперименты по физике пучков заряженных частиц на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М. // ЖЭТФ, т. 136, вып. 4 (2009) 690.

32. O.V. Anchugov, V.E. Blinov, et al. Experiments on the Physics of Charged Particle Beams at the VEPP-4M Electron-Positron Collider. // Journal of Experimental and Theoretical Physics, Vol. 109, No. 4 (2009), 590.

33. V.E. Blinov, A.V. Bogomyagkov, et al. Accelerator physics activity at the VEPP-4M collider. - Proc. of PAC09, Vancouver, Canada, 2009.

БЛИНОВ Владимир Евгеньевич Измерение массы тау-лептона

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени доктора физико-математических наук

Сдано в набор 9.09.2011 г. Подписано в печать 12.09.2011 г. Формат бумаги 100x90 1/16 Объем 1.8 неч.л., 1.4 уч.-изд.л.

Тираж 100 экз. Бесплатно. Заказ № 26_

Обработано на РС и отпечатано на ротапринте «ИЯФ им. Г.И. Будкера» СО РАН Новосибирск, 630090, пр. академика Лаврентьева, 11.

Введение

1 Обзор экспериментов по измерению массы т-лептона

1.1 Открытие т-лептона.

1.2 Принцип лептонной универсальности Стандартной Модели

1.3 Измерение массы т-лептона.

6.2 Измерение энергии методом резонансной деполяризации . . . 152

6.2.1 Особенности калибровки энергии на пороге рождения Т-лептона.171

6.2.2 Восстановление энергии между калибровками .173

6.3 Измерение энергии методом обратного комптоновского рассеяния .177

6.4 Заключение.193

7 Измерение массы т-лептона 196

7.1 Введение.196

7.2 Сечение процесса е+е~ —> т+т~.197

7.3 Схема набора статистики.199

7.4 Измерение энергии и энергетического разброса в пучке . 200

7.5 Выделение событий е+е~ —»• т+т~ .206

7.6 Определение массы т-лептона.208

7.7 Проверка ¡л — т-универсальности.213

8 Заключение 216

Литература 219

Введение

Разработка и сооружение ускорителей на встречных пучках для экспериментов по физике элементарных частиц были начаты в 1956 в нескольких лабораториях в СССР и за рубежом после того, как эту идею для встречных рр пучков высказал Д.У.Керст [1], а для встречных е+е~ пучков О.Нейл [2]. Первые установки на встречных е~е~ и е+е~ пучках были созданы в Институте ядерной физики Сибирского отделения АН СССР [3, 4], в Стан-фордском центре линейного ускорителя [5], в Лаборатории линейных ускорителей во Фраскати [6], в Лаборатории ускорителей в Орсе. В дальнейшем преимущественное развитие получили установки со встречными электрон-позитроными пучками.

В связи с запуском в 1959-1960 гг высокоэнергичных ускорителей протонов в ЦЕРНе (Швейцария) на энергию 28 ГэВ и в БНЛ (США) на энергию 33 ГэВ открылись реальные возможности для создания накопительных колец и на встречных рр пучках. В 1971 в ЦЕРНе были запущены два накопительных кольца для встречных рр пучков с энергией 31.4 ГэВ. Успешная эксплуатация этой установки при циркулирующих токах протонов 22-25 А и светимости 7 • Ю30 см~2сек-1 стимулировала дальнейшее создание ускорителей со встречными рр, рр и ре~ пучками высоких энергий.

Начиная с этого времени и до наших дней подавляющее большинство экспериментальной информации по физике элементарных частиц поступает с установок со встречными пучками. Для поисковых исследований при энергиях, ранее недоступных для экспериментов, строят рр или рр- коллайдеры, а более детальные исследования проводятся на установках со встречными е+е~ пучками, где фоновая ситация значительно более чистая по сравнению с адронными машинами.

В настоящее время основной тенденцией при создании установок на встречных е+е~ пучках является повышение светимости коллайдеров, предназначенных для проведения исследований в достаточно узком диапазоне энергий, так называемых фабрик. Примерами таких установок являются B-фабрики PEP-II [7] и КЕКВ [8] с детекторами ВаВаг [9] и Belle [10] и светимостью (1.2 — 1.5) • 1034 см-2сек-1. Они созданы на основе опыта, накопленного при создании и эксплуатации установок предыдущего поколения ВЭПП-2М, ВЭПП-4, DORIS, CESR, LEP. Обе машины спроектированы для работы в узком диапазоне энергий вблизи 2Е=10.58 ГэВ и предназначены для детального изучения области рождения В-мезонов и СР-нарушения в их распадах. Детальное изучение СР-нарушения в распадах В-мезонов на детекторах ВаВаг и Belle показало, что фаза СР-нарушения в Стандартной модели объясняет все наблюдаемые СР-нарушающие эффекты в К- и В-мезонных системах. За время эксперимента каждый из этих детекторов опубликовал сотни статей, посвященных изучению редких распадов D-, В-мезонов, т-лептона, точному измерению элементов СКМ матрицы. На них открыты новые узкие состояния Х(3872)[11], Y(4260) [12] и др. природа которых до сих пор до конца не ясна.

Исходя из опыта, полученного на B-фабриках PEP-II и КЕКВ, в Японии принято решение о строительстве Супер B-фабрики SuperKEKB с проектной светимостью (5 — 10) • 1035 см-2сек-1. Обсуждается создание Супер В-фабрики в Италии со светимостью 1036 см-2сек-1. Основной задачей Супер B-фабрики будет поиск отклонений от Стандартной модели в редких распадах D-, В-мезонов и т-лептона и прецизионное измерение сторон и углов треугольника унитарности с целью поиска предела применимости Стандартной модели.

В области рождения с-кварков и т-лептона (2Е=2-4 ГэВ) начинает набор статистики с — т-фабрика BEPCII [13] с детектором BESIII [14] со светимостью около 1033 см-2сек-1.

