Изучение распадов D0-мезона в конечные состояния с двумя каонами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

л с4

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ - ИНСТИТУТ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ II ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи

БАРСУК Сергей Яковлевич

Изучение распадов 2)°-мезона в конечные состояния с двумя каопами

Специальность 01.04.16 - физика ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА 1997

та 539.173,84

Работа выполнена в Государственном научном центре Российской Федерации -Институте теоретической и экспериментальной физики

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор Ю.М.Зайцев (ИТЭФ),

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник С.В.Семенов (ИТЭФ)

Официальные оппоненты: акад. РАЕН,

доктор физико-математических наук, профессор В.А.Долгошеин (МИФИ),

доктор физико-математических наук В.И.Ефремснко (ИТЭФ)

Ведущая организация: ИЯФ СО РАН, г.Новосибирск.

Г*

Защита состоится ¡7^' ь' ' 1997 г. в 11 часов па заседании специализированного совета Д.034.01.01 по защите докторских диссертаций в ИТЭФ по адресу: г.Москва, 117259, Б.Черемушкиыская ул., 25, конференц-зал института.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке института. Автореферат разослан ' О , 1397 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат физ.-мат. наук

Ю.В.Терехов

Общая характеристика работы

В диссертации исследованы распады ГР-мезона1 в конечные состояния с двумя Г-мезонами.

Экспериментальные данные, использованные для анализа, получены на уста-овке ARGUS, которая была расположена на е+е~ накопительном кольце DORIS II научно-исследовательском центре DESY ( г.Гамбург, Германия ).

Изучены распады 25°-мезона в конечное состояние К+К~т:+п~~. Впервые пзме-ена относительная вероятность распада D°—> К gА'®тт+г:". Получены верхние пре-елы на относительные вероятности каналов О9-^фж0, Da->àD и й°-^фт].

Актуальность темы

Работа посвящена исследованию распадов £>°-мезона в конечные состояния с вумя .йГ-мезонами ( а, значит, подавленных по углу Кабиббо ). Только в последние >ды эксперименты достигли точности, необходимой для систематического изучена Кабиббо-подавленных распадов £>°-мезона. Ожидается, что детальное изучение 1ких распадов поможет прояснить взаимное влияние сильного и слабого взаимодей-гвий. Хотя jD°, D+ и Dg и распадаются за счет слабого взаимодействия, сильное иимодействме играет в них важную роль, приводя порой к существенному измените картины распада. В настоящее время предложен ряд новых теоретических эдходов для описания двухчастичных распадов очарованных мезонов. Однако все одели, которые дают численные предсказания для относительных вероятностей ;>спадон JD-мезонов, являются феноменологическими, содержат предположения, ко-эрые необходимо проверить в эксперименте.

Цель диссертации

Исследование распадов 0°-мезона в конечное состояние К+К~1г~+ж~. Измерение гносительной вероятности распада Оа~}К$Кдтг+я~. Поиск двухчастичных каналов

Научная новизна

Исследованы распады £>°-мезона в конечное состояние К+К~7r+ir". При этом гносительная вероятность распада D°—*K*DK~n+ измерена впервые, а величина (D°-+K+K~7r+7r_) измерена с большей точностью, чем в экспериментах, речуль-аы которых были опубликованы ранее.

'Здесь и далее, говоря об определенном зарядовом состоянии ( реакции ), мы говорим и зарядово-сопряженном состоянии ( реакции ). Например, говоря о системе JD°jr+ { распаде

*+-Ш°7г+ ), мы подразумеваем также систему D"tx~ ( расяад D'~-+D°rr~ ), но не систему D"ir+ заспад £>*+->Z5°jr~ ). Анализ проводится для суммы прямой и зарядово-сопряженной реакций.

Впервые измерена относительная вероятность распада тг+тг~.

Получены верхние пределы на относительные вероятности двухчастичных каналов тг°, и

Все 8 значений и верхних пределов для относительных вероятностей распадов полученные в данной работе, вошли в "Данные о свойствах элементарных частиц" опубликованные группой Particle Data Group в 1996 году.

Вопросы, выносимые па защиту

1. Разработка и исследование критериев отбора для выделения каналов распадг D°->K+K-K+ir, D0~>K°SK0Sтг+тГ, О°->фп0,1У->фы, В°-*фг).

2. Измерение относительной вероятности распада £>°-мезона в конечное состояли«

анализ резонансной структуры этого канала. Измерепие относительной вероятности распада Da—Поиск распадов Da—i-K*0K~7г+ i D°->K*bK+tt-, первое измерение B{Da-^K*°K-тг+).

3. Первое измерение относительной вероятности распада D0—>К® К^тг^тг".

