Изучение распадов ρ- и ω-мезонов в псевдоскалярный мезон и e+e--пару с детектором КМД-2 тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

На правахрукописи

КАЗАНИН Василий Фёдорович

ИЗУЧЕНИЕ РАСПАДОВ р- И о-МЕЗОНОВ В ПСЕВДОСКАЛЯРНЫЙ МЕЗОН И е+е"-ПАРУ С ДЕТЕКТОРОМ КМД-2

01.04.16 - физика атомного ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

НОВОСИБИРСК - 2005

Работа выполнена в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН.

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ:

Григорьев — кандидат физико-математических наук,

Дмитрий Николаевич Институт ядерной физики

им. Г.И. Будкера СО РАН, г. Новосибирск. ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Страховенко — доктрр физико-математических наук,

Владимир Моисеевич Институт ядерной.физики

им. Г.И.Будкера СО РАН, г. Новосибирск.

— кандидат физико-математических наук, ГНЦ РФ "Институт теоретической и экспериментальной физики", г. Москва.

— ГНУ "Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете", г. Томск.

Защита диссертации состоится " 30 " ¿1X0_" 2005 г.

в " 40 " часов на заседании диссертационного совета Д.003.016.02 Института ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН.

Адрес: 630090, г. Новосибирск-90,

проспект академика Лаврентьева, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЯФ им.Г.И.Будкера СО РАН.

ОЯ » МАЛ,

Пахлов

Павел Николаевич

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ:

Автореферат разослан

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

2005 г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы.

С 1992 года на накопителе со встречными элекгрон-позитронными пучками ВЭПП-2М проводятся эксперименты с Криогенным Магнитным Детектором (КМД-2) в области энергий 0.36-1.4 ГэВ в системе центра масс. Целью

+ -

этих экспериментов является прецизионное измерение полного сечения е е аннигиляции в адроны, а также изучение свойств легких векторных мезонов: р,шпф.

Данная работа посвящена экспериментальному изучению конверсионных распадов р- и о;-мезонов в псевдоскалярный мезон и электрон-позитронную пару с детектором КМД-2 в области энергий 0.72 — 0.84 ГэВ. Точное знание относительных вероятностей конверсионных распадов представляет интерес для интерпретации результатов экспериментов по изучению свойств кварк-глюонной плазмы на коллайдерах тяжёлых ионов SPS в ЦЕРНе (Швейцария) и RHIC в БНЛ (США). Кроме того, изучение конверсионных распадов представляет интерес при исследовании электромагнитных переходных форм-факторов, дающих информацию о структуре нейтральных мезонов, что даёт возможность проверки модели векторной доминантности.

Предыдущие эксперименты, направленные на изучение конверсионных распадов, имели невысокую точность, главным образом, из-за относительно малой набранной статистики. Экспериментальная точность измеренных относительных вероятностей распадов составляла около 30%, данные для некоторых конверсионных распадов отсутствовали. Последние работы по исследованию конверсионных распадов в области энергии мезона на детекторах КМД-2 и СНД значительно (до 10%) улучшили точность величин относительных вероятностей конверсионных распадов ^-мезонов. Однако, точность данных по конверсионным распадам оставалась на прежнем уровне.

Данная работа завершает изучение конверсионных распадов в экспериментах с детектором КМД-2.

Цель работы состояла в следующем:

1. Разработка алгоритма и написание программы реконструкции событий в торцевом калориметре детектора КМД-2, а также разработка процедуры энергетической калибровки торцевого калориметра космическими частицами в режиме offline.

2. Поиск и измерение относительных вероятностей конверсионных распадов р и ш-мезонов в псевдоскалярный мезон и е"|"е~-пару с детектором КМД-2 в области энергий от 720 до 840 МэВ.

3. Исследование электромагнитного переходного формфактора Fuir.

Научная новизна работы.

Используя статистику, набранную на детекторе КМД-2 в диапазоне энергий 720 — 840 МэВ, измерена относительная вероятность распада и> —» 7г°е+е-, которая имеет вдвое лучшую точность по сравнению с предыдущим измерением. Впервые произведён анализ распадов р —>• 7Г°е+е~ И р, и: —> т)е+е~ и получены верхние пределы на их относительные вероятности.

Научная и практическая ценность работы.

Достигнутые результаты по измерению относительных вероятностей распадов позволяют более точно интерпретировать экспериментальные результаты исследования кварк-глюонной, плазмы.

Измеренное значение относительной вероятности распада значительно улучшает среднемировую точность результата.

Результаты работы по измерению относительных вероятностей распадов

могут быть использованы в различных научных центрах России и за рубежом, в частности, в Институте ядерной физики им.Будкера СО РАН (Новосибирск), Институте теоретической и экспериментальной физики (Москва), Институте физики высоких энергий (Протвино), в центрах DESY (Гамбург, Германия), CERN (Женева, Швейцария), КЕК (Цукуба, Япония), BNL (Брукхэвен, США) и других лабораториях, ведущих эксперименты по физике элементарных частиц.

Апробация работы.

Работы, положенные в основу диссертации, неоднократно докладывались и обсуждались на научных семинарах в ведущих отечественных и зарубежных центрах, таких как ИЯФ СО РАН (Новосибирск), ИТЭФ (Москва), SLAC (США), BNL (США), Frascati (Италия). Кроме того, результаты работы докладывались на сессии-конференции "Физика фундаментальных взаимодействий" (Москва, март 2004) и на международных конференциях: EPS 2003 (Аахен, Германия, июль 2003), Meson 2004 (Краков, Польша, июнь 2004).

Структура работы.

Диссертация состоит из введения, шести основных глав и заключения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении кратко сформулированы основные задачи данной работы, описана структура и содержание диссертации.

В первой главе дано краткое описание ускорительно-накопительного комплекса ВЭПП-2М и детектора КМД-2. Комплекс ВЭПП-2М состоит из ин-

жектора, синхротрона Б-ЗМ, бустера БЭП и накопителя ВЭПП-2М. Энергия пучков в накопителе составляет 160-т700 МэВ.

Детектор КМД-2 - это универсальный детектор, позволяющий регистрировать и измерять с высокой точностью параметры как заряженных частиц, так и фотонов. Схема детектора представлена на Рис. 1.

Координатная система детектора, состоящая из дрейфовой (2) и Z-камеры (З), помещена в основной соленоид с продольным полем 10 кГс. Совместно с магнитной системой детектора она создаёт магнитный спектрометр, способный измерять координаты, углы вылета и импульсы заряженных частиц. Снаружи магнитный спектрометр окружен торцевым (6) и цилиндрическим (7) электромагнитными калориметрами, изготовленными из сцинтилляционных кристаллов ВСЮ и Csl соответственно. Калориметры обеспечивают измерение энергии и угла фотонов, а также позволяют разделять электроны и адроны по соотношению энерговыделения в калориметре и измеренному в дрейфовой камере импульсу. Пробежная система (8) расположена за цилиндрическим калориметром и служит для разделения мюонов и адронов.