В области рождения легких u-, d-, s-кварков во Фраскатти (Италия) работает е+е~-коллайдер DAFNE [15] со светимостью (2 — 4) • 1032 см-2сек-1 с детектором KLOE [16]. В ИЯФ СО РАН начал набор статистики е+е~-коллайдер ВЭПП-2000 [17] на энергию в системе центра масс до 2 ГэВ с проектной светимостью до 1032 см-2сек-1 с двумя детекторами СНД [18] и КМД-Ш [19].

В ИЯФ СО РАН продолжается набор статистики на е+е~-коллайдере ВЭПП-4М [20] с универсальным магнитным детектором КЕДР [21]. ВЭПП-4М рассчитан на работу в диапазоне энергий 2Е=2-11 ГэВ. Светимость ВЭПП составляет 3 • Ю30 см-2сек-1 в области рождения ^-мезонов и т-лептона и возрастает до 8-1031 см2сек-1 в области рождения Т-мезонов. По этому параметру ВЭПП-4М проигрывает существующим машинам (ВЕРСИ, PEP-II и КЕКВ) в сотни раз. Тем не менее, то обстоятельство, что ВЭПП-4М имеет уникальный для действующих коллайдеров рабочий диапазон энергий, позволяет построить гибкую физическую программу исследований и проводить измерения в области рождения -0-мезонов, т-лептона и Т-мезонов с лучшей в мире точностью. Другая отличительна особенность коллайдера ВЭПП-4М связана с разработанными в ИЯФ системами прецизионного измерения энергии пучка методом резонансной деполяризации и методом обратного комптоновского рассеяния. Точное измерение энергии пучка дает возможность проводить эксперименты по прецизионному измерению масс элементарных частиц с рекордной точностью. В настоящее время на ВЭПП-4М с детектором КЕДР проведены измерения масс J/ф-, -¡//-мезонов [22], ,0(377О)-мезона [23], /^-мезона [24] и т-лептона [25] с лучшей в мире точностью. При этом массы J/ф-, ф'-мезонов измерены с точностями в 3-4 раза превышающими точность PDG. В области высокой энергии планируется измерение масс Y(ls)-, T(2s)-, Y(3s)-, T(4s)-Me30H0B и, возможно, некоторых других состояний с ошибками, превышающими точность PDG. Другой физической задачей при решении которой прецизионное измерение энергии пучка в ускорителе позволяет в режиме сканирования резонанса получать лучшие по точности результаты является прецизионное измерение лептонных ширин ф- и Т-мезонов. Подтверждением этого является измерение произведения ree(J/^) х Br(J/ip —> ее) и Yee{J/iJj) х Br(J/ip —> /i/i) [26] с детектором КЕДР, которое имеет лучшую в мире точность. Кроме вышеперечисленного, детектор КЕДР оборудован уникальной системой регистрации рассеянных электронов (и позитронов) с разрешением по инвариантной массе рожденного двухфотонного состояния лучше Ю-2. Использование этой системы повышает эффективность регистрации событий двухфотонного рождения в 100 и более раз по сравнению с детекторами, не оснащенными подобной системой, и делает КЕДР уникальным местом для измерения полного сечения сечения 77 —> hadrons и других двухфотонных процессов.

В настоящей работе представлен эксперимент по прецизионному измерению массы т-лептона с детектором КЕДР на ВЭПП-4М. Масса является одним из основных параметров элементарной частицы и ее измерение с максимально возможной точностью имеет важное значение. В случае т-лептона точное знание массы совместно с его электронным бранчингом и временем жизни позволяет провести проверку принципа /л-т-универсальности, одного из важных аксиоматических допущений, заложенных в Стандартную модель.

На защиту выносятся следующие положения диссертации:

1. Введен в эксплуатацию универсальный магнитный детектор КЕДР. С детектором на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М проведена серия прецизионных экспериментов по измерению масс и лептонных ширин очарованных частиц.

2. Впервые в мире создана дрейфовая камера детектора КЕДР, работающая на диметиловом эфире. В камере получено среднее по ячейке пространственное разрешение 100 мкм при длине дрейфа 30 мм. Точность измерения ионизационных потерь в камере равна сгмз = 8.5%, что характерно для дрейфовых камер, имеющих в два раза большую измерительную базу.

3. Обнаружено, что используемые процедуры измерения радиационной стойкости проволочных камер систематически занижают скорость старения. Предложена корректная процедура и впервые в мире проведено исследование влияния десорбции материалов на радиационную стойкость дрейфовой камеры с диметиловым эфиром. Отбор материалов, используемых в дрейфовой камере и газовой системе, увеличил время жизни на порядок. За восемь лет набора статистики не обнаружено признаков радиационного старения камеры.

4. Открыт и исследован эффект влияния качества поверхности анодной проволоки на старение и предложена модель образования и роста полимерного покрытия на поверхности проволочки, объясняющая обнаруженный эффект.

5. Создана рекордная по точности система прецизионного измерения энергии пучка коллайдера ВЭПП-4М методом резонансной деполяризации. Относительная точность измерения энергии превышает 10~6. За время экспериментов проведено более 3500 калибровок энергии.

6. Впервые в мире на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М в эксперименте по измерению массы г-лептона применен метод измерения энергии и энергетического разброса в пучке с использованием обратного комп-тоновского рассеяния лазерного излучения на пучке ускорителя с регистрацией спектра обратнорассеянных гамма-квантов криогенным германиевым детектором высокого разрешения.

Т. В эксперименте с детектором КЕДР с лучшей в мире точностью измерена масса т-лептона. Получено значение массы

Мт = 1776.691^ ± 0.15 МэВ.

Заключение

Перечислим основные результаты настоящей работы:

1. Введен в эксплуатацию универсальный магнитный детектор КЕДР. С детектором на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М проведена серия прецизионных экспериментов по измерению масс и лептонных ширин очарованных частиц.

