Изучение процесса е + е- →3 π в области энергий Ф-мезона с детектором КМД-2 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

1 Введение

2 Детектор КМД

2.1 Дрейфовая камера.

2.2 2-камера

2.3 Пробежная система.

2.4 Система сбора данных

2.5 Программа реконструкции событий.

3 Цилиндрический калориметр детектора КМД

3.1 Конструкция калориметра.

3.1.1 Выбор материала калориметра

3.1.2 Механическая конструкция и крепление кристаллов

3.1.3 Электронный тракт.25,.

3.2 Мониторирование счётчиков и калибровка электроники

3.2.1 Калибровка с использованием генератора и свето-диодов.

3.2.2 Калибровка по космическим частицам.

3.2.3 Настройка коэффициентов усиления плат Ф

3.3 Восстановление энергии и координат частиц.

3.3.1 Восстановление энергии фотона.

3.3.2 Калибровка по событиям упругого е+е~ е+е~ рассеяния.

3.3.3 Восстановление координат фотонов.

3.4 Состояние калориметра.

4 Описание эксперимента

4.1 Комплекс ВЭПП-2М.

4.2 Общие характеристики набора экспериментальных данных

4.3 Система запуска детектора.

4.4 Определение светимости.

5 Изучение поведения сечения е+е~ —» Зтг

5.1 Общие характеристики распада ф —> 37г

5.2 Выделение событий процесса ф —> Зл.

5.2.1 Условия отбора и источники фона.

5.3 Эффективность регистрации.

5.3.1 Моделирование.

5.3.2 Поправки к эффективности.

5.3.3 Эффективность триггера.

5.3.4 Учёт радиационных поправок.

5.3.5 Вклад разброса энергии в пучке.

5.4 Определение параметров ф-мезон а и и> — ф интерференции

5.5 Анализ динамики распада ф —> Зтт.

5.5.1 Отбор событий и учёт эффективности.

5.5.2 Анализ энергетического распределения пионов на диаграмме Далица.

5.6 Поиск прямых распадов ф -» тг+тс~уу.

Основные результаты выполненной работы состоят в следующем:

1. Разработан и создан компактный цилиндрический калориметр на основе кристаллов Csl, имеющий высокую эффективность регистрации фотонов, а также хорошее энергетическое и пространственное разрешение в области энергий от 30 до 700 МэВ.

2. Созданы пакеты программ для считывания информации цилиндрического калориметра в память ЭВМ, для контроля и калибровки его электронного тракта, оперативной калибровки счётчиков по космическим частицам.

3. Разработаны программы реконструкции кластеров и восстановления энергии и углов частиц по энерговыделению в калориметре. Создана процедура калибровки счётчиков калориметра по событиям упругого рассеяния е+е~ -4 е+е~ и процесса е+е~ —>

4. Измерена вероятность перехода ф —» 37Г и угол ф — ш смешивания: ареак = 619 ± 39 ± 12 пЬ,

Вг(ф ->■ Зтг) = 0,145 ± 0,009 ± 0,003. $Ф-и> = 162 ± 17°,

137

5. Впервые на большой статистике (около 9000 событий) проведён анализ диаграммы Далица распада ф —> 7г+7г"7г° и найдено ограничение на величину отношения амплитуд ах прямого рождения ф —> 7г+7г~7г° и доминирующего канала ф —» рж при фиксированной относительной фазе равной нулю:

-0,15 < ai < 0,10.

6. Впервые установлены верхние пределы на моды прямого распада ф —> Р77 и Ф —> 7Г+7Х~Г}\

Вг(ф Р77) < 5 х ю-4, Вг{ф ТЩ+7Г~) < 3 х Ю-4.