Во второй главе описан алгоритм реконструкции событий в торцевом калориметре детектора КМД-2. Целью реконструкции событий в торцевом калориметре является обработка его сигналов и их структуризация, которая заключается в формировании кластеров.

Рис. 1: Детектор КМД-2. Показаны: слева — Я — ф проекция, справа — 2 проекция детектора. 1 — вакуумная камера; 2 — дрейфовая камера; 3 — 2-камера] 4 — основной сверхпроводящий соленоид; 5 — компенсирующий соленоид; 6 — торцевой калориметр на основе ВвО; 7 — цилиндрический калориметр на основе Су/; 8 — пробежная система; 9 — ярмо магнита; 10 — квадрупольные линзы.

Ядра кластеров формируются из соседних (имеющих хотя бы одну общую грань) кристаллов, с энерговыделением более 5 МэВ и 4<г шума. Второе условие используется из-за наличия каналов электроники с повышенным уровнем шума. Для предотвращения расщепления кластеров в их ядра временно включаются неработоспособные каналы. Для образования кластеров к ядрам присоединяются кристаллы с энерговыделением более 2<х, если их расстояние г до центра кластера менее 3.8 см при энергии кластера Ес\ < 30 МэВ, менее 7.5 см при Eci > 200 МэВ. Для 30 МэВ < Есi < 200 МэВ величина г меняется плавно в данном диапазоне. Кристаллы с энерговыделением меньше 2сг шума считаются несработавшими. Состоящий из одного кристалла кластер удалялся из списка кластеров и считался одиночным кристаллом. Эффективность работы алгоритма реконструкции иллюстрируется на Рис. 2.

Для кластеров рассчитывались следующие параметры: энергия, координата центра по методу центра тяжести, полярный и азимутальный углы, а также код его расположения относительно краёв и неработоспособных кристаллов. Для разделения кластеров, происходящих от ливнеобразующих и минимально ионизирующих частиц, дополнительно вычислялись по ядрам кластеров следующие параметры: средняя энергия и её разброс в кристаллах кластера, момент и угол поворота кластера (использовалась аналогия с моментом инерции плоского твёрдого тела из механики, роль массы играло энерговыделение в кристалле), среднее число соседних кристаллов в кластере. Идентификация по параметрам ядер кластеров более надёжна в силу того, что в них, практически, не присутствуют фоновые срабатывания.

Кластеры, которые не ассоциируются с каким-либо треком, считаются происходящими от фотонов. При попадании фотона в калориметр развивается электромагнитный ливень. Поскольку калориметр имеет конечные размеры, часть частиц ливня покидает его. Для учёта этого эффекта вводился поправочный коэффициент на энергию фотона, который определялся из моделирования.

Систематический сдвиг измеренной координаты к центру кристалла отно-

3 1

|а |об

-

1 J ! 1 ! ' ' ' t ^ ¡ ¡

1 I ' I ¡ ' í

• ш ]

} \ Í > « ¡ ! i

¡ ~ 7 " 7 7 7 7 7 7

О 100 200 300 400 500 Е00 700

Энергия фотона, МэВ Рис. 2: Вероятность восстановления кластера (круги), одиночного кристалла (квадраты) и отсутствия отклика в калориметре (треугольники) в зависимости от энергии фотона в моделировании.

сительно истинной точки входа частицы, присущий методу центра тяжести, мал из-за небольших размеров кристаллов. Поправка на такой эффект не использовалась. Из-за непроективной геометрии калориметра необходимо учитывать продольное развитие ливня. Для коррекции систематических сдвигов измеренных координат из моделирования находились поправочные функции, которые были основаны на зависимости средней глубины центра ливня а от энергии 7-кванта

Фотоны, попадающие в область стыка калориметров, с высокой вероятностью образуют кластеры в обоих калориметрах, что приводит к появлению лишних фотонов. Для предотвращения этого эффекта проводилось объединение кластеров на границах калориметров. Кластеры объединялись, если их азимутальные границы перекрывались или угол между границами кластеров был менее 0.4 радиан. Для изучаемых в данной работе событий объединение кластеров не приводит к потере фотонов от распадов в то время как

эффект расщепления фотонов пропадает.

Третья глава посвящена описанию процедуры калибровки торцевого калориметра космическими частицами в режиме offline. При наборе экспериментальных данных часть космических событий записывается на ленты. Идея использования этих событий для калибровки калориметра была реализована и успешно применялась при реконструкции событий в торцевом калориметре. Важно отметить, offline-калибровки производится прямо во время эксперимента, в отличие от onlme-калибровки, которая проводится при неработающем комплексе ВЭПП-2М.

Основная сложность метода заключается в выделении событий прохождения космических мюонов от событий попадания в калориметр ливнеобразу-ющих частиц, частота появления которых выше в 100 раз.

Дли выделения кластеров at космических мюомов использовались следующие критерии отбора: 1. Количество кристаллов в кластере N ^ 5;

2 Отношение большого й малого момента кластера max{J'x])/min{J't]) > 4;

3. Среднее энерговыделение кристаллов в кластере ё > 15 МэВ;

4. Разброс энерговыделения в кристаллах кластера Де < 20 МэВ;

5. Среднее число соседних кристаллов в кластере Nnei < 3.

Вероятность ливнеобразующей частицы пройти отбор составляет менее 0.05%, что подходит для калибровки.

Для подавления оставшихся фоновых событий и косых прохождений мю-онов через кристалл был использован face-to-face отбор: отбирались кристаллы, имеющие соседей в кластере, которые граничат с ним по двум противоположным граням. Данных одного захода не хватает для определения калибровочных коэффициентов с требуемой статистической точностью — 3%.

С целью увеличения статистики заходы объединяются. Полученные калибровочные коэффициенты применяются для всех заходов, статистика которых использовалась в определении калибровки.

На Рис. 3 показано распределение по энергии фотонов в процессе е+е~ -У 77, вычисленное с использованием online и offline калибровок. Видно, что с использованием калибровки offline наиболее вероятное значение энергии фотонов для двух наборов данных не изменяется в пределах статистической ошибки, тогда как с использованием калибровки online средняя энергия изменяется на 2%. При использовании калибровки offline в отдельном заходе энергетическое разрешение улучшается незначительно. Для группы заходов итоговое разрешение существенно улучшается за счёт того, что среднее энерговыделение не изменяется от захода к заходу.

В четвёртой главе описаны свойства и используемые критерии отбора событий с конечным состоянием изучены поправочные коэффициенты, приведено описание моделирования.

