Измерение односпиновой асимметрии в инклюзивном образовании - мезонов в области фрагментации неполяризованных пучков тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

РГЬ ид

1 О СЕ!! 1УИЗ

институт физики высоких энергий

93-93

На правах рукописи

Грачев Олег Анатольевич

ИЗМЕРЕНИЕ ОДНО СПИНОВ ОЙ АСИММЕТРИИ В ИНКЛЮЗИВНОМ ОБРАЗОВАНИИ тг°-МЕЗОНОВ В ОБЛАСТИ ФРАГМЕНТАЦИИ НЕПОЛЯРИЗОВАННЫХ ПУЧКОВ

01.04.23 — физика высоких энергий

Автореферат диссертации на соискание ученой степейн кандидата физико-математических наук

Протвино 1993

М-24

Работа выполнена в Институте физики высоких энергий (г. Протвино).

Научные руководители - доктор физико-математических наук, профессор С.Б.Нурушев; кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник А.Н.Васильев. ,

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук В.П.Канавец (ИТЭФ), кандидат физико-математических наук А.А.Волков (ИФВЭ).

Ведущая организация - Московский инженерно-физический институт (г.Москва).

Защита диссертации состоится "_" _ 1993 г. в

_ часов на заседании специализированного совета Д034.02.01 при

Институте физики высоких энергий по адресу: 142284, г.Протвино Московской обл.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФВЭ.

Автореферат разослан "_" _ 1993 г.

Ученый секретарь

специализированного совета Д034.02.01 Ю.Г.Рябов

© Институт физики высоких энергий, 1993

Общая характеристика работы

Актуальность темы. С развитием фишки высоких энергий все больше осознается необходимость детального изучения спиновой зависимости взаимодействия адронов. Эта необходимость обусловлена не только внутренними закономерностями развития данной области исследований (создание поляризованных мишеней и поляризованных пучков), но и тон решающей ролью, которую играют поляризационные исследования в прояснении проблем динамики адронных процессов, их спиновой зависимости п структуры элементарных частиц, в проведении критических проверок теоретических моделей.

Измерение одноеппновой асимметрии в инклюзивных реакциях в области фрагментации неполярнзованных пучков проводилось ранее в ЦЕРНе при энергии адронных пучков ~ 8 ГэВ. Асимметрия заряженных мезонов составила » 5%. Больший эффект асимметрии наблюдался в области фрагментации пучка поляризованных протонов с энергией 12 ГэВ, ускоренного в ZGS в Аргоннской национальной лаборатории. Измеренная односпнновая асимметрия заряженных мезонов достигала величины и 15 — 30%. Так как все эти измерения были выполнены при небольших энергиях, а данные по измерению асимметрии инклюзивно образованных 7г°-мезонов с большими Хр вообще отсутствовали, то измерение асимметрии 7г°-мсзонов в области фрагментации неполярнзованных адронных пучков с энергией 40 ГэВ при взаимодействии с протонной поляризованной мишенью стали новой и актуальной задачей в физике высоких энергий.

Измерением асимметрии 7г°-мезонов в инклюзивных реакциях

: 7Г~ + р, -> 7Г° + X, (1)

К + pt —I► 7Г° + Х\

р + ;>,—> 7г° + х

(2 (3

открывался новый этап поляризационных исследований на ускорится У-70 — изучение спиновых эффектов в инклюзивных реакциях с парна цней ароматов начальных кварков.

Целью диссертационной работы явилось экспериментальное измо ренне асимметрии инклюзивно образованных 7г°-мезонов в области фраг ментации неполярнзованных адронных пучков с импульсом 40 ГэВ/с в ре акциях (1), (2), (3) и создание аппаратуры для проведения поляризацнон ных исследований во ФНАЛе. Эксперимент был проведен в 1985-198G гг в ИФВЭ на установке ПРОЗА-М.

Научная новизна исследования. Впервые проведено измерит асимметрии инклюзивно образованных 7г°-мезонов в области фрагмен тации неполярнзованных пучков с разным составом кварков.

Практическая ценность. Полученные данные позволили проверит] экспериментально предсказания теоретических моделей, а также стимули ровали продолжение исследований в области фрагментации неполяршо ванных пучков при больших pt. Приобретенный в ИФВЭ в эксперимент! на 40-ГэВ пучке опыт по созданию систем моннторпрованпя и триггер, был реализован при создании установки для поляризационных исследо ваний во ФНАЛе, а также его можно будет использовать в будущп: экспериментах на нашем и зарубежных ускорителях.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четы рех глав и заключения. Общий объем диссертации G5 страниц, включа) 30 рисунков, 4 таблицы и список литературы из 50 наименований.

Апробация работы. Работы, составляющие основное содоржанш диссертации, опубликованы в отечественных и зарубежных изданиях^1 а также докладывались на научных семинарах ИФВЭ, Аргоннской наци ональной лаборатории (США), Национальной ускорительной лаборнторш имени Ферми (США), на международных симпозиумах по спиновым явлениям в физике высоких энергии (Протвино, 19SG г., Миннеаполис, 1988 г. Бонн, 1990 г.).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

В первой главе дан обзор имевшихся на момент начала диссертационной работы экспериментов по измерению односпнновых асимметрий в инклюзивных процессах в области фрагментации адронных пучков.