В заключение, я хочу выразить искреннюю благодарность моему научному руководителю Б.А.Шварцу за постоянное внимание и активное участие в этой работе и руководителю сектора А.Е.Бондарю за поддержку, полезные советы и обсуждения. Я признателен М.Арпагаусу,

A.С.Дворецкому, В.С.Охапкину, Т.А.Пурлац, Н.И.Рооту, А.С.Суханову,

B.П.Смахтину, которые участвовали в работах по созданию и эксплуатации калориметра, В.М.Аульченко и Б.О.Байбусинову, разрабатывавшим электронику детектора, а также всем участникам коллаборации КМД-2 и ВЭПП-2М, принимавшим участие в эксперименте. Я хочу поблагодарить руководителей лабораторий 2 и 3: Л.М.Баркова и В.А.Сидорова, а также дирекцию Института за обеспечение проведения и поддержку этого эксперимента.

Я благодарен Н.Н.Ачасову, Э.А.Кураеву, Л.М.Курдадзе, З.К.Силагадзе, Е.П.Солодову, Г.В.Федотовичу, Б.И.Хазину, С.И.Эйдельману за многочисленные и полезные обсуждения результатов работы. Я хочу поблагодарить мою жену Л.М.Кузьмину за помощь в оформлении диссертации.

1. M.Gell-Mann, D.Sharp, W.G.Wagner, Decay rates of neutral mesons Phys.Rev.Lett., 1962, v.8, p.261.

2. S.G.Brown, G.B.West, Bjorken Limit and Pole Dominance., Phys.Rev., 1968, V.1T4, p. 1777.

3. A.AH, F.Hussain, Anomalous Ward Identities and cu-meson Decays, Phys.Rev., 1971, v.D3, p.1206; p.1214.

4. S.Rudaz, Anomalies, vector mesons and the uj 3-7Г contact term., Phys.Lett., 1984, V.B145, p.281.

5. K.Kawarayabashi, M.Suzuki, Phys.Rev.Lett., Partially conserved axial vector current and the decays of vector mesons., 1966, v.16, p.255.

6. Riyazuddin, Fayazuddin, Algebra of current components and decay widths of p and if*-mesons., Phys.Rev., 1966, v.147, p.1071.

7. M.V.Terent'ev, ,Process тг+п0тг~ in Coulomb field and anomalous divergence of neutral axial vector current., Phys.Lett., 1972, v.38B, p.419.

8. O.Kaymakcalan, S.Rajeev, J.Schechter, Nonabelian anomaly and vector meson decays. Phys. Rev. ,1984, V.D30, p.594.

9. Y.Brihaye, N.K.Pak, P.Rossi, Vector mesons within the effective Lagrangian approach. Nucl. Phys., 1985, V.B254, p.71.142

10. T.Fujiwara, T.Kugo, H.Terao et al., Nonabelian anomaly and vector mesons as dynamical gauge bosons of hidden local symmetries., Progress of Theoretical Physics, 1985, v.73, p.926.

11. E.A.Kuraev, Z.K.Silagadze, Once more about the ш —» 37r contact term, Ядерная физика., 1995, т.58 вып.9, с.1687.

12. N.N.Achasov, A.A.Kozhevnikov, Signature of the triangle singularity in the reaction e+e~ тг+7г"7г0., Phys.Rev., 1994, v.D49, p.5773.

13. J.E.Augustin, J.C.Bizot, J.Buon et ai, Study of the ф-meson production with the Orsay electron-positron colliding beams., Phys. Lett., 1968, v.28B, p.517.

14. J.C.Bizot, J.Buon, Y.Chatelus et ai, Study of the 0-meson by e+e~ annihilation into charged K-mesons and tests of Vector Dominance Model., Phys. Lett., 1970, v.32B, p.416.

15. G.Cosme, B.Jen-Marie, S.Julian et ai, 7г+7г~7г° and 7Г7Г7 production by e+e~ annihilation in the ф energy range with the Orsay storage ring., Phys. Lett., 1974, v.48B, p.155.

16. G.Parrour, G.Cosme, A.Courau et ai, Evidence for an interference effect between u> and ф resonances in 7г+7г7г° production with the Orsay colliding-beam ring., Phys.Lett., 1976, v.63B, p.357.