4. Установление верхних пределов на относительные вероятности каналов D°-Hfm Da~>fa и Оа~гфт/.

Апробация работы и публикации

Основные результаты диссертации были опубликованы в работе [1]. Материалы изложенные в диссертации, докладывались автором на сессии Отделения ядерно! физики РАН, на семинарах сотрудничества ARGUS в ИТЭФ и в DESY ( г.Гамбург Германия ). Они были представлены на международной конференции по физии высоких энергий в Марселе в 1993 году.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, трех частей и заключения. Ее объем /0-Гстра-ниц, включая 12 таблиц и 27 рисунков. Список цитируемой литературы содержит 82 наименования.

Содержание диссертации

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

Первая часть в основном посвящена теории. Здесь описаны предсказание существования с-кварка и его экспериментальное обнаружение, место очарованного кварка в Стандартной модели ( разделы 1 и 2 ).

Состояния £>°, н Цу являются наиболее легкими очарованными .мезонами раздел 3 ), Остальные, более тяжелые, распадаются в них сильным или элсктро-1агнитным образом, испуская пионы и фотоны. Распад самих О0-, п £)£-мезонов [дет слабым образом за счет распада находящегося в них с-кварка. Их основные ха->актеристики приведены в Табл. 1.

Таблица 1: Основные характеристики £)0-, и 1^-мезопос

1 М, МэВ/с2 г, -10~!3 с

в0 1864.5 ±0.5 4.15 ±0.04 0~

1869.3 ± 0.5 10.57 ±0.15 0"

1968.5 ±0.6 4.67 ±0.17 о-

Точные измерения масс, времен жизни, измеренные относительные вероятности олышшства распадов основных состояний £>-мезонов позволяют говорить о том, то качественное понимание свойств £>-мезонов уже достигнуто. С другой стороны олыпой интерес представляют более точные измерения относительных вероятностей звестных каналов; поиск редких распадов и эффектов, выходящих за рамки традиционного описания; а также интерпретация уже известных характеристик, сравнение кскериментальных результатов с теоретическими моделями. Распады очарованных астиц представляют интерес не только для понимания природы слабых взаимо-ействий, но и для исследования хромодинамическнх эффектов в промежуточной бдасти энергий, вблизи асимптотической свободы. Кроме того детальное изучение ■кварка и частиц, его содержащих, подразумевает надежное знание физики очаро-апного кварка, поскольку большинство распадов В-мезонов идет с образованием >-мезонов.

Важные для данной работы проблемы изучения адронных распадов О-мезонов ратко описаны в разделе 4. Хотя основные состояния очарованных мезонов, Ба, >+ и £>£, и распадаются за счет слабого взаимодействия, сильное взаимодействие грает в них важную роль, приводя порой к существенному изменению картины аспада. Простейшее описание распадов мезонов предлагается в рамках спекта-эрной модели, где распад 23°-, £)+- или Д^-мезона определяется только распадом «рованного кварка, а легкий антикварк остается безучастным наблюдателем. Тазе приближение явилось тагом вперед в понимании распадов чарма н позволило

получить разумные теоретические оценки для ширин многих распадов, однако ря эффектов в рамках спектаторного подхода объяснить не удается. Наиболее ярким примерами являются различие времен жизни Dи 0+-мезонов, большая otitûci тельная вероятность распада DQ-^><j>Ka, В{1У-^фКй) и 0.85%, отличие величин: т = ^^^ от 1. Все они уверенно указывают на активность спектаторног кварка и на важность учета сильных взаимодействий в слабой вершине. Все модел! которые дают численные предсказания для относительных вероятностей распаде D-мезонов, являются в большей или меньшей степени феноменологическими, соде; жат предположения, нуждающиеся в экспериментальной проверке.

Многого ожидают от изучения поперечно поляризованных векторных частиц и распадов D-мезояов. Неожиданным оказался результат RD — г^^к?^/ — 0.5—0.1 в противоречии с существовавшими предсказаниями Rp > 1. Вауэр, Штех и Вирбел предположили, что причина расхождения - неадекватное модельное описание суц чая, когда рождающаяся векторная частица (К*) поляризована поперечно. Понят! правильно ли описывается этот случай в адровных распадах, помогает изучение ра< падов класса P->VV таких, как и D''—нЬи), изучаемые в этой работе.

Подробнее рассмотрены конкретные модели, предложенные для описания распг дов D0-мезонов, модель Бауэра, Штеха и Вирбеля ( секция 4.1 ) и модель Камал; Верма и Синха ( секция 4.2 ), их предсказания для распадов, исследуемых в диссе{ тации.