Первые эксперименты проводились на выведенном пучке протонного синхротрона ЦЕРН. В качестве мишени использовалась поляризованная пропандноловая мишень (химическая формула С^Н^Оч)- Импульс выведенного пучка был 8 ГэВ/с. Асимметрия заряженных мезонов в области фрагментации неполярпзованного пучка составляла около 5% и слабо зависела от хр п 14 в области хр = 0,6 — 0,9 п = 0,4 - 1,2 ГэВ/с.

Больший эффект асимметрии наблюдался в области фрагментации пучка поляризованных протонов с энергией 12 ГэВ, полученного в Аргон-не. Измеренная одноеппновая асимметрия заряженных мезонов составляла и 15 - 30%.

Во второй главе приводятся основные характеристики эксперимеп-тальнон установки ПРОЗА-М/1/, попользовавшейся для измерения, асимметрии 7г°—мезонов в инклюзивных реакциях (1)-(3) в области фрагментации тг~, к~-мезонов и неполярнзоваиных антипротонов с импульсом 40 ГэВ/с на поляризованных протонах. Рассматриваются и обсуждаются характеристики отдельных узлов установки.

Экспериментальная установка ПРОЗА-М была размещена на канале N 14 ускорителя У-70. Магнитооптическая система канала формировала на установку пучок отрицательных частиц, имеющих средний импульс 39,1 ГэВ/с при импульсном разбросе ±2,5%.

Для калибровки спектрометра в этом же канале был получен электронный пучок. При сбросе на внутреннюю мишень 1011 протонов п импульсной полосе захвата ±3% интенсивность электронного пучка составила я» 101 для импульса 26 ГэВ/с. Примесь тг~ — и ¿¿"-мезонов в пучке не превышала 0,4%.

Экспериментальная установка ПРОЗА-М была предназначена для изучения спиновых эффектов в инклюзивных реакциях. Схема расположения элементов установки представлена на рпс.1. Установка состояла из следующих узлов: пучковой аппаратуры, поляризованной протонной "замороженной" мишени, блока пропорциональных камер, гамма-спектра ЧСПП- 800, электронной аппаратуры п системы сбора данных и контроля информации "в линию" с ЭВМ.

чспп-воо

ПЗМ М 1ИП

Рис. 1. Схема расположения элементов экспериментальной установки ПРОЗЛ-М по измерению асимметрии инклюзивно образованных я^-мезонов в области фрагментации неполяризованных адронных пучков на поляризованной протонной мишени.

Полученные на внутренней мишени ускорителя отрицательно заряженные частицы фокусировались на поляризованной мпшенн. Пучок мо-ниторировался сцинтнлляционньши счетчиками Б1, Б2 и БЗ. Для подавления гало пучка использовался счетчик А0. Пучковый счетчик А02 использовался для выработки триггерного сигнала на запуск установки. Сорт падающей на мишень частицы определялся с помощью газовых пороговых черепковских счетчиков С'1,С2 п С'З. Угол входа частицы в мишень определялся двумя двухкоординатнымн сцпнтилляционными годоскопами Г1 и Г2 с точностью ±0,4 мрад.

В эксперименте использовалась поляризованная мишень "замороженного" типа с горизонтальным криостатом, в качестве рабочего вещества использовался пропандиол (химическая формула С^Н^Оч)- Рабочее вещество было заключено в ампулу диаметром 20 мм и длиной 200 мм. Отношение числа поляризованных протонов к общему их количеству составляло лг 10,5%. Для удержания ориентации спинов протонов использовался компактный магнит с Щ-образнымн раздвижными полюсами. Средняя величина поляризации мишени составляла ,80%.

Для регистрации 7- квантов от распада вторичных частиц использовался годоскопическии черенковскнй спектрометр полного поглощения типа ГАМС, собранный нз счетчиков, изготовленных из свинцового стекла. Для геометрической привязки спектрометра на пучке использовался годоскоп НЗ.

В реакциях (1)-(3) события с 7г°-мезошшп сопровождались заряженными адронамн. Для выделения заряженных адронов использовалась информация с пропорциональных камер. Блок нз четырех плоскостей ПК. с шагом 2 мм каждая, был установлен на расстоянии 3,3 метра от центр;! мпшенн.

Черенковский спектрометр полного поглощения (ЧСПП-800)

Научные и технические разработки, выполненные в ИФВЭ, привели к созданию шнрокоапертурных электромагнитных калориметров ячеистой структуры, состоящих пз большого числа счетчиков с радиаторами из свинцового стекла, которые в настоящее время интенсивно используются на многих ускорителях мира. Аналогичный детектор ЧСПП-800 был создан для установки ПРОЗА-М. Калориметр содержал 800 счетчиков, уложенных в виде прямоугольной матрицы — 32 вертикальных столбца по 25 счетчиков в каждом. Два центральных счетчика были заменены пенопластовым геометрическим эквивалентом для прохождения прямого пучка. Калориметр был размещен на расстоянии 8 м от центра мишени.