17. A.Cordier, B. Delcourt, P. Eschstruth et ai, Cross-section of the reaction e+e~ —> 7г+7г~7г° for center-of-mass energies from 750-MeV to 1100-MeV., Nucl.Phys., 1980, V.B172, p.13.

18. V.E.Balakin, G.I.Budker, E.V.Pakhtusova et ai, Investigation of the ф-meson resonance by electron-positron colliding beams., Phys.Lett., 1971, v.34B, p.328.

19. А.Д.Букин, Л.М.Курдадзе, С.И.Середняков и др., ф-мезон: прецизионные измерения массы, наблюдение oj — (/»-интерференции., Ядерная Физика., 1978, т.27, с.516.

20. Л.М.Курдадзе, М.Ю.Лельчук и др., Изучение lo ф-резонансов и и> — (/»-интерференции., Препринт ИЯФ 84-07, Новосибирск, 1984.

21. S.I.Dolinsky, V.P.Druzhinin, M.S.Dubrovin et al., Summary of experiments with the Neutral Detector at e+e~ storage ring VEPP-2M., Phys. Rep., 1991, v.202, p.99.

22. G.Parrour, G.Cosme, A.Courau et al., Evidence for p7r dominance in ф-> 37Г decay., Phys.Lett., 1976, V.63B, p.362.

23. R.M.Barnett, C.D.Carone, D.E.Groom et al., Review of Particle Physics. Particle Data Group., Phys. Rev., 1996, v.D54, p.l.

24. Г.А.Аксенов, В.М.Аульченко, Л.М.Барков и др., Проект детектора КМД-2., Препринт ИЯФ 85-118, Новосибирск, 1985.

25. E.V.Anashkin, V.M.Aulchenko, S.E.Baru et al., General Purpose Cryogenic Magnetic Detector CMD-2 for Experiments at The VEPP-2M Collider., ICFA Instrumentation Bulletin, 1988, v.5 рЛ8.

26. Y. Kubota, J.K. Nelson, D. Perticone et al., The CLEO-II Detector. Nucl.Instrum. and Meth., 1992, V.A320, p.66.

27. E. Aker, C.Amsler, I.Augustin et al., The Crystal Barrel Detector at LEAR., Nucl.Instrum. and Meth., 1992, V.A321, p.69.

28. V.M.Aulchenko, B.O.Baibusinov, A.E.Bondar et al, Csl calorimeters for KEDR and CMD-2 detectors., Proc. 5th International conference on Instrumentation for colliding beam physics., INP, Novosibirsk, 1990, p.318.

29. H. Calen, S.Carius, K.Fransson et al., Detector setup for a storage ring with an internal target., Nucl.Instrum. and Meth., 1996, A379, p.57.

30. The BELLE Collaboration, A study of CP Violation inB-meson Decays, Technical Design Report, KEK report 95-1, April 1995.

31. The BABAR Collaboration, BABAR Technical Design Report, SLAC-R-95-457, March 1995.

32. В.М.Аульченко, В.А.Аксенов, П.М.Бесчастнов и др., СНД — Сферический Нейтральный Детектор для ВЭПП-2М, Препринт ИЯФ 87-36, Новосибирск, 1987.

33. M.Antonelli, G.Barbellini, S.Bertolucci et al, The electromagnetic of the KLOE experiment at DA<i>NE., Nucl.Instrum. and Meth., 1996, V.A379, p.511.

34. R.R.Akhmetshin , G.A.Aksenov, E.V.Anashkinei al., Measurement of Ф meson parameters with CMD-2 detector at VEPP-2M collider., Phys. Lett., 1995, V.B364, p.199.

35. E.V.Anashkin, V.M.Aulchenko, S.E.Baru et al., A coordinate system of the CMD-2 detector. Nucl.Instrum. and Meth., 1989, V.A283, p.752.

36. В.М.Аульченко, Б.О.Байбусинов, В.М.Титов, Информационные платы Т, ТП, Т2А системы сбора данных КЛЮКВА., Препринт ИЯФ 88-22, Новосибирск, 1988.