2. Впервые в мире создана дрейфовая камера детектора КЕДР, работающая на диметиловом эфире. В камере получено среднее по ячейке пространственное разрешение 100 мкм при длине дрейфа 30 мм. Точность измерения ионизационных потерь в камере равна ст^б = 8.5%, что характерно для дрейфовых камер, имеющих в два раза большую измерительную базу.

3. Обнаружено, что используемые процедуры измерения радиационной стойкости проволочных камер систематически занижают скорость старения. Предложена корректная процедура и впервые в мире проведено исследование влияния десорбции материалов на радиационную стойкость дрейфовой камеры с диметиловым эфиром. Отбор материалов, используемых в дрейфовой камере и газовой системе, увеличил время жизни на порядок. За восемь лет набора статистики не обнаружено признаков радиационного старения камеры.

4. Открыт и исследован эффект влияния качества поверхности анодной проволоки на старение и предложена модель образования и роста полимерного покрытия на поверхности проволочки, объясняющая обнаруженный эффект.

5. Создана рекордная по точности система прецизионного измерения энергии пучка коллайдера ВЭПП-4М методом резонансной деполяризации. Относительная точность измерения энергии превышает 1СГ6. За время экспериментов проведено более 3500 калибровок энергии.

6. Впервые в мире на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-4М в эксперименте по измерению массы т-лептона применен метод измерения энергии и энергетического разброса в пучке с использованием обратного комп-тоновского рассеяния лазерного излучения на пучке ускорителя с регистрацией спектра обратнорассеянных гамма-квантов криогенным германиевым детектором высокого разрешения.

7. В эксперименте с детектором КЕДР с лучшей в мире точностью измерена масса т-лептона. Получено значение массы

Мт = 1776.69^ол9 ± 0.15 МэВ.

В заключение хочу выразить сердечную благодарность В.Е.Панченко, благодаря которому я попал в Институт ядерной физики, моему первому научному руководителю В.Р.Трошеву, научному консультанту Ю.А.Тихонову. Особую благодарность и искреннюю признательность хочется выразить А.П.Онучину, А.Г.Шамову без участия которых эксперимент с детектором КЕДР скорее всего не состоялся и моим коллегам К.Ю.Тодышеву, А.Н.Юшкову, С.А.Никитину, Г.М.Тумайкину, И.Б.Николаеву, Т.А.Харламовой, В.Г.Присекину и И.Н.Попкову.

Мне приятно выразить свою особую признательность всем людям, принимавшим участие в создании дрейфовой камеры и других систем детектора КЕДР, в проведении эксперимента с детектором КЕДР на ВЭПП-4М. Персоналу ВЭПП-4 и криогенной станции, обеспечившему круглосуточную работу комплекса и детектора. Особенно хочу поблагодарить моих соавторов:

В. В. Анашина, В. М. Аульченко, Е. М. Балдина, А. К. Барладяна, А. Ю: Варнякова, М. Ю. Барнякова, С. Е. Бару, И. В. Бедного, О. Л. Белобородову, А. Е. Блинова, А. В. Боброва, В. С. Бобровникова, А. В. Богомягкова, А. Е. Бондаря, Д. В. Бондарева, А. Р. Бузыкаева,

A.И.Воробьёва, Ю. М. Глуховченко, В. В. Гулевича, Д.В.Гусева,

B. Н. Жилича, В. В. Жуланова, А. Н. Журавлёва, С. Е. Карнаева, Г. В. Карпова, С. В. Карпова, В. А. Киселёва, С. А. Кононова, К. Ю. Котова, Е. А. Кравченко, В. Ф. Куликова, Г. Я. Куркина, Э. А. Купера, Е. Б. Левичева, Д.А.Максимова, В.М.Малышева, А.Л.Масленникова, А. С. Медведко, О.И.Мешкова, С.И.Мишнева, И.И.Морозова, Н. Ю. Мучного, В. В. Нейфельда, И. Н. Окунева, С. Б. Орешкина, И. О. Орлова,

A. А. Осипова, С. В. Пелеганчука, В.В.Петрова, С. Г. Пивоварова, П. А. Пиминова, А. О. Полуэктова, А. А. Рубана, Г. А. Савинова,

B. К. Сандырева, Е. А. Симонова, С. В. Синяткина, Ю. И. Сковпеня, А. Н. Скринского, В.В.Смалюка, А.В.Соколова, Е.В.Старостину, А.М.Сухарева, А. А. Талышева, В. А. Таюрского, В. И. Тельнова, Ю.В.Усова, Д.Н.Шатилова, Б.А.Шварца, С. И. Эйдельмана.

1. D. W.Kerst., Properties of an intersecting beam accelerating system, CERN Symposium, vol.1, Geneva, (1956) 36.; Phys. Rev. 102 (1956) 590.

2. G.K.O'Neil., Phys. Rev. 102 (1956) 1418.

3. Г.И.Будкер u dp., Материалы совещания по физике и технике метода встречных пучков. Харьков, ФТИ АН УССР, 1962, т.2, с.5.

4. Г.И.Будкер, Наумов А. А. и др., Работы по встречным электрон-электронным, позитрон-электронным и протон-протонным пучкам в Институте ядерной физики СО АН СССР, в кн.: Труды Международной конференции по ускорителям. Дубна. 1963, М. (1964) 274;

5. G.K.O'Neil et al, Stanford-Pniceton storage ring, Int.conf.on High Energy Accelerators, CERN, (1959), p. 125

6. C.Bernardini et al, AdA storage ring, Nuovo Cimento 18 (1960) 1293.

7. Conceptual Design Report., PEP-II An asymmetric В Factory, SLAC-418, LBL-5379, 1993.

8. S.Kurokava et al, Accelerator design of the КЕК В factory. Proc. of IEEE 1991 Particle Accelerator Conference (APS Beam Physics), San Francisco, California, 6-9 May 1991, 138. Also in San Francisco 1991, Accelerator science and technology, V.l 138.