Внешний вид ЧСПП-800 показан на рпс.2. Счетчики калориметра были заключены в светонепроницаемый силовой корпус. Корпус фиксировался на жесткой раме п мог перемещаться вместе с ней в вертикальном направлении вдоль направляющей колонны. Направляющая колонна, установленная на горизонтальной платформе, перемещалась вместе с платформой в горизонтальном направлении — поперек пучка. Таким' образом, пучок мог сканировать все счетчики калориметра.

Счетчики калориметра были изготовлены из прозрачного свинцового стекла типа ТФ1-000, обернутого алюминпзированным майларом толщиной 20 мкм. Номинальные размеры стекла составляли 38,2x38,2x450 мм3 (18 радиационных длин по пучку). Черепковский свет, возникающий в стекле от электромагнитного ливня, регистрировался фотоумножителем ФЭУ-84-3.

Внутри светоизолнрованного корпуса помимо счетчиков располагалась система светодиодного монпторнрования.

Система светодиодного мониторирования

Критическим параметром в поляризационных экспериментах является систематическая ошибка измерении (так называемая ложная асимметрия). Эта ошибка возникает из-за долговременной нестабильности калориметра в процессе набора статистики при разных знаках поляризации мпшенп или пучка. Частое изменение направления вектора поляризации мишени пли пучка (реверс поляризации) существенно уменьшает эту ошибку.

Реверс поляризации мишени в эксперименте по техническим причинам осуществлялся один раз в сутки или 1,5 суток, поэтому был необходим постоянный контроль за стабильностью измерения энергии 7-квантов счетчиками калориметра. Этот контроль осуществлялся с помощью системы светодиодного мониторирования.

Рис. 2. Внешний вид электромагнитного калориметра. 1 — светоизолпроваппий силовой корпус, зафиксированный на жесткой раме; 2 — направляющая колонна; 3 — горизонтальная платформа; 4, 5 — датчики горизонтального и вертикального перемещений; М1, М2 — электродвигатели систем перемещения.

Система состояла из 10 желтых светодиодов, возбуждаемых генератором и заключенных в два светонепроницаемых цилиндра диаметром 30 мм и длиной 200 мм, по 5 светодиодов в каждом. В конце цилиндра, где обеспечивалась равномерная засветка, находился пучок световодов (по 500 световодов на 5 светодиодов) из органических волокон диаметром 1 мм. Каждый счетчик ЧСПП-800 был обеспечен таким световодом. Световод имел воздушный оптический контакт с радиатором счетчика. Длина световодных волокон была различной, максимальная длина ~ 1 м. Однородность засветки пучка световодов составляла ~ 85%. Длительность сигналов со счетчиков составляла 500 не.

Г)

Перед началом каждого цикла ускорителя вырабатывались два калибровочных триггера: первый соответствовал пьедестальным сигналам блоков амплитудного преобразования (БАП), второй — сигналам от свето-дподов. Сигналами от светоднодов монпторнровалнсь электронные тракты счетчиков калориметра, включающие в себя коэффициенты усиления ФЭУ-84-3 и коэффициенты усиления БАП.

Типичный спектр по амплитуде от светоднодов для одного из счетчиков ЧСПП, набранный за 2 часа работы, изображен на рис.За. Видно, что стабильность сигналов в среднем составляет 1% (полная ширина на полувысоте). На рис.36 представлено распределение числа счетчиков по разрешению сигналов от светоднодов за это же время работы. Среднее значение этого распределения составляет 0,4%. Распределение числа счетчиков по средним значениям сигналов от светоднодов показано на рнс.Зв.

С помощью тестовых измерений установлено, что - усиление канала БАП меняется во времени. В течение месяца работы это изменение достигает до 15% (в среднем по всем каналам и 10%). Это показало, что контроль за усилением каналов ЧСПП с помощью импульсных светоднодов необходим, так как отсутствие такого контроля привело бы к резкому ухудшению энергетического разрешения калориметра.

Контроль энергетической шкалы детектора с точностью и 1% обеспечил измерение асимметрии (для данного диапазона по хр и р'1, ) с систематическими ошибками заметно ниже, чем статистические ошибки.

Триггер на суммарное энерговыделение

По условиям эксперимента отбирались 7г°-мезоны в диапазоне фейн-мановской переменной ху от 0,3 до 0,9, при этом продольные импульсы зарегистрированных тт°- мезонов были больше 12 ГэВ/с. Это обеспечивала созданная трпггерная система на суммарное энерговыделенне в калориметре с дискриминацией порога по энергии. Схема триггерпой системы показана на рис.4.

Сигнальный кабель от ФЭУ каждого счетчика подключался в разъем, расположенный на распределительной панелп. В эту точку был подсоединен высокочастотный кабель, по которому сигнал со счетчика поступал на амплитудный анализ и через сопротивление 1 кОм — на вход линейного сумматора. Суммирование и усиление импульсов от 25 счетчиков, принадлежащих одному столбцу калориметра, выполнялось одним модулем сумматора вертикальной сборки. Далее сигналы от вертикальных сборок суммировались, и суммарный сигнал через децпбельный ослабитель поступал на схему выработки физического триггера.