Наконец, в последнем, пятом разделе обсуждается фрагментация с-кварка и пульсный спектр 1>'*^-мезонов, рождающихся в нерезонанспой е+е~ аннигиляции.

Во второй части дано краткое описание установки, описана процедура идентг фикации частиц, моделирование детектора методом Монте Карло.

Экспериментальные данные, лежащие в основе этой работы, были получены н детекторе ARGUS, установленном в одной из двух точек взаимодействия на накога тельном кольце DORIS II в международном научном центре DESY ( г.Гамбур: Германия ).

Детектор ARGUS ( Рис. 1 ), универсальный 4-г магнитный спектрометр, состой из следующих основных компонент.

• Магнитный соленоид, создающий во внутренней части установки поле ~ 0.8 Тг

• Вершинная дрейфовая камера, окружающая область е+е~ взаимодействия, пс зволяет определить вершину взаимодействия с точностью м 95 мкм, восстаю: вить вторичные вершины распадов и Л.

Большая дрейфовая камера, расположенная в центре детектора, служит для определения положения треков заряженных частиц н их идентификации, измеряя их импульсы п удельные потери энергии в газе камеры. Информация с большой и вершинной дрейфовых камер позволяет получить разрешение по импульсу:

= у0.012 + (0.006рг[ГэВ/с1)2 . Рт 4

Временипролетная система, состоящая из 160 сцинтилляционных счетчиков, позволяет определять скорость заряженных частиц по измерению времени пролета частицы от вершины до счетчика, ее разрешение 220 пкс. Совместно с измерением импульса в дрейфовой камере она дает возможность идентифицировать частицы.

Электромагнитный калориметр типа "сэндвич" состоит из 1760 счетчиков ливня. Весь калориметр расположен внутри магнита, что позволяет регистрировать фотоны с энергией вплоть до 50 МэВ; фотоумножители находятся вне магнитного поля, счетчики подсоединены к ним через преобразователи спектра и световоды. Энергетическое разрешение калориметра:

Е

о(Е)

Е

баррель ^ \

0.072^ 0-0С52

£[ГэВ] '

торцы

„ п„с> 0.0762 0.075г 4- ■

£[ГэВ]

для боковой поверхности и торцевых областей соответственно.

• Мюонную систему образуют три слоя пропорциональных камер, окружающих установку и служащих для идентификации мюоноя. Внутренний слой расположен внутри магнита и способен регистрировать мюоны с импульсом р > 700 МэВ/с; два других слоя находятся за ярмом магнита, для них порог равен 1100 МэВ/с.

Для идентификации заряженных частиц использовалось два незар лшых метода. Первый основа}! на информации об удельных ионизационных потерях энергии 1Е/Лх в газе дрейфовой камеры, во втором - по времени пролета, измеряемому вре-менипролетной системой, совместно с информацией об импульсе заряженного трека.

измеренного в дрейфовой камере, восстанавливается масса частицы. Для идентификации электронов дополнительно используется информация о форме ливня в электромагнитном калориметре, а для идентификации мюонов - информация мюонной системы детектора.

Для каждой зарегистрированной частицы определялась нормированная функция правдоподобия гипотезы г = тг, К, р, е, ц:

х - wiLi

где ги% - средняя вероятность рождения частицы г в детекторе, = ехр{—xf/2) -функция правдоподобия, соответствующая х? > который определяется по результатам измерения ионизационных потерь в газе дрейфовой камеры, времени пролета, по информации с калориметра и мюонной системы.

В основе идентификации Äj-мезона лежит восстановление вторичной вершины и двух треков тг-мезонов от его распада

В третьей части представлен анализ данных па статистике, набранной в области Т(15)-, Т(25)- и T(4S)-pc3onancoB и близлежащем континууме. Интегральная светимость составляет J £dt « 476 пб-1, что соответствует около 600,000 событий типа е+с~—нх. Более 550,000 />°-мезонов, рожденных в континууме, позволяют с высокой точностью измерять относительные вероятности распада уже известных каналов и искать новые редкие моды распада £>°.

В первом разделе обсуждаются общие критерии отбора событий.

В секции 1.1 рассмотрены методы выделения изучаемых распадов £>°-мезона, общие кинематические ограничения. Предметом обсуждения здесь становятся восстановление заряженных треков, фотонов и 7г°-мезонов, ограничения на нормированный импульс хР1 техника использования нормировочного канала. Подчеркивается необходимость дополнительных требований к идентификации К+ из распада и°-мезопа.

Возможность таких дополнительных требований появляется благодаря распаду ф->К+К~ ( секция 1.2 ).