Изучение конверсионных распадов проводится в основном канале распада 7г° —> 77. Фоновыми процессами к изучаемым распадам являются распады и} —» 7Г+7Г~7Г0, 7Г°7, в последнем распаде фотон конвертирует на веществе, расположенном, перед дрейфовой камерой, (резонансные фоны) и события квантовой электродинамики (нерезонансный фон).

Для подавления фоновых кластеров в торцевом калориметре, возникающих от выбывающих из пучка частиц, использовалось дополнительное условие на фотоны торцевого калориметра:

Такое требование снижает вероятность регистрации событий изучаемых распадов на 15%, уменьшая количество фоновых фотонов в 5 раз.

Отбираются пары заряженных частиц с суммарным нулевым зарядом, летящие из пучка, с поперечным импульсом каждой частицы, позволяющим достичь Z-кшepы (Р£2 > 45 МэВ/с).

Для выделения событий распадов в конечное состояние ж°е+е~ использовались следующие критерии отбора, в скобках указаны процессы, которые подавляются данным критерием отбора:

■О» о 1 1» г гл з 35 ], Количество фОТОНОВ В Событии

Угол между треками, рад

Рис. 4: Распределение по суммарному им- 00льше одного пульсу заряженных частиц в зависимости 2. 2-координата восстановленной от пространственного угла между ними. вершины по модулю меньше 5 см и минимальное расстояние от каждого трека до пучка меньше 1 см (космические события и выбывшие из пучка частицы);

3. Разность измеренного суммарного импульса пары заряженных частиц \р1 + Р2\ и величины Ро = Еъеат — (импульс частиц в распаде

ы -> 7Г°7) |Р0 - \Рг + Д|| < 35 МэВ/с (Рис. 4)- (тг+тг"тг°);

4. Минимальный пространственный угол между направлением среднего импульса треков и фотонами больше 1.7 рад (п°у, где у е+е~, КЭД);

5. Пространственный угол между треками Дф < 0.5 (тг+п~тг°, КЭД);

6. Инвариантная масса е+е~-пары и фотона с максимальной энергией Мееу < 1.9-£/ьеат (77. где 7 —> е+е~ + фоновый фотон).

Использовалась статистика 2000 года, набранная в диапазоне энергий 0.72 -0.84 ГэВ, интегральная светимость которой составляет 3.3 пб-1. После применения этих условий отбора остаётся 390 событий.

Для определения эффективности регистрации событий еяеот =14.82±0.05% и её ошибки (~1%), связанной с неточным знанием величины наклона переходного формфакгора Ь применялось моделирование. Используемый первичный генератор V -> Ре+е~ был модифицирован с целью более точного определения мажоранты, величины, ограничивающей сверху матричный элемент распада. Для улучшения работы генератора при розыгрыше параметров распада была учтена особенность матричного элемента 1/д2.

Из-за малости пространственного угла Аф между заряженными частицами последние проходят через одни и те же внутренние ячейки дрейфовой камеры (ДК). Это обстоятельство влияет на эффективность реконструкции

Таблица 1: Сводные результаты по вероятностям конверсии фотона на веществе детектора, расположенного перед ДК.

Вещество Толщина 6 • р, г/см" (Гсот X 10", СМ^/Г ^ Рсопу 10

Вак. промежуток (1.415±0.021)-10-1 0.989±0.010 1.52±0.06

Трубка ДК ((ШЗгЬО.ОЗИО"-1 1.64±0.02 0.39±0.01

Слой А1 <310"4 2.88±0.03 < 0.010

Итого - - 1.91±0.06

таких треков. Для изучения эффективности реконструкции треков были использованы события распада и —> я°е+е~, в которых 7Г° распадается в уе+е~. Лептонная пара от распада ж0 обладает такими же свойствами, что е+е~-пара изучаемого распада. Отбирались события, в которых мог быть потерян один лептонный трек. Импульс потерянного при реконструкции лептонного трека восстанавливался с использованием кинематической реконструкции событий. Была определена зависимость вероятности восстановления трека от его поперечного импульса для электронов и позитронов. Поправочный коэффициент еЛф — 0.906±0.038 корректирует разницу между моделированием и экспериментом. Он получен свёрткой отношений эффекгивностей реконструкции в экспериментальных событиях и событиях моделирования с функциями распределения е~ и е+ по поперечному импульсу в изучаемых распадах.

Для определения эффективности триггера детектора изучалась информация о срабатывании триггерных систем детектора (трекового процессора ТЕ и нейтрального триггера N1") в отобранных событиях и использовался комбинаторный метод, в котором предполагалась независимость работы этих триггерных систем. Результат эффективности триггера детектора для двух режимов работы, при которых набиралась статистика, следующий: е/ = 0.989 ± 0.008, £// = 0.998 ± 0.001, ошибка статистическая. Для определения систематической ошибки проводился анализ аргументов ТР, наиболее важной триггерной системы при регистрации изучаемых событий. Для этого, налагалось дополнительное требование на срабатывание ТР, что привело к изменению относительной вероятности результата на 2%. Эта величина была принята в качестве консервативной оценки систематической ошибки триггера детектора.

События распада и —> тг°7, в которых произошла конверсия моноэнергетического фотона на веществе, неотличимы от событий изучаемого процесса и являются большим источником фона. Основным материалом на пути частиц перед ДК является вакуумный промежуток, выполненный из бериллия в форме трубки, и внутренняя трубка ДК, выполненная из лавсана. Неточность в измерении размера трубок, а также неточное знание состава вакуумного промежутка приводят к систематическим погрешностям при учёте конверсии в моделировании. Результаты исследования приведены в Таблице 1, где

представлены расчёты вероятности конверсии фотона с учётом углового распределения вылета фотонов в процессе и 7Г°7. Расчётное значение вероятности конверсии согласуется с величиной, полученной из моделирования: Рсопу = (1.90 ±0.04)-Ю-3.

Радиационные поправки учитывались в моделировании при определении геометрической эффективности регистрации событий. Систематическая погрешность используемой модели при расчёте энергий и углов излучаемых фотонов оценивается менее 1%.

Систематические погрешности, связанные с разбросом энергии частиц в пучке и возможным энергетическим сдвигом средней энергии пучка от измеренной по величине магнитного поля и температуре поворотных магнитов, не превышают 0.4%, что пренебрежимо мало.

В пятой главе проводятся измерения относительных вероятностей распадов в конечное состояние 1г°е+е~ и наклона переходного формфактора

Сначала определялось количество сигнальных событий, событий с распадом 7г°. Для этого аппроксимировалось распределение М^уСтт) прошедших отбор событий. Аппроксимация пика проводилась логарифмической модификацией функции нормального распределения, аппроксимация фона производилась полиномом второй степени, форма которого определялась по аналогичным спектрам экспериментальных событий •7Г+7Г-7Г° и 7г°7. Варьируемыми параметрами являлись параметры функции, описывающей пик и количество фоновых событий, результат аппроксимации показан на Рис. 5. Полученная из аппроксимации распределения М-тч{77) форма пика была фиксирована для нахождения количества сигнальных событий в каждой точке. Так, что варьируемыми параметрами при аппроксимации распределения М-тч{77) по событиям каждой энергетической точки были количество сигнальных и фоновых событий. При анализе энергетической зависимости числа фоновых событий сигнал от ш-мезона не наблюдался, поэтому было заключено, что изучаемые события не отбрасываются при вычитании фона.