9. B.Aubert et al, The BABAR detector, Nucl. Instr. and Meth., A479 (2002) 1.

10. A.A.Abashan et al, The BELLE detector, Nucl. Instr. and Meth., A4792002) 117.

11. S.K. Choi et al (Belle Collaboration), Observation of a narrow charmonium like state in exclusive B+~ —» К+~тт+тт~ J/ф decays. Phys. Rev. Lett. 912003) 262001.

12. B.Aubert et al, Observation of a broad structure in the 7г+7г~ J/ф mass spectrum around 4.26-Gev/c2. Phys. Rev. Lett. 95 (2005) 142001.

13. F.A.Harris for the BESIII Collaboration., BEPCII and BESIII. Nucl. Phys. В (Proc. Suppl.) 162 (2006) 345.

14. M.Ablikim et al, Design and Construction of the BESIII Detector. Nucl. Instr. and Meth., A598 (2009) 7.

15. V.Patera., Future experiments at DAFNE, the Frascati Phi factory. Published in Eilat 2008, Particles and nuclei (PANIC08) 1097.

16. M.Martini et al, Recent results from KLOE at DAFNE. Int. J. Mod. Phys. E18 (2009) 231.

17. Yu.M.Shatunov et al, Project of a new electron-positron collider VEPP-2000. Proc. of the 2000 European Particle Acc. Conf., Vienna (2000) 439.

18. S.I.Serednyakov., VEPP-2000 Project: Collider, Detectors, and Physics Program. Ядерная физика (2004) vol.67, N3 (2004) 501.

19. E.V.Anashkin et al, The CMD-3 cryogenic magnetic detector. Instrum. Exp. Tech. 49 (2006) 798, Prib. Tekh. Eksp. 49 (2006) 63.

20. V.Smaluk for the VEPP-4 team., Status of VEPP-4M Collider ab BINP. Proc. of RuPAC-2008, Zvenigorod, Russia, 2008.

21. V. V.Anashin, V.E.Blinov et al, Status of the KEDR detector. Nucl. Instr. and Meth., A478 (2002) 420-425.

22. V V.Anashin et al, New precision measurement of the J/ifj- and '¡/''-meson masses. Phys. Lett. B573 (2003) 63.

23. V V.Anashin et al., Results on J/ip, ip{2S), ^(3770) from KEDR. Nuclear Physics B (Proc. Suppl.) 353 (2008) 181.

24. V. V.Anashin et al., Measurement of D° and D+ meson masses with the KEDR detector. Phys. Lett. B686 (2010) 84.

25. V V.Anashin et ai, Tau mass measurement at KEDR. Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.) 189 (2009) 21.

26. V.V.Anashin et al, Measurement of Tee{J/ijj) x Br{J/ip —> ee) and ree(J№ X Br(J/ïp -> nn) 26]. Phys. Lett. B685 (2010) 134.

27. M.L.Perl et al, Evidence for Anomalous Lepton Production in e+ e-Annihilation. Phys. Rev. Lett. Vol.35 (1975) 1489.

28. D.Decamp at el, Determination of the Number of Light Neutrino Species. Phys. Rev. Lett. Vol.231 (1989) 519.

29. C.Amsler et al, Partical Data Groupe, Phys. Lett. B667 (2008) 1.

30. W.J.Marciano, A.Sirlin, Electroweak Radiative Corrections to tau Decay. Phys. Lett. B61 (1988) 1815.

31. H.Albrecht et al ARGUS Collaboration], A Measurement of the r mass. Phys. Lett. B292 (1992) 221.

32. J.Z.Bai et al. fBES Collaboration], Measurement of the mass of the r lepton. Phys. Rev. Lett. B69 (1992) 3021.

33. J.Z.Bai et al BES Collaboration], Measurement of the mass of the r lepton. Phys. Rev. D53 (1996) 20.

34. A.G.Shamov for KEDR Collaboration., The threshold experiments: status and expectations. Nucl. Phys. B (Proc. Suppl.) 144 (2005) 113.

35. R.Brandelik et al, Measurements of Tau Decay Modes and a Precise Determination of the Mass. Phys. Rev. Lett. B73 (1978) 109.

36. W.Bartel et al., Measurements of Tau Decay Modes and a Precise Determination of the Mass. Phys. Lett. B77 (1978) 331.

37. W.Bacino et al., Measurement of the Threshold Behavior of t+t~ Production in e+e~ Annihilation. Phys. Rev. Lett. B41 (1978) 13.

38. A.Zholenyz et al, High precision measurement of the J/iJj and ifr'-meson masess. Phys. Lett. B96 (1980) 214.

39. C.Blocker et al., Decay of a heavy lepton r(1785). PhD thesis. Univ. California Berceley (1980).

40. H.Albrecht et al ARGUS Collaboration], An Improved Upper Limit on the r-neutrino Mass from the Decay r —> tt~tc~tt~7t+7r+ vt . Phys. Lett. B202 (1988) 149.

41. H.Albrecht et al ]ARGUS Collaboration], A Measurement of the r mass. Phys. Lett. B292 (1992) 221.

42. M. V.Danilov., Meeting of the German Physical Society DPG. Berlin, DPG, March 1992.

43. J.Z.Bai et al BES Collaboration], Measurement of the mass of the r lepton. Phys. Rev. Lett. B69 (1992) 3021.

44. S.T.Xue et al. BES Collaboration], Measurement of the mass of the r lepton. Presented at the Meeting of the American Physical Society. Devision of Partical and Fields, Batavia, Illinois, 1992.