В работе используется дополнительное ограничение на вероятность А к гипотезы К± для заряженных треков, участвующих в анализе в роли АГ^-мезопов. Моделирование но методу Монте Карло не всегда дает надежное описание идентификации частиц, поэтому при использовании дополнительных требований к идентификации частиц, необходим независимый способ определения их эффективности. Для идентификации К-шезоаов такая проверка становится возможной благодаря узкому сиг-

1алу ^мезона, восстанавливаемого по распаду К", на всей статистике экеле-

шмента сигнал ф составляет более 50, ООО 0-мезонов при сравнительно небольшом ровне фона.

Для определения эффективности, сигнал ^»-мезона фитировался при различных граничениях на Л а- одного А'-мезона. Надежность идентпфикацпи зависит от им-[ульса /Г-мезона, поэтому эффективность определялась в интервалах но импульсу '{. В результате было получено хорошее согласие между данными и их модельным писанием. В дальнейшем анализе было нспользовано ограничение на величину Ад-утя К+ из распадов £>°-мезона на уровне 5%. Для того, чтобы найти эффективность 1граничения на А^ для данного распада, необходимо свернуть полученное распределив со спектром К-мезонов из рассматриваемого распада.

В секции 1.3 описаны особенности восстановления /{"^-мезонов.

Во втором разделе рассмотрен анализ распадов С°-мезона в конечное состояние (+К~7г+1г~. При рассмотрении всех каналов, обсуждаемых в разделах 2 и 3, для юрмировкп был использован распад Г>°-мезона в конечное состояние Л"~7г+7г~7г+.

В секции 2.1 приведено измерение относительной вероятности распада £>° в ко-[ечное состояние К+К~п+ж~.

Комбинаторный (¡юн, при восстановлении £>°-мезона был подавлеп требованием, гтобы измеренная масса кандидатов Ой отличалась не более, чем на ±20 МеУ/с2 1Т известной массы что отвечает примерно двум стандартным отклонениям в »азрешении детектора. Фон от распадов был подавлен требованием

ого, чтобы масса системы тг+тг_ отличалась от массы Ад более, чем на 30 МэВ/с2.

Отражение от распада £>°—►К~7г+тг~п+ из-за неправильной идентификации к как ¿■-мезона сильно подавлено ограничением на Ак- Его вклад был изучен моделиро-анием по методу' Монте Карло и составил 6 событий, которые были вычтены впо-ледствии из числа событий в сигнале .

Спектр инвариантной массы где £>" распадается в А'+А'~7г+тг~, показан на

'ис. 2. Хорошо виден сигнал в массе на уровне 114±20 событий ( приведено чи-ло событий уже после вычитания оставшегося вклада от распада £>°—>АГ~7Г+7Г~7Г+ ), оторые и сами объектом дальнейшего анализа.

С учетом эффективности ( Табл. 2 ) и после нормировки получаем

ТУУ-=0.041 ±0.007 ±0.005 -Й(£>°->А'+А'-5г+7г-} = (0.31 ± 0.05 ± 0.04)% .

Этот результат хорошо согласуется с измерениями этой величины в других экспери ментах и является более точным измерением, чем результаты экспериментов, опубликованные ранее ( Табл. 3 ).

Таблица 2: Резонансная структура распада О0-мезона в конечное сосгпоянш К+ . В таблице указаны числа событий и относительные эффективно-

сти буе( для распада £>° в конечное состояние К~ К~7Г+тг~, для распадов О0-+фт+тг~ D<,~>K*°K~w+ и D0—>/С0А"+7г~. Приведено также число событий в нормировочнол канале D°—>K~rr+ir~-n+

Канал Число Относительная

распада событий эффективность еге\

3226 ± 65 1.00

D^K+K' 7Г+7Г- 114 ±20 0.86

28 ±8 0.43

55 ±18 0.40

30 ±17 0.40

В секции 2.2 описало выделение моды £>°—>ф-я+тг~ из распада £>° в конечное состояние К+К~1:+яг". Измерения относительной вероятности сделанпьк как до публикации обсуждаемых результатов, так и в последующих работах, собрапь в Табл. 4.

В анализе участвовали события из области сигнала Л* ^-мезона, интервал 2.013 -2.017 ГэВ/с2 был использован для вычитания фона под сигналом Спектр инвариантной массы системы К+К~ приведен на Рис. 3, хорошо виден сигнал в массе ^»-мезона на уровне 28±8 событий. Фон под сигналом ф содержит события, в которых £)° распадается в конечное состояние К~и+тт~ без образования ф-мезона.

С учетом эффективности ( Табл. 2 ) и после нормировки получаем

"гу / т-1 о г/ *—^ = 0-020 ± 0.006 ± 0.005 ,

ж") = (0.15 ± 0.04 ± 0.03)% .