Для учёта вклада событий распада и —> 7г+7г"-7г°, проходящих отбор, была использована процедура статистического вычитания, основанная на различии распределения пространственных углов между треками для событий распада и -> 7г+7г-7г° и изучаемых событий, а также энергетическом поведении других фоновых событий.

Форма распределения пространственных угаов между треками прошедших отбор событий и —>■ 7г+7г~7г° определялась из моделирования. Для нахождения количества событий 7г+7г_7г° выбирался диапазон угаов 0.3 < Аф < 0.9, поскольку в этом диапазоне углов присутствуют только события изучаемого распада, события ш -> ж+тг~п° и события КЭД (события с конверсией фотона на веществе имеют очень малую Мту(77), что определяет малость

a im

1л

3 то

-- ВМ» _ _ J Q3149 j______ AUCH*N ' 1301

1 M у I Pi №А± liU

' -^тт ...... }..!..., 1 !

Ду. рад

Рис. 6: Распределение пространственных углов между треками в прошедших отборы событиях: вверху — моделирование распада ш —>■ внизу — экспери-

ментальные события.

Инвариантная наоса п, МэВ

Рис. 5: Аппроксимация спектра Mmv{ 77) суммой логарифмической модификации функции нормального распределения и полиномом второй степени, описывающим фон.

углов Аф). Зависимость величины видимого сечения avja — Naei/L(l+S) отобранных событий в диапазоне углов 0.3 < Аф < 0.9 от энергии аппроксимировалась суммой двух составляющих: резонансной (релятивистская модификация Брейта-Вигнера с вкладом от w-мезона) и нерезонансной, вида Из. Из аппроксимации было найдено количество резонансных событий NTes — 210±17, после вычитания вклада событий ж°е+е~, рассчитанного из моделирования = 31 ± 11, было получено количество событий cj -»■ 7г+7г-7г° в диапазоне 0.3 < Аф < 0.9. Это, в пересчёте на интервал углов Дф < 0.5, даёт итоговое количество событий Nn+n-no =40.4±6.4±4.6.

Определение относительной вероятности распадов р- и ш-мезонов проводилось путём аппроксимации количества сигнальных событий суммой из четырёх функций, описывающих вклады событий тг°е+е-, тг°7, тг+тГ возможного вклада событий КЭД:

Nsig = L о е+е- (1 + 5) В (7Г° 77) etrig £дф £geom

+ LaeJP ß(ir0 ->77) Pconv £tr!g ЕАф Sgeom

+ Ii азя- (1 + ¿Зтг) £3тг + L (TQED-Используемые в выражении (1) обозначения: L - интегральная светимость, 5 - радиационная поправка, - эффективность выделения событий тг+7г-7г0, определяемая из нормировки общего числа событий 7г+7г-7Г°. Сечение сгпое+е- (5) описывалось параметризацией Брейта-Вигнера с вкладом от р- и ы-мезонов в предположении постоянной фазы интерференции фр~ 13°:

g3(s} . , ч . , . |2 , , ч тп^Гу \/<Гу fv = \М») + ^ W + «Ol2, Ay(s) = Dv{s)g;/2(mly

"TT0 И

О)

Таблица 2: Результаты аппроксимации количества сигнальных событий в различных модельных предположениях.

Модель В(ш), Ю-4 В(р), ю-5 °QED' Пб а0) нб1/* X2/ndf

I 8.19±0.81 -0.1 ±2.5 - 19.11/17

П 8.19±0.71 - - 19.11/18

III 8.33±1.37 0.32±0.81 - - 19.06/17

IV 8.20±0.77 - 0.10±0.14 18.17/17

Здесь q(s) - импульс частиц в распаде w —► 7г°7, fu-0, /р=фр, вещественная амплитуда ао описывает возможный вклад высших резонансов, 1/D -пропагатор векторного мезона. Для описания вклада от событий 7г°7 использовалось экспериментальное измерение сечения процесса е+е~ -> 7г°7, сечение 7Г+7Г-7Г° аппроксимировалось функцией Брейта-Вигнера с вкладом от ш-мезона, сечение «tqed = 0qED тЦs.

Аппроксимация проводилась в нескольких моделях, варьируемыми параметрами являлись 1В(и —> 7г°е+е~), В(р 7г°е+е~), Oqed, ад. Масса и ширина р-мезона были фиксированы, масса и ширина ш-мезона варьировались с учётом их среднемировой точности, a варьировалось с учётом его экспериментальной точности. Отношение а = ст°/<7°=(3.7±1.0)-10-3 для распадов р, ш 7Г°7 незначительно отличается от подобной величины в изучаемых конверсионных распадах в силу того, что отобранные события сильно ограничены по величине q2 = M\nv(e+e~). Поэтому, в ряде моделей при аппроксимации этот параметр фиксировался. Результаты аппроксимации в различных моделях представлены в Таблице 2. Из аппроксимации в модели I следует, что вклад событий КЭД пренебрежимо мал. Результатом аппроксимации в модели II является итоговое значение В (и) —> тг°е+е~). В модели Ш варьируются обе величины В(и -> ж°е+е~), В(р -» к°е+е~), в результате чего устанавливается верхний предел В(р 7г°е+е~)<1.6-10-5 (90% у.д.). Из аппроксимации в модели IV следует статистическая незначимость вклада высших резонансов.

В Таблице 3 представлены источники систематических ошибок и их величины. Наибольший вклад в ошибку даёт неточность определения эффективности восстановления близких треков. Её величина определяется малой статистикой тестовых событий.

Для исследования переходного формфактора иж интерес представляют события распада и ->■ 7г°е+е~ с большими значениями q2=M\nv(e+e~). Поскольку ранее используемые критерии отбора оставляют события только с малым q2, были использованы другие критерии отбора, эффективность которых не зависит от q2. Для подавления основного фона от распада и -> тг+7г_7г° была использована процедура е/тг разделения, основанная на анализе энергии

Таблица 3: Основные источники систематических ошибок и их вклад в конечный результат.

Источник ошибки Величина, %

Эффективность восстановления близких треков 4.7

Вычитание фона 3.6

Геометрическая эффективность 2.2

Эффективность триггера е^ 2.0

Табличные значения параметров резонансов и, р, ж 2.0

Отношение сечений 1.9

Интегральная светимость Ь 1.4

Модельная ошибка формфактора ^(д2) 1.2

Вычисление радиационных поправок (1+5) 1.2

Конверсия фотонов на веществе Рс0Пу 1.0

Итого 7.6

кластеров, ассоциированных к-треку, а также метод кинематической реконструкции, использующий законы сохранения энергии и импульса.