45. R.Balest et al. CLEO Collaboration], Measurement of the r mass. Phys. Rev. D47 (1993) 3671.

46. J.Z.Bai et al. BES Collaboration], Measurement of the mass of the r lepton. Phys. Rev. D53 (1996) 20.

47. W.-M. Yao et al, Partical Data Groupe], J. of Physics G. 33 (2006) 1.

48. A.Anastassov et al. CLEO Collaboration], Experimental test of lepton universality in tau decay. Phys. Rev. D55 (1997) 2559.

49. G.Abbiendi et al. OPAL Collaboration], A Measurement of the tau mass and the first CPT test with tau leptons. Phys. Lett. B492 (2000) 23.

50. V. V.Anashin et al. KEDR Collaboration], Measurement of the tau lepton mass at the KEDR detector. JETP Lett. 85 (2007) 347.

51. V. V.Anashin et al. KEDR Collaboration], New precise determination of the tau lepton mass at KEDR detector. Nucl. Phys. Proc. Suppl. 169 (2007) 125. Also in *Pisa 2006, Tau lepton physics* 125-131.

52. BELLE Collaboration[, Measurements of the tau mass and the mass difference of the r+ and r~. Phys. Rev. Lett. B99 (2007) 011801.

53. A.G.Shamov for KEDR Collaboration., Tau mass measurement at KEDR. Nucl. Phys. Proc. Suppl. 181-182 (2008) 311.

54. V.V.Anashin et al. KEDR Collaboration], Tau mass measurement at KEDR. Prepared for 10th International Workshop on Tau Lepton Physics (TAU08), Novosibirsk, Russia, 22-25 Sep 2008. Nucl. Phys. Proc. Suppl. 189 (2009) 21.

55. B.Aubert et al. BABAR Collaboration/, Measurements of the tau mass and the mass difference of the r+ and r~ at BABAR. Phys. Rev. D80 (2009) 092005.

56. A.N.Skrinsky., Electron-positron colliders, detectors and experiments at BINP. Nucl. Instr. and Meth., A598 (2009) 1.

57. V.Anashin et al, VEPP-4M Collider: Status and Plans, Proc. of EPAC'98, Stockholm, 1998, p. 400.

58. V.Smaluk for the VEPP-4 team, Accelerator Physics Issues of the VEPP4M at Low Energy, Proc. of EPAC 2004, Luzern, 2004, p. 749.

59. V.Blinov et al, Status of VEPP-4M collider: current activity and plans, Proc. of XIX Int. Workshop on Charged Particle Accelerators, Alushta, Crimea, 2005

60. A.V.Alexandrov et al, Electron-positron preinjector of VEPP.-5 complex. Proceedings of the XVIII International Linear Accelerator Conference., 2630 August 1996, Geneva, Switzerland., CERN 96-07; 15 November 1996, Vol. 2, pp. 821-823.

61. V.E.Blinov et al. Review of beam energy measurements at VEPP-4M colider KEDR/VEPP-4M. Nucl. Instr. and Meth. A598 (2009) 23.

62. A.D.Bukin et ai, Proc. of V-th Int. Symp. on High energy physics and elementary particle physics. Warsaw. 1975, p. 138.

63. N.Yu.Muchnoi et al., Fast and Precise Beam Energy Monitor Based on the Compton Backscattering at the VEPP-4M collader. Proceedings of the EPAC 2006 Conference.http://accelconf.web.cern.ch/accelconf/e06/PAPERS

64. R. Klein et al, Measurement of the BESSY II electron beam energy by Compton-backscattering of laser photons. Nucl.Instrum.Meth. A486 (2002) 545.

65. В.В.Анашин и др., Труды международного симпозиума по координатным детекторам в физике высоких энергий. 1988.

66. V. V.Anashin et al, KEDR status report. RX-1308 (Novosibirsk), May 1990. 119pp.

67. V. V.Anashin et al, Status of the KEDR detector. Nucl. Instr. and Meth., A478 (2002) 420-425.

68. V.M.Aulchenko et al, Vertex chamber for the KEDR detector. Nucl. Instr. = and Meth., A283 (1989) 528-531.

69. S.E.Baru, V.E.Blinov et al, The KEDR drift chamber. Nucl. Instr. and Meth., A323 (1992) 151-156.

70. S.E.Baru, A.E.Blinov, V.E.Blinov et al, Status of the KEDR drift chamber. Nucl. Instr. and Meth., A494 (2002) 251-254.

71. A.Onuchm et al, The aerogel Cherenkov counters with wavelength shifters and phototubes. Nucl. Instr. and Meth., A315 (1992) 517-520.

72. M.Yu.Barnyakov et al, Aerogel Cherenkov counters for the KEDR detector. Nucl. Instr. and Meth., A453 (2000) 326-330.

73. A. Yu.Barnyakov et al, The status of the KEDR ASHIPH system. Nucl. Instr. and Meth., A518 (2004) 597-601.

74. A. Yu.Barnyakov et al, Photomultiplier tubes with three MCPs. Nucl. Instr. and Meth., A598 (2009) 160-164.

75. V.M.Aulchenko et al, Liquid krypton calorimeter for KEDR detector. Nucl. Instr. and Meth., A316 (1992) 8.

76. V.M.Aulchenko et al, The test of the LKr calorimeter prototype at the tagged photon beam. Nucl. Instr. and Meth., A394 (1997) 35-45.

77. V.M.Aulchenko et al, Experience with CsI(Na) crystals for calorimetry. Nucl. Instr. and Meth., A379 (1996) 502-504.

78. V.M.Aulchenko et al, Muon system based on streamer tubes with time-difference readout. Nucl. Instr. and Meth., A265 (1988) 137-140.

79. V.M.Aulchenko et al., Detector KEDR tagging system for two-photo physics. Nucl. Instr. and Meth., A355 (1995) 261-267.

80. V.M.Aulchenko et al., Upgrade of the KEDR tagging system. Nucl. Instr. and Meth., A494 (2002) 241-245.

81. V. V.Anashin et al., Status of the KEDR supercondacting magnet system. Nucl. Instr. and Meth., A494 (2002) 266-269.

82. S.E.Baru et al, Дрейфовая камера детектора КЕДР. Proc. of Fifth Intern. Conf. on instrumentation for colliding beam physics. Novosibirsk, (1990) 41.