Полученный результат согласуется в пределах ошибок с другими измерениями ( Табл. 4 ).

Таблица 3: Результаты измерений относительной вероятности распада Da-мезона в конечное состояние К+K~it+Tt~, полученные в экспериментах ACCMOR, £■691, CLEO, ARGUS и /7687. Там, где это необходимо, значения 7Г+7Г~) пересчитаны, исходя из B(Da-+K~v+7r~rr+) = (7.5 ±0.4)%

В(О^К+К-7т+1Г) Б(Ди->А'-7Г+7Г-7Г+) B(D°—tK+K~TT+n~) j

ACCMOR (0.28 ± 0.07)% "j

£691 0.028tffî (0.21Ï8S ± 0.04)%

CLEO 0.0314 ±0.010 (0.24 ± 0.08)%

ARGUS 0.041 ±0.007 ±0.005 (0.31 ±0.05 ±0.04)%

£687 0.035 ±0.004 ±0.002 (0.26 ±0.03 ±0.02)% j

Секция 2.3 посвящена попытке ответить на вопрос, является ли распад D°— трехчастичным или идет с образованием р°-мезона. Ответ на этот вопрос затруднен тем, что собственная ширина ра велика Г ~ 150 МэВ/с2, а фазовый объем ограничен. Тем не менее ответ необходим для сравнения измеренной относительной вероятности распада с модельными предсказаниями. Сравнивая же распад -D°->d>p° с трехчастичной модой £>°-><^?r+7r_, можно выделить вклад внутреннего подхвата пары легких кварков qq, и ближе подойти к пониманию того факта, что среди распадов /З-мезонов преобладают двухчастичные.

Таблица 4: Результаты измерений относительной вероятности распада £>°-+<Д7г+7Г~, полученные в экспершентах ACCMOR, CLEO и ARGUS. Там, где это необходимо, значения B(D°—>^7г+7г~) пересчитаны, исходя из значения В(£>°->/С-7Г+7Г7Г+) = (7.5 ± 0.4)%

Вфа-)ф 7г+7г-)

ACCMOR (0.24 ± 0.08)% ^

CLEO 0.024 ± 0.006 (0.19 ± 0.05)%

ARGUS 0.020 ± 0.006 ± 0.005 (0.15 ±0.04 ±0.03)%

Здесь в анализе также участвовали события из области сигнала С*+-мезона, а интервал 2.013 — 2.017 ГэВ/с2 был использован для вычитания фона под сигналом При этом рассматривались только те кандидаты в В0, в которых масса системы Кусовпадает с массой <^-мезона с точностью ±10 МэВ/с2. Полученный спектр инвариантной массы системы 7г+7г~ показан на Рис. 4. Вклад от распада £>°— дает сигнал от реальных ^-мезонов в этом распределении, поэтому область массы К° исключена из области фитирования. Видно, что полученный спектр хорошо согласуется с тем, что распад является двухчастичным распадом I)0—

Сделанный вывод позволяет сравнить полученный результат с теоретическими предсказаниями для двухчастичного распада О3—Вауэр, Штех и Вирбель предсказывают относительную вероятность распада В(О0-^фр°) = 0.10%, близкую к полученному нами результату. В работе авторов Камала, Верма и Синха было развито два подхода к рассмотрению распадов 1>-мезонов. В модели факторизации относительная вероятность обсуждаемого распада меняется от 0.026% до 0.080%, что явно не противоречит полученпому результату. В рамках Б11 (З)-снмметрии авторы предлагают значение В(О0—»-^р0) = (0.38 ±0.14) х 10-2%, что значительно ниже нашего результата. Также ниже полученного результата предсказание, сделанное в работе Бедака, Даса и Мазура В(О0->фрй) = 0.022%.

Анализ распадов Ой-+К'аК~к+ и £>°—^■К',0К+п~ обсуждается в секции 2.4 2.

Изучение распадов и О0—>К*°К+тг~ полезно для лучшего понима-

ния механизма образования векторной частицы в слабом распаде. Здесь естественно предположить, что векторный мезон К'0 ( К*0 ) рождается преимущественно из векторного Ж-бозона, а также, что подхват пары «в-кварков из вакуума подавлен по сравнению с подхватом пары (1(1. Тогда можно ожидать подавления распада Ой—>К*°К+7г~ по сравнению с распадом О0—>К*°К~-к+.

Замечая заряд 7г±-мезона из системы £>°тг в сигнале Г)*^, удается различить £>° и О0 и, следовательно, оказывается возможным отделить распады >К*°К~тг+ и О^-^К'^К^тг" друг от друга.