Отобранные события разбивались на группы по величине параметра q. Количество событий ш 7Г°е+е~ в каждой труппе по 9 было определено из анализа распределения МщУ(77). Зависимость количества событий в каждой группе аппроксимировалась теоретической функцией распределений ¿N/6,(1, варьируемыми параметрами были нормировочный множитель и наклон переходного форм-фактора Ь. Результат аппроксимации и зависимость формфактора от д показаны на Рис. 7. Полученное значение переходного формфактора 6=2.5±3.1 ГэВ~2 согласуется со значением из МВД 1/т2=1.7 ГэВ-2.

Шестая глава посвящена поиску конверсионных распадов в состояние

0 05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0 4

Я, инвариантная масса е*е~-пары, ГэВ Рис. 7: Квадрат переходного формфактора |Я„(д)|а. Сплошная кривая — результат аппроксимации, прерывистая — теоретическое предсказание МВД.

г}е+е~. Поиск распадов р, из

Т]е+е~

проводился в трех основных модах рас-

пада ^-мезона. Для отбора событий по параметрам лептонных треков использовались такие же критерии отбора, что и для событий распада и> —7г°е+е". В распаде 7] 7Г+7Г~7Г° лептонной парой считалась пара заряженных частиц

Таблица 4: Сводные данные по изучению распада в Т}е+е для различных каналов распада т}-мезона.

Канал распада В(г) final), % £trig ■ £д ф iVback (процесс)

т? ->3тг° , 32.51 ±0.29 0.98 0.89 0 <0.1

Г) —» 7Г+7Г-7Г° 22.6±0.4 0.99 0.89 0 0.2 (КЭД)

г) -427 39.43±0.26 0.98 0.89 3 4.9 (КЭД)

с нулевым суммарным зарядом и наименьшим углом Аф.

Критерии отборов по параметрам фотонов были следующие. В канале распада 77 —> Зя-0: минимальная энергия кластера была понижена до 30 МэВ из-за наличия большого количества мягких фотонов в таком конечном состоянии. Требовалось наличие 5 и более фотонов. Основным фоном в этом канале являлись события процесса е+е~ -4 тг°л°у с наличием фонового фотона и конверсия одного из фотонов на веществе перед ДК. В канале распада т) -» 7г+7г-7г°: Ny=2, Mmv(e+,e-,7ii2)>160 МэВ/с2. Основным фоном в этом канале являлись события КЭД. В канале распада т) 77: TV7=2, 2>175 МэВ, Minv(e+,e~,7i)2)>200 МэВ/с2, сумма импульсов пары фотонов и е+е~-пары менее 150 МэВ/с. Основным фоновыми процессам в этом канале являлись события КЭД и распад и где я-0 уе+е~. Резуль-

таты отборов приведены в Таблице 4, количество событий фона оценивалось из моделирования. Зарегистрированное количество событий распада в т}е+е~ с распадом т) —ï final определяется выражением

п

N = <?Bw(Si) Ь» (1 + St) Egeom, » i Ctrig, tB(î) final). t=l

Параметризация сечения - релятивистский Брейт-Вигнер со вкладами от р-и ui-мезонов, между сечениями на массе резонансов использовалась связь <$->4e+e-/aZ-*4e+e-= 7=0.43±0.09. Используя данные по трём

каналам распада г), были определены верхние пределы В(р rçe+e_)<0.7-10-5 (90% у.д.), В{ы -> 7je+e~)<l.M0~5 (90% у.д.).

В заключении приведены основные результаты, полученные в работе:

1. Разработан и реализован в виде набора подпрограмм алгоритм реконструкции событий в торцевом калориметре детектора КМД-2. Код алгоритма интегрирован в общую программу реконструкции событий детектора КМД-2 и использовался при обработке и анализе экспериментальных данных КМД-2.

2. Разработана методика калибровки торцевого калориметра по космическим частицам в режиме offline, который использует статистику экспериментальных событий. Созданы алгоритм выделения событий прохождения космических частиц и соответствующее программное обеспечение.

3. Модифицирован первичный генератор моделирования событий процесса

е+е~ Pl+l~. Данная модификация точно описывает угловые и энергетические распределения рождаемых частиц. Кроме того, в модифицированном генераторе оптимизирован процесс генерации начальных частиц.

4. Используя статистику, набранную на детекторе КМД-2 вблизи энергии рождения ш-мезона, интегральная светимость которой составляет L = 3.3 пб-1, зарегистрировано около 230 событий распадов и ж°е+е~, на основе которых была определена относительная вероятность распада: В(и -» 7г°е+е~) = (8.19±0.71±0.62)10-4. Результат данной работы согласуется с предыдущим экспериментальным измерением этой величины, но при этом имеет почта вдвое лучшую экспериментальную точность, а также хорошо согласуется с различными теоретическими предсказаниями.

5. В работе исследован спектр инвариантных масс е+е~-пар в событиях распада и/ тг°е+е~. Полученное значение наклона переходного формфактора b = 2.5±3.1 ГэВ-2 согласуется с ожидаемым в МВД значением 1.7 ГэВ-2.

6. Используя вышеописанную статистику, впервые поставлены верхние пределы на относительные вероятности следующих конверсионных распадов векторных мезонов: Б(р 7г°е+е_)<1.6-10-5 (90%у.д.),В(р -> туе+е_)<0.7-10"5 (90% у.д.), В(и -+ 7?е+е-)<1.М0*5 (90% у.д.).

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. R.R.Akhmetshin, D.N.Grigoriev, V.F.Kazanin et al., Testing and calibration of the BGO endcap calorimeter with phototriode readout for the CMD-2 detector., Nucl. Instrum. Meth. A 379 (1996) 509.

2. Э.В.Анапшш, А.Е.Бондарь,..., В.Ф.Казанин и др., Моделирование детектора КМД-2., Препринт ИЯФ 99-1, Новосибирск, 1999.

3. R.R.Akhmetshin, D.N.Grigorev, V.F.Kazanin et al., The BGO endcap calorimeter with phototriode readout for the CMD-2 detector., Nucl. Instrum. Meth. A 453 (2000) 249.

4. Э.В.Анашкин, В.М.Аульченко,... , В.Ф.Казанин и др., Измерение сечения процесса е+е~ -> в области энергии 2Е=1.05 - 1.38 ГэВ с детектором КМД-2 на ВЭПП-2М., Ядерная Физика 65 (2002) 1255.

5. R.R.Akhmetshin, V.M.Aulchenko,... , V.F.Kazanin et al., Study of the process e+e" -»■ итг° 7Г°7Г°7 in c.m. energy range 920-1380 MeV at CMD-2., Phys. Lett. В 562 (2003) 173.