83. S.E.Baru et al., The KEDR drift chamber. Nucl. Instr. and Meth. A323 (1992) 151.

84. S.E.Baru et al, Status of the KEDR drift chamber. Nucl. Instr. and Meth. A379 (1996) 417.

85. S.E.Baru et al, The KEDR drift chamber based on dimethyl ether. Nucl.Instr. and Meth. A409 (1998) 23.

86. S.E.Baru et al, Status of the KEDR drift chamber. Nucl.Instr. and Meth. A494 (2002) 251.

87. W.B.Atwood et al, Performance Of The Sid Central Drift Chamber Prototype. SLD Design report, SLAC-Report-273 (1984); Nucl. Instr. and Meth., 252 (1986) 295.

88. F. Villa, Dimethylether: A Low Velocity, Low Diffusion Drift Chamber Gas. Nucl. Instr. and Meth. 217 (1983) 273.

89. R. Boucher et al, Recent Developments Of The Multidrift Tube. Preprint CERN-EP/89-45; Nucl. Instr. and Meth. A283 (1989) 509.

90. J. Va'vra, Nucl. Instr. and Meth. A252 (1986) 547.

91. S. Majevski, pp. 239-255, G. Godfrey, pp. 257-262; Proc. Workshop on Radiation Damage to Wire Chambers, Lawrence Berkeley Laboratory (Jan. 1986)LBL-21170.

92. M. Jibaly et al., Nucl. Instr. and Meth. A273 (1988) 161.

93. J. Kadyk et al., ref. 4] pp. 141-151; IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-36 (1) (1987) 481.

94. M. Jibaly et al., IEEE Trans. Nucl. Sci. NS-36 (1) (1989) 552.

95. G. Bari et al., Nucl. Instr. and Meth. A251 (1986) 292.

96. В.Е.Блинов, Исследование конструкционных материалов дрейфовых камер с газом диметиловый эфир. Меморандум КЕДР 5 (1986).

97. В.Е.Блинов, Дрейфовая камера детектора КЕДР. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Новосибирск 1990.

98. В.Е. Блинов, В. Р. Грошев, Оптимизация проволочной структуры и выбор натяжения проволочек в дрейфовой камере детектора КЕДР. Препринт ИЯФ 1997-16.

99. С. Young, Memo SLD DC GROUP 01.02.86.

100. Г.Д. Минаков, Измерение смещений проволочек в многопроволочной пропорциональной камере. Частное сообщение.

101. А.В.Рылин, В.Е. Блинов, В.Р. Грошев, Оптимизация потенциалов в дрейфовой камере детектора КЕДР. Меморандум КЕДР 11 (1990).

102. В.М.Аулъченко и др., Стандарт электроники КЛЮКВА. Препринт ИЯФ 88-29; Nucl. Instr. and Meth. 203 (1982) 109.

103. Г.А.Савинов, Разработка ИЯФ СО РАН. Частное сообщение.105106107108109110111112113114115116 117

104. С.Е.Бару, Г.А. Савинов. Информационная плата ТАМ системы сбора данных КЛЮКВА. Препринт ИЯФ 89-122.

105. В.А.Клюев и др., Усилитель-формирователь для дрейфовых камер. Препринт ЛИЯФ 1049 (1985).

106. Д.И.Марочкин, В.М.Аулъченко, Разработка ИЯФ СО РАН. Частное сообщение.

107. В.И.Нифонтов, А.Н.Селиванов, Разработка ИЯФ СО РАН. Частное сообщение.

108. J.Alexander et al., SLAC-PUB-3889.

109. Элементы формирования газового потока. Каталог, Научно-производственного обьединения "Химавтоматика".

110. R.J.Gluckstern, Uncertainties in track momentum and direction, due to multiple scattering and measurement errors. Nucl. Instr. and Meth. 24 (1963) 381.

111. В.Е.Блинов, Импульсного разрешение ДК детектора КЕДР. Меморандум КЕДР 3-1987.

112. А.Г.Шамов, Расчет импульсного разрешения дрейфовой камеры детектора КЕДР. Меморандум КЕДР 15-1990.

113. W.-M. Yao et al, Partical Data Groupe, Journal of Physics G 33,1(2006)258

114. Л.Д.Ландау, Собрание трудов, том 1. М., Наука, 1969, 482. O.Blunck, S.Leizegang, Z.Phys.1950 Bd 128,S.500 O.Blunck, К. Westphall, Z.Phys.1951 Bd 130,S.641

115. V.A.Chechin, V.C.Ermilova, The Ionization Loss Distribution at Very Small Absorber Thickness. Nucl. Instr. and Meth. 136 (1976) 551.

116. R.M.Sternheimer and R.F.Paierls, General expression for the density effect for the ionization loss of charged particles. Phys.Rev. B3 (1971) 3861.

117. К.Ю.Тодышев, Идентификация частиц в дрейфовой камере детектора КЕДР. Квалификационная работа на соискание степени магистра.1. Новосибирск 2000.

118. С.А.Котельников, Исследование распределений ионизационных потерь с целью идентификации релятивистких частиц. Автореферат. 1991г.

119. Г.И.Мерзон и др., Идентификация релятивистских частиц по ионизации в газе. Физика элементарных частиц и атомного ядра, том 14, вып. 3 (1983)

120. M.Hauschild et al, Particle identification with the OPAL jet chamber. Nucl. Instr. and Meth. A134 (1992) 74.

121. D.Jeanne et al, High energy particle identification using multilayer proportional counters. Nucl. Instr. and Meth. Ill (1973) 287.