приведенный анализ распадов О0->К*°К~7г+ и включает в себя как учет трех-

частичных распадов, тал и двухчастичного распада Оа->К*аК*а, т.е. например

+В(О0->К,аК'°) х В{К'°-лК-7г+) .

Кандидаты в /)°-мезол ( система К+К~х*ж~ ), для которых инвариантная масса системы К+К~ близка к массе ф, пли масса пары согласуется с массой

мезона, не принимались для анализа, обсуждаемого в этой секция.

После вычитания фона под сигналом ( аналогично выделению сигналов фи р°-мезонов ), спектры инвариантных масс комбинаций К+и~ и К~п+ из распада О0-)К+К~7г+7г- оказываются такими, как показано на Рис. 5 и 6. Каждое из этих распределений фитировалось суммой релятивистской функции Брейта-Вигнера для описания сигнала /Г*°(Л"*°)-мезона и полиномом для параметризации вклада от распадов Оа-}К+К~т+-п~, в которых не участвует К*°(К*0)-мезон. В фитирующую функцию были также включены оба пороговых множителя.

В результате число событий в сигнале К'° оказалось равным 55 ± 18, а фитиро-вание сигнала К*0 дало 30 ± 17 событий.

С учетом эффективности ( Табл. 2 ) и после нормировки получаем

- к - - - - 0.043 ± 0.014 ± 0.009 ,

В{О0-*К~1Г+7Г-7Г+)

гу -т-= 0.023 ± 0.013 ± 0.009 ;

13(Г) —ТГ 7Г—7Г )

г+) = (0.32 ± 0.10 ± 0.07)% ,

= (0.17 ±0.10 ±0.07)% .

Этот результат является первым измерением относительной вероятности распада Оп->К'°К-'к+. Ранее коллаборация £"691 поставила верхний предел 0.28% на сумму относительных вероятностей трехчастичных распадов П°-лК*°К~'к+ п Оа-±К'°К+т:~ на 90% уровне достоверности. Полученное значение для

В(£>°-^тг+7Г) х В{ф^К+К~)+

+6(1>0->Л:*0А'-7г+) х В{К'°-+К+тт-) = = (0.29 ±0.07 ±0.05)%

элизко к

В(С°-+А:+А'-7Г+7Г-) = (0.31 ± 0.05 ± 0.04)% .

Таким образом каналы £>°—>фг+7г~ и О0—)-К"'>К~1г* црактическн полностью па-;ыщают распад в конечное состояние К~1~К~тг+1т~. Около 1/4 доли распадов

D0-ïK+K~n+ir~ оказываются распадами s-<^7r+7r-. При этом полученные ре зультаты согласуются с тем, что канал £>°—^7Г+7г~ идет полностью, как дэухчастич ная мода D0 Остальную долю распадов D0—>K+K~ir+ir~ составляют распадь

Da-+K*aK~n+. Стоит еще раз подчеркнуть, что все сделанные выводы носят ка чественный характер, и наряду со вкладом распадов О0-ьфх+1г~ и Dù-ïKt0IC~ тг+ точность измерений легко допускает вклад других промежуточных состояний, хои и с меньшими парциальными ширинами.

Помимо уже обсуждавшегося распада О0—ьфр° был проведен поиск и других двух частичных распадов £)°-мезона, где одной из дочерних частиц является (¿-мезон Da-+<t>u, D°—*(jjr) и D0-^0 ( раздел 3 ).

Кандидаты ф, г] и ш были приняты для дальнейшего анализа, если их масса от личалась не более, чем на два стандартных отклонения от известных значений. Пр] восстановлении узких промежуточных резонансов ( rj, и ) применялась процедур; кинематического фитирования в табличные значения их масс. Чтобы уменьшит комбинаторный фон, связанный с мягкими фотонами, используемыми в анализе рассматривался единственный D0 кандидат ( единственная комбинация фХ ) в со бытии. Критерием выбора лучшего кандидата служила здесь максимальная нероят ность кинематического фита в массу £>°-мезона.

Более подробно особенности анализа каждого канала рассмотрены в секциях 3.1 3.2 и 3.3.

В Табл. 5 собраны полученные верхние пределы для чисел событий и относи тельных вероятностей распадов £)°—»0тго, D0-»^ и О0—^фт} по отношению к отно сительной вероятности распада D°—:>K~h+k~t[+ . Также приведены характеристик! канала D0—>К~ж+ж~п+, использованного для нормировки, и значения относитель ных эффективностей £rei- Сравнению полученных результатов с теоретическим! предсказаниями посвящена Табл. 6.