6. В.М.Аульченко, Р.Р.Ахметшин, ... , В.Ф.Казанин и др., Изучение распадов р- и ш-мезонов в псевдоскалярный мезон и е+е~ пару с детектором КМД-2., Препринт ИЯФ 2004-72, Новосибирск, 2004.

7. R.R.Akhmetshin, V.M.Aulchenko,..., V.F.Kazanin et al., Study of the p and w meson conversion decays with the CMD-2 detector at the VEPP-2M collider., Int. J. Mod, Phys- A 20 (2005) 606.

КАЗАНИНВасилий Фёдорович

Изучение распадов р- и to-мезонов

в псевдоскалярный мезон и е+е--пару с детектором КМД-2

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Сдано в набор 03.05.2005 г. Подписано к печати 04.05.2005 г. Формат 60x90 1/16 Объем 1,1 печ.л., 0,9 уч.-изд.л.

_Тираж 100 экз. Бесплатно. Заказ № 22_

Обработано на IBM PC и отпечатано на ротапринте ИЯФ им. Г.И. Буцкера СО РАН, Новосибирск, 630090, пр. академика Лаврентьева, 11.

/J

/ Ьс Л

11

1654

Введение

1 Ускорительно-накопительный комплекс ВЭПП-2М и детектор КМД

1.1 Ускорительно-накопительный комплекс ВЭПП-2М

1.2 Детектор КМД-2.

Дрейфовая камера.

Z-камера.

Цилиндрический калориметр.

Торцевой калориметр.

Пробежная система.

Система сбора данных.

2 Реконструкция событий в торцевом калориметре детектора КМД

2.1 Общая структура программы реконструкции событий.

2.2 Использование калибровок при реконструкции событий

2.3 Алгоритм реконструкции событий в торцевом калориметре.

2.4 Расчёт параметров кластеров торцевого калориметра.

2.5 Применение поправочных коэффициентов для уточнения параметров кластеров.

2.6 Объединение кластеров на границе калориметров.

3 Калибровка торцевого калориметра космическими частицами в режиме offline

4 Распады р- и w-мезонов в 7г°е+е-: отбор и обработка данных

4.1 Свойства распадов в 7г°е+е~ и основные фоновые процессы

4.2 Отбор событий распада в 7г°е+е~.

Предварительный отбор.

Критерии отбора событий распадов в 7г°е+е-.

4.3 Моделирование конверсионных распадов.

4.4 Эффективность восстановления близких треков.

4.5 Эффективность триггера детектора.

4.6 Конверсия фотонов на веществе детектора.

4.7 Радиационные поправки к изучаемому процессу.

4.8 Энергетический разброс частиц в пучке

5 Анализ событий распадов в 7г°е+е~

5.1 Определение количества событий с распадом 7г°-мезона

5.2 Учет вклада событий распада и 7г+7г-7г°.

5.3 Определение относительной вероятности распада.

5.4 Анализ систематических ошибок.

5.5 Измерение наклона переходного формфактора.

6 Поиск конверсионных распадов р- и w-мезонов в г}е+е~ 112 Заключение 118 Литература

Распады векторных мезонов V в псевдоскалярный мезон Р и е+е-пару принадлежат к классу конверсионных распадов. В этих распадах мезон одного типа переходит в мезон другого типа с рождением лептонной пары (здесь и далее под термином лептонная пара подразумевается пара лептона и антилептона 1+1~, т.е. е+е~, или пара т+т~). К числу конверсионных распадов можно отнести изучаемые распады: V Р1+1~, распады с переходом псевдоскалярного мезона в векторный Р Vl+l~, а также распады с переходом псевдоскалярного мезона в фотон Р —> 71+1~. Фейнмановская диаграмма процесса вида е+е~ V —> Р1+1~ приведена на Рис. 1. Конверсионные распады близки по своим свойствам к радиационным, в которых вместо лептонной пары рождается фотон. Однако, лептонная пара происходит от виртуального фотона 7*, поэтому основное отличие заключается в том, что в конверсионных распадах фотон рождается не на массовой поверхности, как это происходит в радиационных распадах. Квадрат массы виртуального фотона q2 может принимать любые значения в пределах от 4mf до (тпу—тр)2. Исследуя спектр инвариантных масс лептонных пар в конверсионных распадах, можно получить информацию об электромагнитной структуре нейтральных мезонов. Для описания этой структуры может быть использован переходный формфактор мезонов А -» В: /лв(я2)-В роли А к В могут выступать векторный и псевдоскалярный мезоны. Сложная структура взаимодействующих нейтральных мезонов изменяет спектр инвариантных масс лептонных пар по сравнению с точечными частицами. Спектр последних е" Р

Рис. 1: Фейнмановская диаграмма процесса е+е~ —> V —> Ре+е~. может быть точно рассчитан с помощью квантовой электродинамики: dr dr 2 - . 2 1^лв(?2)|2. (0.1) dq2 dqz точечн.

Вышеприведённое выражение содержит величину FAB(q2) = /лв(?2)//лв(0) - нормированный переходный формфактор перехода А в В.

Матричный элемент конверсионных распадов А -> В1+1~ векторных и псевдоскалярных мезонов имеет вид:

M={Ama){fAB{q2).ea^5-paq^)- 1 • (б Ъи) , (0.2) V-v-' qz *—v—'

Л-»В7—переход Лептонный ток

Фотонный пропагатор где е01^5 - абсолютно-антисимметричный тензор; ра - 4-импульс псевдоскалярного мезона; q$ - 4-импульс виртуального фотона; е7 - 4-вектор поляризации векторной частицы; /лв(<72) ~ формфактор для перехода А -» В. Отсюда может быть получен спектр инвариантных масс /+/~-пар [1]: dr(A -> Bl+l~) а Л4ш[У/2 (л 1х dg2T(A -> В7) Зтг V q2 ) \ q2 ) q2

FAB{<?)\2- (0.3)

2 л 2 2 q \ 4т№ тА ~ тВ / (тА~тВ)2

Свойства этого спектра существенно зависят от того, какой тип лептонных пар рождается в конверсионном распаде. В случае рождения е+е~-пары спектр имеет ярко выраженный максимум при q2 близких к левой границе спектра - 4т2, как это видно из Рис. 2 слева. В случае рождения //+/л~-пары спектр более пологий (Рис. 2 справа). Такие свойства спектров определяют топологические особенности этих распадов: для е+е~-пары характерен малый угол разлёта, /x+/i~ пара характеризуется более равномерным спектром углов разлёта заряженных частиц. Как видно на Рис. 2, формфактор изменяет форму спектра, увеличивая количество событий с большими инвариантными массами 1+1~.