N 200

100

а)

6)

75

г

V

490 500 51° 0 °-3 , 0.4 0.5 0.6

А

Ос р/А

100

50

В)

100

300

500

700

Рис. 3. Типичный спектр по амплитуде сигналов от светодиодов для счпчикон ЧСПИ-800, набранный за 2 часа работы (а); распределение числа счетчиков но разрешению сигналов от светодиодов за то же время (б); распределение числа счетчиков по средним значениям сигналов от светодиодов (в).

С

БАЛ

Рис. 4. Схема трнггерной системы на суммарное эперговыделенпе в калориметре.

Триггер Т на запуск установки формировался по функции

Т = Т0хЕ.

Здесь Т0 — сигнал совпадения монпторных счетчиков Б1, Б2, ЭЗ, пучковых годоскопов Г1 и Г2 (требовалось срабатывание только одного счетчика в каждой из четырех плоскостей) и антпеовпаденпя от счетчиков А„ и А0ч (см. рис.1); Е — суммарное эгерговыделенпе в гамма-детекторе. Триггер вырабатывался при условии, если значение £ превышало пороговое значение Е0. Измерения проводились при трех значениях порога Е„ — 12; 22 и 30 ГэВ. Данный выбор порогов обеспечивал эффективную регистрацию событий при работе на к"-мсзонных и антппротонпых пучках. Для 7г——мезонного пучка эта эффективность была существенно ниже пз-за подавляющей доли 7Г_-мезонов в пучке, и можно было бы снизить

интенсивность на 1-2 порядка, однако из-за удобства проведения эксперимента интенсивность была постоянной (на уровне 1-Ю6), что позволяло легко переключать триггер на к_-мезонные и антипротонные пучки.

Электронная аппаратура установки в основном состояла из унифицированных модулей наносекундной электроники, блоков амплитудных преобразователей, пересчетных приборов, регистров и другой вспомогательной аппаратуры, выполненной в стандарте СУММА, которая располагалась в 14 каркасах в двух ветвях. Для накопления данных в эксперименте использовалась ЭВМ НР-2100А, работающая на линии с установкой п имеющая оперативную память 32К 16-разрядных слов (цикл памяти 1 мкс) и стандартный набор внешних устройств. Обработка данных с магнитных лент проводилась на ЭВМ 1СЬ-1906А и параллельно на НР-2100А.

В третьей главе рассматривается центральный электромагнитный калориметр^2/, использовавшийся для выполнения поляризационной программы во ФНАЛе. Рассматриваются и обсуждаются система моннторн-рования и триггер на большой поперечный импульс.

Используя накопленный опыт по разработке н созданию электромагнитного калориметра для исследований на установке ПРОЗА-М, нами был создан центральный электромагнитный калориметр (ЦЭМК) для выполнения физических исследований во ФНАЛе.

Центральный электромагнитный калориметр состоял из двух независимых детекторов ЦЭМК1 и ЦЭМК2. Каждый детектор состоял из 504 счетчиков, которые образовывали прямоугольную матрицу размерами 21 столбец на 24 строки. Кострукцня детектора была аналогична конструкции детектора ЧСПП-800. При создании этих детекторов основное внимание было обращено на систему мониторнрования и триггер на большой поперечный импульс.

Система светодиодного мониторнрования счетчиков ЦЭМК

Как было отмечено ранее, критическим параметром в поляризационных экспериментах является ложная асимметрия, вызванная долговременной нестабильностью работы калориметра при наборе статистики при разных знаках поляризации пучка или мишени. Частый реверс поляризации существенно уменьшает эту ошибку. По условиям эксперимента реверс поляризации пучка осуществлялся через каждый 10 минут, что делало систематическую ошибку пренебрежимо малой. Однако для интерпретации полученных спиновых эффектов необходимо было также определить /^-зависимость сечения образования 7г" мезонов. Для решения этой задачи был необходим постоянный контроль за стабильностью пз-

мерения энергии счетчиками калориметра. Этот контроль осуществлялся с помощью системы светодиодного монпторировання.

Система монпторировання состояла из одного импульсного светодио-да H3000 Stanly. Светоднод монтировался в специальном устройстве (см. рпс.5), имеющем систему юстировки светодиода и диффузионный рассен-ватель света. В конце выходного цилиндра устройства, где обеспечивалась однородная засветка, находился пучок световодов из G50 органических волокон диаметром 1 мм.

I 4

/

/ ■

% Ухххухух

т~п

Рис. 5. Конструкция устройства для засветки световодных волокон системы светодиодного монпторировання счетчиков. 1 — система юстировки светодиода; Ч — светоднод НЗООО; 3 —■ диффузионный рассеиватель света; 4 — корпус; 5 — пучок световодов.

Светоднод системы мониторнрования счетчиков ЦЭМК поджигался генератором импульсов. Путем оптимизации работы генератора был получен выходной сигнал с генератора, обеспечивающий работу светодиода в таком режиме, когда длительность сигналов со счетчиков была минимальна и составляла 65 не (на 10%-м уровне), а среднее значение амплитуды сигналов со всех счетчиков соответствовало среднему значению амплитуды сигнала от позитронов с энергией 30 ГэВ.