122. K. Todyshev, BaBar DCH dE/dx calibration and a new technique of energy loss calculation. BABAR Analysis Document 1698 (2007)

123. J.Izen, A.Snyder, M.Sokoloff, R.Waldi, Some statistics for particle identification. BABAR Note 422(1999)

124. Т.А.Козлова, Идентификация частиц в дрейфовой камере детектора КЕДР. Квалификационная работа на соискание степени бакалавра. Новосибирск 2007.

125. J.Va'vra, Review Of Wire Chamber Aging. Nucl. Instr. and Meth. A252 (1986) 547.

126. J.Kadyk, Wire chamber aging. Nucl. Instr. and Meth. A300 (1991) 436.

127. Proc. Workshop on Radiation Damage to Wire Chambers, Lawrence Bercley Laboratory (Jan. 1986), LBL-21170.

128. Aging Phenomena in Gaseous Detectors DESY, Hamburg, Oct 2-5, 2001. Nucl. Instr. and Meth. A515 (2003)

129. T32.—Matter, Phis. Rev. 50 (1936) 48.

130. M.Danilov et al, Study Of Drift Chamber Aging With Propane. Nucl. Instr. and Meth. A274 (1989) 189-193

131. A.Boyarski, SLAC-PUB-9058.

132. V.E.Blinov, Procedure dependence of the ageing rate measurements. Nucl. Instr. and Meth. A419 (1998) 676.

133. G.Bari et al, Dimethyl Ether As A Drift Chamber Gas. Nucl. Instr. and Meth. A251 (1986) 292.

134. J.Kadyk et al, Anode Wire Aging Tests With Selected Gases. IEEE Trans.Nucl.Sei. 37 (1990) 478.

135. R.Kotthaus, A Laboratory Study Of Radiation Damage To Drift Chambers. Nucl. Instr. and Meth. A252 (1986) 531.

136. V.E.Blinov, V.R.Groshev, Aging in wire chamber filled with dimethyl ether. Nucl. Instr. and Meth. A385 (1997) 419

137. V.E.Blinov, I.N.Popkov, A.N.Yushkov, Aging measurements in wire chambers. Nucl. Instr. and Meth. A515 (2003) 95

138. E.M.Guschin et al, Prib. Tekh. Eksp. Instr. Eksp. Tech. USSR. 3(1984) 33.

139. S.P.Beingessner et al., Influence Of Chemical Trace Additives On The Future Aging Of The Ual Central Detector. Nucl. Instr. and Meth. A272 (1988) 669.

140. S.E.Baru et al, Proc. Int. Conf. on Instrumentation for Colliding Beam Phisics, Institute of Nuclear Physics, Novosibirsk, 1990, pp.41-52.

141. В.Е.Блинов, И.Н.Попков, А.Н.Юшков, Исследование радиационного старения проволочных камер, Препринт ИЯФ 2001-52

142. А.Д.Букин и др., Прецизионное измерение массы. Наблюдение си — Ф интерференции. Ядерная физика. Т.27. No 4 (1978) 976.

143. L.M.Barkov et al., The charged kaon mass measurement. Nuclear Physics. B. 148 (1979) 53.

144. Л.М.Барков и др., Прецезионное измерение массы нейтрального каона. Ядерная Физика. Т.46. No 4(10) (1987) 1088.

145. Л.М.Барков и др., Измерение параметров и> мезона с помощью криогенного магнитного детектора. Письма в ЖЭТФ. 1987. Т.46. №4. С.132.

146. А.А.Жоленц и др., Абсолютная калибровка энергии ВЭПП 4М и пре-зиционное измерение масс ф, ф' мезонов. Ядерная Физика. 1981. Т.34. №6(12) С. 1471.

147. A.A.Zholents et al., High precision measurement of the ф and ф' meson masses. Phys. Lett. B. V.96 (1980) 214.

148. A. S. Artamonov et al., A high precision measurement of the T-meson mass. Phys. Lett. B118 (1982) 225.

149. A.S.Artamonov et al, A high precision measurement of the Y,T' and T" meson masses. Phys. Lett. B137 (1984) 272.

150. S.E.Baru et al, New Measurement Of The Upsilon Meson Mass. Z. Phys. C30 (1986) 551 Erratum-ibid. C32 (1986) 622].

151. W. W.MacKay et al, Measurement Of The Upsilon Mass. Phys. Rev. D. 1984. V.29. P.2483.

152. D.P.Barber et al, A precision measurement of the T' meson mass. Phys. Lett. B. V.135 (1984) 498.

153. L.Arnaudon et al, Measurement of the mass of the Z boson and the energy calibration of LEP. Phys. Lett. B. V.307 (1993) 187.

154. A.N.Skrinsky, Yu.M.Shatunov, Precision measurements of masses of elementary particles using storage rings with polarized beams. Sov.Phys.Usp., 32 (1989) 54.

155. V.E.Blinov et al, Review of beam energy measurements at VEPP-4M collider. Nucl. Instr. and Meth. A598 (2009) 23.

156. A.V.Bogomyagkov et al, Beam Energy Calibration in Experiment on Precise Tau Lepton Mass Measurement at VEPP-4M with KEDR Detector. Proc. of EPAC 2006, Edinburgh, UK.

157. V.E.Blinov et al, Absolute Calibration of Particle Energy at VEPP-4M. Nucl. Instr. and Meth. A494 (2002) 81.

158. W.-M. Yao et al (Particle Data Group)., Review of Particle Physics. J. Phys. G. V.33 (2006).

159. C.Bernardini et al, Lifetime and Beam Size in a Storage Ring. Phys. Rev. Lett. V.10 (1963) 407.

160. С.И.Середняков, А.Н.Скринский, Г.М.Тумайкин, Ю.М.Шатунов., Radiative Polarization of Beams in the VEPP-2m Storage Ring. ЖЭТФ. T.71 (1976) 2025.