37. D.V. Cherniak, D.A.Gorbachev, F.V.Ignatov et al., The Performance of the Drift Chamber for the CMD-2 detector., Proceedings of The instrumentation conference in Viena, Austria, 1998.

38. E.V. Anashkin, V.M.Aulchenko, V.E.Fedorenko et al, Z chamber and the trigger of the CMD-2 detector., Nucl.Instrum. and Meth., 1992, V.A323, p.178.145

39. В.М.Аульченко, Л.А.Леонтьев, Ю.В.Усов, Информационная плата А32 системы сбора данных КЛЮКВА., Препринт ИЯФ 88-30, Новосибирск, 1988.

40. G.A. Aksenov, E.V. Anashkin, V.M.Aulchenkoei al., The CMD-2 Data Acquisition and Control System., Proceedings of The International Conference on Computing in High Energy Physics (CHEP-92), Annecy (France), 1992.

41. V.M.Aulchenco, S.E.Baru, G.A.Savinov et al., Electronics of new detectors of the INP for colliding beam experements., Proseedings of the International Simposium on Position Detectors in High Energy Physics, Dubna, 1988, p. 371.

42. С.Е.Бару, Ф.Е.Фалькенштерн, Л.Б.Лазоренко и dp., Служебные блоки системы сбора данных КЛЮКВА., Препринт ИЯФ 88-26, Новосибирск, 1988.

43. Г.А.Аксенов, А.В.Кислицин, Ю.И.Мерзляков и др. Универсальный арифметический процессор АП-32., Препринт ИЯФ 89-175, Новосибирск, 1989.

44. Блоки, выполненные в стандарте КАМАК. Информационный материал. Препринт ИЯФ, Новосибирск, 1985.

45. R.Brun and J.Zoll, ZEBRA User Guide, CERN program library entry Q100, CERN, Switzerland.

46. П.А.Лукин, Восстановление треков заряженных частиц в ДК КМД-2., дипломная работа, НГУ, Новосибирск, 1996.

47. V.M.Aulchenko, В.О. Baibusinov, А.Е. Bondar et al., CMD-2 barrel calorimeter. Nucl.Instrum. and Meth., 1993, V.A336, p.53.

48. В.М.Аульченко, Б.О.Байбусинов, А.Е.Бондарь и др., Электроника калориметра КМД-2. Препринт ИЯФ 92-98, Новосибирск, 1992.

49. Т.А.Пурлац, Моделирование детектора КМД-2, меморандум КМД-2, 1998.

50. А.С.Дворецкий, Калибровка и изучение разрешения цилиндрического калориметра детектора КМД-2., дипломная работа, НГУ, Новосибирск, 1997.

51. M.Arpagaus, A.S.Dvorecki, A.S.Kuzmin, Calibration of CMD-2 calorimeter., меморандум КМД-2, 1997.

52. А.И.Суханов, Возможность регистрации нейтральных процессов детектором КМД-2., дипломная работа, НГУ, Новосибирск, 1993.

53. В.В.Анашин, И.Б.Вассерман, В.Г.Вещеревич и др., Электрон-позитронный накопитель-охладитель БЭП. Препринт ИЯФ 84-114, Новосибирск, 1984.

54. Рабочие материалы, Накопительное кольцо БЭП, Препринт ИЯФ 83-98, Новосибирск, 1983.

55. К.Ю.Михайлов, Калибровка энергии магнитного спектрометра детектора КМД-2. дипломная работа, Новосибирск, НГУ, 1998.

56. R.R.Akhmetshin, G.A.Aksenov, E.V.Anashkin et al., Measurement of Ф meson parameters with CMD-2 detector at VEPP-2M collider., Preprint Budker INP 95-35, Novosibirsk, 1995.

57. В.М.Аульченко, Г.С.Пискунов, Е.П.Солодов и др., Трековый процессор для КМД-2, Препринт ИЯФ 88-43, Новосибирск, 1988.