Тестовые измерения показали, что излучение светодиода от температуры меняется в среднем 1%. на 1"С. Изменение сигнала от светодиода на 1% может привести к ложной асимметрии, сравнимой с ожидаемым эффектом. Однако, как было отмечено выше, из-за частого реверса поляризации пучка систематическая ошибка измерения асимметрии была пренебрежимо мала. Измерения же сечений образования -"-мезонов требовали стабильности на порядок лучше, чем позволяла система светодиодного монпторировання. Отсюда возникла необходимость введения

контроля за стабильностью самой системы светодиодного монпторнр< ння и температурой внутри корпуса калориметра.

Температура контролировалась внутри калориметра в двух зонах: высоковольтными делителями счетчиков и рядом со светоднодом снстс монпторпровання. Температура составила в среднем 28° и 24" соот1 ственно и изменялась в пределах ±2"С во время шестимесячной непрер ной эксплуатации калориметра. Для обеспечения постоянной температ; внутренний объем калориметра продувался газообразным азотом.

Контроль за стабильностью системы светодиодного монпторпрова осуществлялся с помощью контрольных счетчиков. Конструкция I тролыюго счетчика показана на рис.6. В каждый Ц'ЗМК было устано] но два контрольных счетчика. Измерялись средние значения амплн сигналов от свстодиода системы монпторпровання н сравнивались с плнтудами сигналов от ецннтплляцпонного излучения в кристалле Л вызванного а-частпцамн от радиоактивного распада Ат241, вкраплеш в этот кристалл.

Рис. 6. Конструкция контрольного счетчика. 1 — световоднос волокно системы сн диодного моннторпрования счетчиков; 2 — а-радиоактнвный источник Лт вкрапленный в кристалл ЫаЛ; 3 — винт регулировки интенсивности заеж фотокатода фотоэлектронного умножителя; 4 — фотоэлектронный умпожи ФЭУ-81-3; 5 — корпус; С — делитель высоковольтного питания; 7 — зажт винт.

Данные за 50 дней работы на пучке показали, что за один ме работы система монпторпровання контролировала энергетическую шк детектора с точностью ±2х10_;!. Следует отметить, что в течение стимесячного сеанса проводились последовательно различные поляр! цнонные измерения на пучке. Продолжительность отдельных физнчес

N II О3

ерений не превышала одного месяца. Таким образом, созданная систе-монпторпрованпя обеспечивала необходимый контроль за стабплыю-ю работы ЦЭМК.

Триггер на большой поперечный импульс pt

Сечение образования 7г"-мезонов имеет крутую зависимость от щ, про-циональную exp(—ipt). Для отбора событий с большими pt была созда-григгерная система для подавления большого числа событий с малыми Схема триггера аналогична схеме триггера на суммарное энерговыде-не в калориметре ЧСПП-800. Отличительной особенностью этой схемы яется суммирование сигналов с вертикальных сборок с учетом весо-: коэффициентов, пропорциональных синусу среднего угла рассеяния данного вертикального столбца (расстояние от осп пучка до данного лбца). Эти функции выполнял модуль Le Сгоу 628, в который заво-шсь сигналы от сумматоров вертикальных сборок столбцов детектора, ж обеспечивал вклад каждой вер-^лыюй сборки в общую сумму, порцпональный Esini), где Е — ргетпческий вклад каждой вертн-ьной сборки; sini) — синус угла сеяния. Окончательные триггеры Т1 и НРТ2 разветвлялись на не-лько сигналов. Три сигнала фор-¡овали триггеры на малые, среди большие поперечные пмпульсы, :ичавшпеся уровнями порогов. На рис.7 представлено распре-енне по иопе])счному имиуль-7Г°-мезонов, зарегпст1)111)ованных ,ЭМК1. Для второго детектора это предсленне аналогично. Стрелка-отмечены фронты триггера на еречный импульс pt. Эти пороги irrepa в свою оче]>едь соответство-:н величинам pt, равным 1,35; 1,8 и ГэВ/с. Порог 1,8 ГэВ/с обесиечн-: подавление количества триггеров раз, а порог 2,1 ГэВ/с — в 20 раз сравнению с порогом 1,35 ГчВ/с.

ч

1,2

2.8 I}.. ( ГэВ/с)

Распределение ммиу.'П.су л-' с I рпрованпих в Ц')МК1.

по поперечному ме'юнон, sapein-

Калибровка ЦЭМК

Целью калибровки являлись выставление напряжений на ФЭУ т чтобы выравнять вклад от энерговыделения в счетчиках каждого с-тс. ца в трпггерный сигнал, и определение коэффициентов, преобразуки амплитуду с АЦП в энергию.