В области малых q2 для описания формфактора используется следующая параметризация:

FAB(q2) = l + bAB-q2. (0.4)

Рис. 2: Спектр инвариантных масс лептонных пар, рождающихся в конверсионном распаде и) —> 7г°1+1~. Слева представлен спектр е+е~-пар, справа — р+рГ-пар. Сплошной линией показан спектр, в котором используется форм-фактор, предсказываемый МВД, прерывистой линией представлен спектр при = /. Спектры нормированы на единицу, так что представляют собой плотности вероятности рождения 1+1~-пары.

Используемая в выражении величина Ьав называется наклоном переходного форм-фактора. Величина наклона вычисляется в модели векторной доминантности (МВД) [2,3,4], которая хорошо описывает ряд физических процессов при низких энергиях. В такой модели взаимодействие фотонов с адронами происходит через промежуточные векторные мезоны. В приближении малой ширины промежуточных векторных мезонов V' рассчитан наклон формфактора изучаемого перехода: ЬШТ — 1 /т2. Для экспериментального изучения формфакторов наиболее подходят распады с парой в конечном состоянии, так как событий со значительным q2 в них больше, чем в распадах с е+е~ в конечном состоянии вследствие более равномерного спектра dT/dq2. Однако, относительная вероятность конверсионных распадов с //"-парой в конечном состоянии на несколько порядков меньше по сравнению с таким же распадом с е+е~-парой. Это обусловлено подавлением по фазовому объёму распадов с р,+р,~ в конечном состоянии. Необходимо отметить, что распады с т+т~-парой в конечном состоянии не рассматриваются, поскольку масса т-лептона превышает массу изучаемых лёгких векторных мезонов.

Экспериментальные данные по формфакторам изучаемых распадов довольно скудные: формфактор перехода ш -» 7г° изучался лишь в распаде ш тг°р,+ц~ [5], для которого полученное значение наклона формфактора отличается от предсказания МВД на четыре стандартных отклонения: в области больших q2 формфактор растёт значительно быстрее. Подобное отличие экспериментальных данных от предсказаний МВД обнаружено и в работе [6], где исследовался формфактор Такое положение дел требует новых экспериментальных данных для более детального изучения формфактора с целью проверки области применимости МВД.

Интерес к изучению конверсионных распадов также вызван экспериментами по изучению свойств кварк-глюонной плазмы, образующейся при столкновениях тяжёлых ионов. Первые эксперименты [7] проводились на коллайдере SPS в ЦЕРНе (Швейцария) с 1995 года. В 2000 году начал свою работу коллайдер тяжёлых ионов RHIC [8] в БЫЛ (США). Важным источником информации о физических процессах, происходящих в кварк-глюонной плазме, является процесс рождения дилептонов [9]. В настоящее время, измеренное в эксперименте количество лептон-антилептонных пар превышает их расчётное значение [10]. Вычисление ожидаемого количества такого рода пар частиц использует экспериментальные данные о вероятностях распадов мезонов в конечные состояния с лептонными парами. Если относительные вероятности распадов векторных мезонов в лептонные пары известны с высокой точностью, то для конверсионных распадов эти величины известны недостаточно точно, с относительной ошибкой около 30%. Последние работы по исследованию конверсионных распадов в области энергии ф-мезона на детекторах КМД-2 [11,12] и СНД [13,14] значительно (до 10%) улучшили точность величин относительных вероятностей конверсионных распадов (^-мезонов. Однако, данные по конверсионным распадам р и и> оставались на прежнем уровне. В Таблице 1 приведены экспериментальные значения относительных вероятностей конверсионных

Таблица 1: Экспериментальные значения относительных вероятностей конверсионных распадов р- и ui-мезонов на псевдоскалярный мезон и е+е~-пару и их теоретические предсказания, основанные на МВД.

Распад Эксперимент Результат Теоретическое ожидание ы 7г°е+е- НД (1988) 116] (5.9±1.9)-10-4 (7.2-8.0)-10"4 uj —> г)е+е~ - - (2.0—4.8)-10-6 р —» 7г°е+е- - - (4.1—6.5)-10—6 р-ьце+е- - - (2.2-3.2)-10~6 распадов р- и о;-мезонов с е+е~-парой в конечном состоянии и их теоретических предсказаний, основанных на МВД [15].

При экспериментальном изучении конверсионных распадов V —> Ре+е~ важную роль играет высокая эффективность регистрации и измерения параметров фотонов, являющихся продуктами распада псевдоскалярного мезона. В детекторе КМД-2 используется два калориметра: цилиндрический и торцевой. Для использования информации с торцевого калориметра необходимо произвести реконструкцию событий в нём. Кроме того, для правильного определния количества фотонов требуется связать информацию из цилиндрического и торцевого калориметров в единое целое.

Первая часть работы посвящена реконструкции событий в торцевом калориметре детектора КМД-2, а также описанию калибровки торцевого калориметра в режиме offline.

Вторая часть работы посвящена определению относительных вероятностей распадов р- и w-мезонов в псевдоскалярный мезон (7г°, rj) и е+е~-пару. Эта часть завершает цикл работ по изучению конверсионных распадов в экспериментах с детектором КМД-2 [17,18]. К сожалению, исследование конверсионных распадов р-и w-мезонов в каналах распада с д+/х~-парой в конечном состоянии представляет большую сложность из-за малой величины относительных вероятностей распадов и относительно небольшой статистики, а также присутствия сильного фона, происходящего от распада ш —» тх+ж~тт° и недостаточно точного разделения мюонов от пионов.

Работа содержит вступление, шесть глав и заключение. В первой главе о писан ускорительный комплекс, на котором проводился эксперимент, все основные системы детектора КМД-2, система сбора данных. Вторая глава посвящена реконструкции событий в торцевом калориметре детектора КМД-2. В третьей главе приведено описание процедуры калибровки торцевого калориметра космическими частицами в режиме offline. Четвёртая глава посвящена описанию критериев отбора событий 7Г°е+е~, анализу основных фоновых процессов, поправочных коэффициентов и других факторов, влияющих на результат для относительной вероятности распадов ш(р) —> 7г°е+е-. В пятой главе определяются относительные вероятности распадов в 7г°е+е-, их систематические и статистические ошибки, кроме того, в этой главе изучаются свойства переходного формфактора Fun(q2). В шестой главе производится анализ конверсионных распадов с конечным состоянием т]е+е~. Далее следует заключение, в котором кратко описаны основные результаты работы.

Заключение

Ниже приведены основные результаты представленной диссертационной работы.

1. Разработан и реализован в виде набора подпрограмм алгоритм реконструкции событий в торцевом калориметре детектора КМД-2. Код алгоритма интегрирован в общую программу реконструкции событий детектора КМД-2 и использовался при обработке и анализе статистики 'детектора. С помощью созданного алгоритма реконструкции получено высокое координатное и энергетическое разрешение торцевого калориметра.

2. Разработана методика калибровки торцевого калориметра по космическим частицам в режиме offline, который использует статистику экспериментальных событий. Созданы алгоритм выделения событий прохождения космических частиц и соответствующее программное обеспечение.