В целом чуствителыюсть, достигнутая в эксперименте ARGUS, находится на гра нице области, где лежат предсказания теоретических моделей для исследовании: двухчастичных распадов О0—ЬфХ. Верхний предел для относительной вероятно«! распада D°—i-фк", полученный в эксперименте ARGUS, противоречит предсказании из работы Чау и Ченга В(О0-^тг°) = 0.21%.

Таблица 5: Определение верхних пределов для относительных вероятностей распадов £>0-^тг°, и О0->фГ1

Канал распада Число событий ( Верхний предел @ 90% CL ) Относительная эффективность £rel ib ( Верхний предел @ 90% CL)

2734 ± 60 1.00

Dа-*фж° < 5.3 0.10 0.018

<4.4 0.06 0.027

<5.7 0.06 0.035

Таблица 6: Сравнение верхних пределов для относительных вероятностей распадов Б0-)фя-0, Da—>фи и О0-*фг} с предсказаниями теоретических моделей Бауэра, Штеха и Вирбеля ( BSW }, Блока и Шифмана ( BSh ), Камала, Верма и Синха ( KVS ), Чау и Чета ( ChCh )

В, Bjrn В{ (%) Теоретические

Канал ( Верхний ( Верхний предсказания

распада предел @ 90% CL ) предел @90% CL ) В i ( % )

0.06 (BSW)

0.018 < 0.14 0.05 (BSh) 0.21 (CbCh)

0.094 (BSW)

0.027 < 0.21 0.0035 ± 0.0013, 0.023...0.072 (KVS)

0.035 < 0.28 0.014 (BSW)

В разделе 4 обсуждается первое измерение относительной вероятности распада D°-^K0sK0stt+%-.

Чтобы подавить вклад от распада D°-^KgKgK°s, только те кандидаты в Da из восстанавливаемого распада D", для которых масса тг+тг_ не согласуется с массой К $ ( ±30 МэВ/с2 ) были приняты для дальнейшего анализа. Другой возможный источник фона - канал D0—^К®7г+7г-7г+тг~, где один из -тг-мезонов потерян. Вклад от этого распада подавлен критериями отбора вторичной вершины А/д-мезона и ограничением по его массе. Оценка этого вклада моделированием по методу Монте Карло составляет менее 1 события.

Спектр инвариантной массы JD0?r+, полученный после применения обсуждавшихся ограничений, показан на Рис. 7. Число событий в сигнале, полученное из фита составляет 8.6 ±3.1.

Используя распределение Пуассона, проведена оценка вероятности флуктуации фона в наблюдаемый сигнал. Предполагая отсутствие сигнала £)*+-мезона, получим консервативную оценку вероятности флуктуации V = 2 х Ю-4, что соответствует значимости лучше 3.5 стандартных отлонений.

Сигнал от распада D°—ïKgKgK+ir' виден также на спектре инвариантной массы KgKgn+7T~ на уровне 24.6 ± 9.7 событий ( Рис. 8 ).

Хорошо изученный канал Da—ïKgir+i:~ был использован для нормировки. Для этого канала сигнал D*~ содержит 521 ± 26 распадов, тогда как пе восстанавливая D'* , мы имеем 2110 ±86 распадов D0-^K°KgV+Tt~ в сигнале £>°-мезона.

После усреднения независимых частей сигналов, полученных в 0'л и D0, получаем

0 ■

B(D0->K°SK0S7Г+7Г-) = (0.17 ± 0.05 ± 0.04)% .

Таким образом в эксперименте ARGUS впервые была измерена относительная вероятность распада D0—tKgKgn+7r~.

Далее сделана попытка качественно сопоставить измеренную относительную вероятность распада D°-^K0sK0sir+n-, B{D°->K0SK°Sтг+тГ) = (0.17 ± 0.05 ± 0.04)%, с результатом, полученным для распада £>°-мезона в конечное состояние К^, B(Da-+K+K~Ti+T~) = (0.31±0.05±0.04)%. Различие при этом заключается конечно же не только и не столько в замене и d. легких кварков, сопутствующих странным кваркам. В распаде D°—ïK°sKI-k+it~ отсутствует вклад каналов с участием «ji-мезона. С другой стороны конечное состояние KgK'^г+7г~ легко допускает распад

О>К'+К*~ через кварковую диаграмму с испусканием И'-бозона наружу, тогда как переход в два нейтральных К'-мезона запрещен в приближении факторизации без учета взаимодействия в конечном состоянии. Учитывая, что при распаде О0 п конечное состояние К+К~1г47г- вклад распадов с участием ф-мезона составляет всего около 1/3, а остальные 2/3 распадов - это распады с участием К*, можно предположить, что именно вклад каналов с К*-ыезонами и является определяющим. Такой вывод хорошо согласуется с результатами, полученными в этой работе.