Перед калибровкой на позптронном пучке с помощью стандартного пульса от генератора были подобраны трпггерные цепи каждого счетч (выравнены коэффициенты усиления усилителей, подобраны сопротш ния 1 кОм), через которые часть сигнала с ФЭУ 1/20) уход в усилители триггерпого сигнала). Также перед калибровкой были г браны АЦП. Нелинейность всех каналов АЦП была меньше 1%, а разб коэффициентов усиления составлял 5% (ПШПВ) и 10% по основанию

Калибровка ЦЭМК была проведена на позптронном пучка с энерг 30 ГэВ. Энергетическое разрешение 7% (ПШПВ), полученное после д итераций, является характерным для калориметров пз свинцового стог

Окончательно напряжения на ФЭУ были выставлены таким обрат что разброс трнггериых коэффициентов, преобразующих энерговыделе в каждом счетчике в часть суммарного триггерпого сигнала, состав ~ 1 — 2% в каждом столбце. Значения калибровочных коэффициентов, г образующих амплитуды с АЦП в энергию составляли в среднем 32 N на один отсчет АЦП и имели разброс всего 5% (ПШПВ). Центр тяже амплитудного спектра от позитронов с энергией 30 ГэВ находился и мерно в 1000-м канале АЦП. Это обеспечивало в дальнейшем возможно регистрации энерговыделения в счетчиках до 120 ГэВ.

Контроль за стабильностью аппаратуры

Часть информации 9%), записываемой на магнитные ленты, ш давалась по быстрой связи на ЭВМ УАХ8-3200 для обработки "в лини Наличие достаточно быстродействующей ЭВМ с большой памятью по: ляло использовать полную программу физической обработки для контр принимаемой информации.

Первый уровень обработки заключался в контроле за стабильнос: характеристик ЦЭМК. Обработка информации с ЦЭМК начиналась с г троля за стабильностью высоковольтного напряжения счетчиков. В н; ле новой экспозиции ЭВМ РВР-11/45, используя систему Ье Сгоу Ь считывала значения высоковольтного напряжения со всех 1012 счетчн ЦЭМК (включая контрольные счетчики) и пересылала их на УАХБ-З! Там эти значения сравнивались с исходной таблицей напряжений, и : пернментатору сообщалось об изменениях напряжений в отдельных ст чиках больше чем на 0,5%. Следует отмстить, что подобные сообще

были крайне редки. Когда они все же случались для какого-то счетчика, набор статистики приостанавливался и с помощью специальной сервисной программы на PDP-11/45 устанавливалось первоначальное напряжение на данном ФЭУ.

Так же контролировались средние значения спектров сигналов PED, LED, Am241 и температурных датчиков. Характерный спектр сигналов от Am2"" на одном из контрольных счетчиков представлен на рис.8. Видно, что распределение достаточно узкое, а « 6%. Это позволяло определять среднее значение сигнала с точностью < 0,2% за один час ¡заботы. Распределения сигналов PED п LED были более узкие, а « 1%. сообщения об отклонениях этих средних значений от заданных поступали экспериментатору.

Рис. 8. Характерный спектр сигнала о г контрольного счетчика с Лт2".

Четвертая глава содержит результаты измерений одноепшю-вых асимметрий в инклюзивном образовании тг°-мезонов в области фрагментации 7Г~ —, к~-мезонных и неполярнзованного антппротошюго пучков при К) ГэВ/с.

В 1985-1986 гг. были проведены исследования асимметрии в инклюзивных реакциях тт~р1 —> тт"х, к~р^ 7г"г, рр^ —> тт"х в области фрагментации неполяризованных пучков при энергии 40 ГэВ/3Л Было записано около 3 млн. событий с триггерами на эти реакции. Измерения проводились на поляризованной мишени.

Обработка накопленной информации пелась в несколько этапов. На первом этане проводилась реконструкция всех ливней в гамма-детекторе. Поиск ливней в гамма-спектрометре осуществлялся с порогом по энерговыделенпю и отдельном счетчике 100 МэВ, по сум-

маркой энергии одного ливня -— 1 ГэВ. Проводился анализ поперечн развития ливня в гамма-детекторе по \2 критерию. Форма электром нптного лпвня оп!)сделялась в калибровочных измерениях на электрош пучке заданной энергии. Постоянство формы электромагнитного ли с изменением энергии ливня проверялось на событиях с 7г°-мсзонамн эксклюзивной реакции тт'р —> тг"и в интервале энергии 7-квантов от 5 30 ГэВ.

На следующем этапе обработки находились эффективная масса кинематические параметры хр, pt и ф — азимутальный угол для кале пары 7-квантов в событии с множественностью щ. Для двухлшшм событий полученные события, определяемые как число событий над фо! в пике в области массы л°-мезона, составляли около 50%.

Основным источником фона при реконструкции 7г°-мезонов являю "комбинаторные" 7-кванты, а также ливни от ассоциативно образов ных адронов (заряженных и нейтральных). Для разделения адронн и электромагнитных ливней в гамма-спектрометре использовалась : формация с пропорциональных камер, "метивших" заряженные адро! В результате процедуры выделения заряженных адронов в событиях, i сработали ПК, фон в области массы 7г°-мезона для двухлнвневых cot тий уменьшился в (2,G±0,2) раза. При этом заметного уменьшения ' ела полезных событий обнаружено не было. При выполнении процеду выделения заряженных адронов эффективность подавления заряженн адронов (вероятность принять адронньш ливень за электромагннтнь составляла 5%.