58. И.Б.Логашенко, Измерение светимости для заходов ф-96. меморандум КМД-2, 1998.

59. G.V.Fedotovich(CMD-2 collaboration), Measurement of the e+e~ —>■ 7г+7г~ cross section in the energy range between p and ф mesons., Proc. of the Second Workshop on Physics and Detectors for DA^NE, Frascati,1995

60. F.A. Berends, R. Kleiss, Distributions in the process e+e~ e+e~(ry)., Nucl.Phys., 1983 V.B228, p.537

61. R. Brun, GEANT3. User's guide. CERN DD/EE/84-1, Geneve, 1987.

62. H.C. Fesefelt. Simulation of hadronic showers, physics and applications. Technical Report PITHA 85-02, III Physikalisches Institut, RWTH Aachen Physikzentrum, 5100 Aachen, Germany, September 1985.

63. Кураев Э.А., Фадин B.C. Радиационные поправки к сечению одно-фотонной аннигиляции е+е~ пары большой энергии., Ядерная физика. т.41, вып.З, с. 733.

64. Л.М.Барков, И.Б.Вассерман, П.В.Воробьев и др. Исследование процесса е+е~ —»■ 7г+7г-7г° в области энергий 2-420Ч-2-510 МэВ на накопителе ВЭПП-2М с помощью криогенного магнитного детектора., Препринт ИЯФ 89-15, Новосибирск, 1989.

65. A.Antonelli, R.Baldini, M.E.Biagini et ai, Measurement of the e+e~ -» 7г+7г~7г° and e+e~ —> Ш7г+7г- reactions in the energy interval 1350-MeV 2400-MeV., Z.Phys., 1992, v.C56, p.15.

66. Н.Н.Ачасов, Н.М.Буднев, А.А.Кожевников и dp, Электромагнитное р — uj смешивание как инструмент исследования реакций е+е~ —> Уж —> Зтг., Ядерная физика., 1976, т.23 вып.З, с.610.

67. M.Benayoun, M.Feindt, M.Girone et al., Experimental evidences for the box anomaly in 77,77' decays and the electric charge of quarks. Z.Phys., 1993, C58, p.31.148

68. M.Benayoun, P.Leruste, L. Montanet et al, Meson radiative decays and anomaly physics: a test of QCD., Z.Phys. 1995, v.C65,p.399.

69. G.J.Gounaris, J. J.Sakurai, Finite width corrections to the vector meson dominance prediction for p —» e+e~~. Phys.Rev.Lett., 1968, v.21, p.244.

70. M.Benayoun, S.Eidelman, K.Maltman et al, New results in p°-meson physics., 1998, Eur.Phys.J. v.C2,p.269.

71. J.Pisut, M.Roos, p-meson shape., Nucl.Phys., 1968, v.B6, p.325.

72. R.R.Akhmetshin, G.A.Aksenov, E.V.Anashkin et al, Measurement ofe+e~ тг+тг" Cross Section with CMD-2 Detector at VEPP-2M Electron-Positron Collider., Proc.of the International Conference HADRON-97, BNL, 1997.

73. M.Bando, T.Kugo, S.Uehara et al, Is p-meson a dynamical gauge boson of hidden local symmetry?, Phys.Rev.Lett., 1985, v.54, p.1215.

74. L.M.Barkov, A.G.Chilingarov, S.I.Eidelman et al, Electromagnetic pion form-factor in the timelike region. Nucl. Phys., 1985, V.B256, p.365.

75. R.Barate, D. Buskulic, D. Decamp et al, Measurement of the spectral functions of vector current hadronic tau decays. Z.Phys., 1997, v.C76, p.15.

76. Pyungwon Ко, Jungil Lee, H.S.Song, Chiral perturbation theory versus vector meson dominance in the decays ф —> pyj and ф —> cojj., Phys. Lett., 1996, V.B366, p.287.

77. В.А.Карнаков, Нарушающие G-четность распады ф —>■ пи, ф —» щтг и ф —> 7га;., Ядерная Физика, 1985, т.42, с.634.