161. A.V.Bogomyagkov, S.A.Nikitin, V.I.Telnov, G.M.Tumaikinw, Estimation of errors in definition of central mass energy in high precision experiments on colliding beams. Proc. of the 3rd Asian Part. Accel, conf., Gyeongju, Korea. TUP-11002 (2004) 276.

162. V.E.Blinov et al, Absolute calibration of particle energy at VEPP-4M. Nucl. Instr. and Meth. A494 (2002) 68.

163. Г.Брук., Циклические ускорители заряженных частиц. Атомиздат, Москва, 1970 с.255.

164. Я.С.Дербенев, А.М.Кондратенко., Релаксация и равновесное состояние поляризации электронов в накопителях. ДАН СССР. Т.217. No2 (1979) 66.

165. S.A.Nikitin, E.L.Saldin, M.V.Yurkov., Calculation of the depolarizing effect of the field imperfection in electron-positron storage ring. Nucl. Instr. and Meth. A216 (1983) 317.

166. Ya.S.Derbenev, A.M.Kondratenko, A.N.Skrinsky., Radiative polarization at ultra-high energies. Particle Accelerators. V.9 No4 (1979) 247.

167. С.А.Никитин., Препринт ИЯФ CO РАН. 2005. 2005-54.

168. В.Н.Байер, В.М.Катков, В.М.Страховенко., ДАН СССР. 1978. Т. 241. № 4. Стр. 797.

169. S.A.Nikitin, I.B.Nikolaev., Proc. of ЕРАС, Edinburgh. 2006. P.1184.

170. A.A.Sokolov, I.M.Ternov., Sov. Phys. Dokl. V.18 (1964) 1203.

171. V.M.Aulchenko et al. (KEDR Collaboration), New precision measurement of the ф and ф' meson masses. Phys. Lett. B. V.573 (2003) 63.

172. K.Y.Todyshev et al. (KEDR Collaboration), Precision Measurements Of Masses Of Charmonium States, Proc. of Science (HEP2005) (2006) 115.

173. V. V.Anashin et al. (KEDR Collaboration), Measurement of the tau lepton mass at the KEDR detector. JETP Lett. V.85 (2007) 429.

174. V. V.Anashin et al. (KEDR Collaboration)., Tau mass measurement at KEDR. Nuclear Physica В (Proc. Suppl.) V.311 (2008) 181.

175. V. V.Anashin et al. (KEDR Collaboration), Measurement of D° and D+ meson masses with the KEDR detector. Phys. Lett. B686 (2010) 84.

176. R.Klein et al., Measurement of the BESSY II electron beam energy by Compton-backscattering of laser photons, Nucl.Instrum.Meth. A384 (1987) 239.

177. R.Klein et al, Measurement of the BESSY II electron beam energy by Compton-backscattering of laser photons, Nucl.Instrum.Meth. A486 (2002) 545.

178. Ф.Р.Арутюнян, В.А.Туманян., ЖЭТФ том44 (1963) 2100.

179. О.Звелто., Принципы лазеров. Москва, Мир, (1984).

180. Н.Ю,Мучной, Калибровка энергии электронного пучка ВЭПП-4М по краю спектра рассеянных обратно комптоновских гамма квантов. Материалы рабочего совещания по детектору КЕДР. 7 февраля 2006. ИЯФ СО РАН.

181. V.E.Blinov et al, Review of beam energy measurements at VEPP-4M collider. Nucl. Instr. and Meth. A598 (2009) 23.

182. V.E.Blinov et al, Beam Energy and Energy Spread Measurement by Compton Backscattering о Laser Radiation at the VEPP-4M Collider. ICFA Beam Dynamics Newsletter N48 (2009) 195.

183. A.V.Bogomyagkov et al, Beam Energy Calibration in Experiment on Precise Tau Lepton Mass Measurement at VEPP-4M with KEDR Detector. Proc. of EPAC 2006, Edinburgh, UK.

184. S.Edelman et al, Partical Data Groupe], Phys. Lett. B592 (2004) 1.

185. E.A.Kuraev, V.S.Fadin, On Radiative Corrections to e+ e- Single Photon Annihilation at High-Energy. Sov. J. Nucl. Phys. 41 (1985) 466., Yad. Fiz. 41 (1985) 733.

186. M.B.Voloshin, The Onset of e+e~ —»■ t+t~ at threshold revisited. Phys. Lett. B556 (2003) 153.

187. V.E.Blinov, A.V.Bogomyagkov et al., Beam Energy Calibration in Experiment on Precise Tau Lepton Mass Measurement at VEPP-4M with KEDR Detector. Proc. of EPAC 2006, Edinburgh, UK. 2006.

188. S.A.Nikitin, Influence of Errors in KEDR Detector Field Compensation on the Spin Tune Shift and the Beam Polarization Lifetime in VEPP-4M Collider at Energy of Tau Lepton Production Threshold. Proc. of RuPAC 2006, Novosibirsk.

189. A.V.Bogomyagkov et al, Influence of the vertical closed orbit distortions on accuracy of the energy calibration done by resonant depolarization technique. Proc. of RuPAC 2006, Novosibirsk.

190. O.I.Meshkov et al., Study of Beam Energy Spread at the VEPP-4M. Proc. of EPAC 2006, Edinburgh, UK.

191. GIANT Detector Discription and Simulation Tool, CERN Program Library Long Writeup W5013.

192. S.Jadach and Z.Wos, Comp. Phis. Comm.'36 (1985) 191; Comp. Phis. Comm. 64 (1991) 267.

193. Y.I.Azimov et al., Electromagnetic corrections to the production of narrow . resonances in colliding-e + e— beams. Pisma Zh.JEksp. Teor. Fiz 21 (1975)378; JETF Lett. 21 (1975) 172.

194. W.-M.Yao et a/., Partical Data Groupe], J. of Physics G 33 (2006) 1.

195. K.Nakamura et al., Partical Data Groupe], J. of Physics G 37 075021 (2010).