Для уменьшения фона от нейтральных адронов исключались лиг с X'2 > Хс 11 с энерговыделеннем Е < 1,5 ГэВ. Величина выбирал; из условия, чтобы потери электромагнитных ливней не превышали 5 В сумме это привело к дополнительному уменьшению фона под массов] пиком 7г°-мезона на (30±8)%. Аппроксимируя полученные массовые сп тры зависимостью гауссиан-полнном, было найдено, что такая процед> отбраковки адронных ливней улучшает отношение сигнал/фон в двухл] новых событиях d 3,2±0,3 раза. При этом величина сигнала над фон уменьшается на (12±1)%.

В конечном итоге, для нахождения азимутальной асимметрии нак; ливались распределения событий по xf, pj и азимутальному углу попадающих в интервал эффективных масс 90-170 МэВ/с2.

Азимутальная асимметрия в угловом распределении тг°-мезонов оп] деляется соотношением

A = (Nti-NMN?J + NTl)Pr,

7+Н

число событий па

где Рт — величина поляризации мишени; N¡1 поляризованных протонах, соответствующих двум противоположным направлениям поляризации мишенп. Измеренная в эксперименте "сырая" асимметрия существенно меньше подлинного значения Л ¡у из-за рассеяния на связанных нуклонах сложных ядер в веществе мишени и из-за наличия фоновых событий. Коэффициент "разбавления" П(хр,р2), учитывающий фоновые события и рассеяния на связанных нуклонах в сложных ядрах, находился из экспериментальных данных отдельно в каждом выбранном интервале (Дх, Ар2). Для этого были использованы дополнительные измерения на углеродной мишени, эквивалентной поляризованной мишени по числу сложных ядер.

Используя накопленные матрицы данных по хр, р\ и ф, были вычислены значения сырой асимметрии А (хр, р2). Найденные с учетом фактора 'р,р2) значения асимметрии Ау(х р,р2), усредненные в области р{ = 0-0,4 (ГэВ/с)2 и 0,4-1,2 (ГэВ/с)2, приведены на рис.9.

А,7.

20

О -20 20 0 -20

20 О -20

а) А ,7, " . . . 4-,

, —1 и ,

—~_аГ 1

Рис. 9. Зависимое п. асимметрии Ау от ¿'г н интервале р2, = 0,0-0,-1 (ГэН/с2 (а) п = 0, 1-1,2 (Г'ЛЗ/с)2 (б). Точки о — реакция (1), • — реакция (2), Л — реакция (:!).

Измеренная асимметрия на одно-два стандартных отклонения, для некоторых точек, отлична от нуля. Визуально по средним значениям просматривается тенденция к рост}' асимметрии от отрицательных значений к положительным при увеличении Хр от 0,3 до 0,9 и изменение знака ее в области Хр та 0,7. Однако достигнутая точность не позволяет сделать по этому поводу определенные заключения. В пределах точности измерений не наблюдалась зависимость асимметрии от сорта взаимодействующих частиц (т.е. от аромата начальных кварков). По усредненным

значениям асимметрии по двум реакциям на мезонных пучках (см. рис.1 наблюдается тенденция роста асимметрии с увеличением рЭто стпм пировало постановку специального эксп(4)имента на ускорителе У-70 и ФНАЛе по исследованию этого явления.

а.*/.

20 0 -20

а)

0.6

0.2

0,4 —I—

0,8

а;/..

20

0 -20

б)

0,5 1,0 1,5 Рт2,(ГэВ/с)3

Рис. 10. Усредненные по реакциям (1) и (2) значения асимметрии в зависимости от а) для р1 = 0 -0, -1 (ГэН/с)2 и б) р* для хр = 0,7-0,9. Сплошной линией покат результат вычислений для реакции (1) в рамках трехреджеонпой модели.

X

В Заключении сформулированы основные результаты дпссертацн

1. Созданы две экспериментальные установки для исследования асп метрнй в инклюзивном образовании 7г°-мезонов в ИФВЭ (Протвино) п энергии адронных пучков 40 ГэВ на поляризованной мишени и во ФНА. (США) при энергии поляризованных пучков 200 ГэВ.

2. Создана система абсолютного и относительного (светодиодного) л: ниторпрованпя энергетической шкалы электромагнитных калориметр» вошедших в состав установок для поляризационных измерений в ИФ1 и ФНАЛе.

3. Диссертант внес решающий вклад в разработку п создание трнгп ной системы на суммарное энерговыделенис в калориметре ЧСПП-800 триггер на выделение частиц с большим поперечным импульсом в ЦЭМ

4. Измерена односшшовая асимметрия А^ в инклюзивном образован; 7г°-мезонов в области фрагментации 7Г——, К~ мезонных и нсполяризова ного /»-пучков при энергии 40 ГэВ на ускорителе У-70 в ИФВЭ. Измерен асимметрии были сделаны в области 0 < < 1,2 (ГэВ/с)2. Асимметр совместима с нулем в пределах ошибок. Не наблюдалась зависимое асимметрии от аромата взаимодействующих кварков. Усредненные по 1 акциям с мезонными пучками значения Ам для интервала х/.• = 0,7-( составили (9±10)% для области 0 < р? ,< 0,4 (ГэВ/с)2 и (20±12)% д области 0,4 <р1 < 1,2 (ГэВ/с)2. Наблюдаемая в эксперименте тенденц роста асимметрии с увеличением р1 стимулировала постановку спецназ ного опыта по исследованию этого явления.