В заключении приведены основные результаты диссертации.

1. Разработана методика отбора событий для выделения распадов £>°—*К+К~ж+тт~,

, О0->^7Г°, В°-±фг], выбраны оптимальные кинемати-

ческие ограничения и требования к идентификации частиц. Дополнительно изучены возможности идентификации заряженных Л"-мезонов, важпые для анализа.

2. По методу Монте Карло были определены эффективности регистрации и разрешения по массе для изучавшихся процессов.

3. Исследованы распады £>°-мезона в конечное состояние К+К~-к+тг~. Измерена величина $(£>0—>А'+А~~7г+7г~), проведен анализ резонансной структуры этого канала. Определена относительная вероятность распада О0-+<^тг+7г~, имеющиеся данные хорошо согласуются с тем, что этот канал является двухчастичным распадом Получены относительные вероятности распадов £°->А",0Л'-тг+ ц ¿?°-»А"°Л'+7г-, причем канал О°-^К,0К--к+ наблюдался впервые. Доминирующими среди распадов £)°-мезона в конечное состояние А"+А"~7Г+7Г~ оказались распады с участием ф- или /¿'•"-мезонов в качестве дочерних частиц.

4. Проведен поиск двухчастичных распадов и О'^^фт). Вычислены верхние пределы для относительных вероятностей этих распадов.

5. Впервые была измерена относительная вероятность распада

Для этого использована как техпика восстановления Па из распадов £>*+, так и £>°-мезоны, родившиеся из распадов Г>*°-мезонов или непосредственно в не-резонансноЯ е+е- аннигиляции. В пределах сделанных предположений результаты, подученные при анализе распадов £)°-мезона в конечное состояние

К+К 7г+7г , согласуются с измеренной относительной вероятностью распада

Таблица 7: Основные результаты, полученные в работе

В, Bi

7г+7г-7г+)

0.041 ±0.007 ±0.005 (0.31 ± 0.05 ± 0.04)%

0.020 ±0.006 ±0.005 (0.15 ± 0.04 ± 0.03)%

7г+ 0.043 ±0.014 ±0.009 (0.32 ± 0.10 ± 0.07)%

О^К^К+тт- 0.023 ± 0.013 ± 0.009 (0.17 ±0.10 ±0.07)%

< 0.018 @ 90% СЬ < 0.14% @ 90% СЬ

< 0.027 О 90% СЬ < 0.21% @ 90% СЬ

< 0.035 @ 90% СЬ < 0.28% @ 90% СЬ

Я, В,

ГР-ьК^К^ж+к- 0.063 ±0.019 ±0.015 (0.17 ±0.05 ±0.04)%

Основные измерения, сделанные в работе, собраны в Табл. 7.

ARGUS

Рис. 1: Схема детектора ARGUS: 1 - мюонные камеры; 2 - ливневые счетчики; 3 - временипролетпые счетчики; 4 большая дрейфовая камера; 5 - вершинная камера; 6 - ярмо магнита; 7 - катушка соленоида; 8 - компенсационно катушки; 9 - мипи-бета-квадруполи

Рис. 2: Инвариантная масса системы D°tt+ прихр^ ,г+ > 0.5. D°-Me30H восстановлен в канале D°—>K+K~ir+iT~

Рис. 3: Инвариантная масса системы К+К . И0-мезон восстановлен в канале

N

30 МеУ/с2 8

4

О

Рис. 4: Инвариантная масса системы ж+тт . О0-мезон восстановлен в канале

М(7Т + 7Т~)

Рис. 5: Инвариантная масса системы К+я . О0-мезон восстановлен по распаду

0°->К+К~ 7Г+7Г-

Рис. 6: Инвариантная масса системы К п+. И^-мезон восстановлен по распаду

7Г+7Г-

N Ч

2 МеУ/с2 .

4 -

г -

201 М(0°тт+) а0Э [СеУ/с-]

Рис. 7: Инвариантная масса системы 7Г+ в распаде Ва->К%Кд1г+7!~

Рис. 8: Инвариантная масса системы в распаде

Литература

[1] Н.А1ЬгесЫ, ... , Э.Вагеик е.1 а1, А1Ю1ГЗ СоНаЬога^оп, 2.РЬуЙ. С64 (1994) 375; Ргергш1 ОЕЭУ 94-052, 1994.

Подписано к печатя 10.09.97 Формат 60x90 1/16 Офсегн.печ. Усл.-печ.л.1,5. Тираж 100 экз. Заказ 442.

Отпечатано в ИТЭФ, П7259, Москва, Б.Черемушкинская, 25