5. Результаты диссертации стимулировали дальнейшее развитие теоретических работ и поляризационных исследований на крупнейших ускорителях мира.

Основные методические и физические результаты, представленные в диссертации, были получены автором в Отделе экспериментальной физики ИФВЭ и в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми в США, в рамках сотрудничества ПРОЗА-М (ИФВЭ-ОИЯИ-ИФВЭ ТГУ) и международного сотрудничества Е-704 во ФНАЛе.

Автор признателен Американскому Физическому Обществ)' и Фонду Сороса за поддержку данной работы. ("This work was supported, in part, by a Soros Foundation Grant, awarded by the American Physical Society").

Список литературы

[1] Аввакумов И.А., Апокпн В.Д., Беликов II.И., Борисов U.C., Вупя-това Э.И., Васильев А.II., Гончарепко Ю.М.. Грачев O.A.. Дерев-щиков A.A., Казарпнов Ю.М., Лпбург М.Ю.. Матафонов В.II., Ма-гуленко IO.А., Мещанин А.П., Морозов A.A., Мысник А.II.. Нега-нов А.Б., Неганов B.C., Нурушев С.Б., П])удкогляд А.Ф., Рыков В.Л.. С'нкснн В.В., Соловьев Л.Ф., Соловьянов В.Л., Усов Ю.А., Хачату-ров Б.А.. Экспериментальная установка для изучения поляризационных эффектов в реакциях перезарядки заряженных мезонов в нейтральные конечные состояния. // ПТЭ. 1987. Т.о. с.46-50.

[2] Адаме Д.Л.. Акчурнн II., Андервуд Д.Г., Беликов H.H.. Быстрнц-кн И., Ван Россу.м Л., Васильев А.Н., Вплларп А., Гончаренко 10..М.. Гото IO., Грачев O.A., Грозннк В.Д., А. Де Лескен, Деревнш-ков A.A., Дережель Дж., Дю1)анд /К., Еньо X., Занеттн A.M., Пвата-нн К., Иман К., Нто IO., Иошида Т., Каспрчак Т., Коркоран М.Д.. Дж.ДЛмн cap. Дж.Креншоу, Крюгер К.В., Курода К., Лагхай М.. Легар Ф., Лоппано Д., Люерпнг Ф.С., Маки Т., Макнно С'.. Масан-ке А., Матуленко Ю.А., Мещанин А.П., Миллер Д.X., Михайлович А.. Михалпн Н.Е., Мпяке К.. Мысник А.И.. Нагампне Т.. Несен М.. Ih'ccii Тедалди Ф„ Нгуен С., Нурушев С.Б., О не л Я., Охапш К).. Наталаха Д.И., Пуалетта Дж., Пенцо А., Рид А.Л., Рзаев P.A.. Роберте Дж.Б., Рыков В.Л.. Саито Н., Салнато Г., Скпавон П.. С.'ки-шп Дж., Соловьянов В.Л.. Спинка Х.М., Такашпма Р., Такеучн Ф.. Тамура II., Танака П.. Уайт Дж.Л., Фабре Дж.. Фукуда К.. Фупаха-шн X., Хплл Д.А., Шамет П.. Шепард Дж., Юкосава А.. Ммапппа С.

Установка для исследований спиновых эффектов в инклюзивном об]: зованнп тг" мезонов на поляризованных протонном и антнпротошк пучках с энергией 200 ГэВ (Эксперимент Е-704 во ФНАЛе): Препри: ИФВЭ 91-100. Протвино, 1991.

[3] Апокпн В.Д., Астафьев О.В., Багатурпя Ю.Ш., Беликов II.И., Н.С.Борисов, А.Н.Васильев, А.П., Глонти Л.П., Грачев ().,< Деревщиков A.A., Ермолин Ю.В., Казаринов Ю.М., Лнбург М.К Матафонов В.II., Матвеев М.Ю., Матуленко Ю.А., Мещанин A.I Морозов A.A., Мочалов В.В., Мысннк А.И., Мялпцын В.К., Her нов А.Б., Нурушев С.Б., Очерашвнлн А.И., Прудкогляд А.Ф., Р ков В.Л., Сахелашвилп Т.М., Соловьев Л.Ф., Соловьяиов В.Л., С тин А.Н., Усов К).А., Хачатуров Б.А., Чуйко Б.В.. Измерение асп метрии образования тт°мезонов в области фрагментации пучка поляризованных протонах: Препринт ИФВЭ 88-78. - Серпухов, 19£ ЯФ, Т.49, вып.1, 1989, СД56.

Рукопись поступила 23июпя 1993 го(