3. Модифицирован первичный генератор моделирования событий конверсионных распадов V —> Р1+1~. Данная модификация точно описывает угловые и энерге тические распределения рождаемых частиц. Кроме того, в модифицированном генераторе оптимизирован процесс генерации начальных частиц.

4. Используя статистику, набранную на детекторе КМД-2 вблизи энергии рождения а;-мезона, интегральная светимость которой составляет L = 3.3 пб-1, зарегистрировано около 230 событий распадов oj —» 7г°е+е~, на основе которых была определена относительная вероятность распада:

В(ы тг°е+е~) = (8.19 ± 0.71 ± 0.62) • 10~4.

Измерение этой величины было проведено в единственном эксперименте на нейтральном детекторе [16] в 1988 году. В этом эксперименте было зафиксировано 43 события распада ш тт°е+е~ и получена относительная вероятность распада В(ш -» 7г°е+е-) = (5.9 ± 1.9) • Ю-4. Результат данной работы согласуется с предыдущим экспериментальным измерением этой величины, но при т о ml 1 f

КМД-2, 2004

Теория: Ландсберг, 1995

Теория: Faessler, 1999

•• НД, 1988 m 4г 1980

Годы

Рис. 57: Сравнение полученного результата В(си —> 7г°е+е~) с предыдущим измерением и теоретическими предсказаниями. этом имеет почти вдвое лучшую экспериментальную точность, а также хорошо согласуется с различными теоретическими предсказаниями (см. Рис 57). Полная ошибка результата составляет около 12%. Основной вклад в систематическую ошибку даёт неточность определения эффективности восстановления близких треков, которая определяется из экспериментальных событий, и её точность ограничивается статистикой. Кроме того, существенный вклад в систематическую ошибку вносит вычитание фоновых событий. В настоящее время проводится анализ распада со —> 7г°е+е~ по статистике, набранной на детекторе СНД. Измеренная в данной работе относительная вероятность распада не противоречит предварительному результату, полученному на детекторе СНД В(ш 7г°е+е~) =(5.23±0.49±0.86)-10"4 [91], но отличается от него почти на 2 стандартных отклонения.

5. В работе исследован спектр инвариантных масс е+е~-пар в событиях распада и -» 7г°е+е~. Полученное значение наклона переходного формфактора b = 2.5±3.1 ГэВ-2 согласуется с ожидаемым значением в МВД 1.7 ГэВ~~2.

6. Используя вышеописанную статистику, впервые поставлены верхние пределы на относительные вероятности следующих конверсионных распадов векторных мезонов:

В{р -¥ 7г0е+е") < 1.6 • Ю-5 (90% у.д.),

В(р -> г}е+е~) < 0.7-10"5 (90% у.д.),

В(ш -> т?е+е") < 1.1 • Ю-5 (90% у.д.).

В заключение хотелось бы выразить глубокую признательность моему научному руководителю, Григорьеву Дмитрию Николаевичу, за постоянное внимание, помощь и поддержку, мудрое и терпеливое руководство, благодаря которому вообще эта работа и была осуществлена. Хотелось бы поблагодарить Эйдельмана Семёна Исааковича за обсуждение данной работы, всестороннее внимание. Критические замечания, идеи и полезные советы Бондаря Александра Евгеньевича внесли большой вклад в развитие данной работы. Я признателен заведующим нашей лабораторией Баркову Льву Митрофановичу и Хазину Борису Исааковичу, уделившим большое внимание этой работе, а также качеству и полноте изложения материала. Большой вклад в работу внесли Р.Р.Ахметшин, Д.Н.Горбачёв, И.БгЛогашенко, . Н.М.Рыскулов, Е.П.Солодов, Г.В.Федотович, Б.А.Шварц. Мне приятно было работать со своими коллегами по работе, молодыми сотрудниками нашей лаборатории, А.В.Брагиным, Ф.В.Игнатовым, С.В.Карповым, П.А.Лукиным, К.Ю.Михайловым, А.С.Поповым, А.И.Сибидановым и другими. Я благодарен всем участникам колла-борации детектора КМД-2 и ускорительного комплекса ВЭПП-2М, а также дирекции института за обеспечение и проведение эксперимента.

1. Л.Г.Ландсберг, Электромагнитные лептонные распады и структура лёгких векторных мезонов., УФН т.146, вып.2 (1985) 1.

2. P.J.O'Donnel, Radiative decays of mesons., Rev. Mod. Phys. 53 (1981) 673.

3. A.Bramon, A.Grau, G.Pancheri, Radiative vector meson decays in SU(3) broken effective chiral lagrangians., Phys. Lett. В 344 (1995) 240.

4. M.Benayoun, L.DelBuono, Ph.Leruste and H.B.O'Connell, An effective approach to VMD at one loop order and the departures from ideal mixing for vector mesons., Eur. Phys. J. С 17 (2000) 303.

5. В.А.Викторов, С.В.Головкин, Р.И.Джелядин и др., Исследование переходного электромагнитного формфактора в распаде и —> Письма в ЖЭТФ 33 (1981) 228 Phys. Lett. В 102 (1981) 296].

6. M.R.Jane, P.Grannis, B.D.Jones et al., A measurement of the electromagnetic form-factor of the 77 meson and of the branching ratio for the tj dalitz decay., Phys. Lett. В 59 (1975) 103 Erratum-ibid. В 73 (1978) 503].

7. J.P.Wessels, D.Adamova, G.Agakichiev et al., Latest results from CERES/NA45., Nucl. Phys. A 715 (2003) 262.

8. M.Harrison, T.Ludlam and S.Ozaki, RHIC project overview., Nucl. Instrum. Meth. A 499 (2003) 235.

9. E.V.Shuryak, Quark-gluon plasma and hadronic production of leptons, photons and psions., Phys. Lett. В 78 (1978) 150.

10. D.Adamova, G.Agakichiev, H.Appelshausser et al., Enhanced production of low-mass electron pairs in 40-A-GeV Pb Au collisions at the CERN SPS., Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 042301.

11. R.R.Akhmetshin, E.V.Anashkin, . , V.F.Kazanin et al., Study of conversion decays ф r]e+e~, Tj e+e~7 and 77 7г+л~е+е~ at CMD-2., Phys. Lett. В 501 (2001) 191.

12. R.R.Akhmetshin, E.V.Anashkin, . , V.F.Kazanin et al., Observation of the conversion decay ф -» 7г°е+е~" at CMD-2., Phys. Lett. В 503 (2001) 237.

13. M.N.Achasov, V.M.Aulchenko, K.I.Beloborodov et al., Study of conversion decays ф -» r]e+e~ and 77 -» 7e+e~ in the experiment with SND detector at the VEPP-2M collider., Phys. Lett. В 504 (2001) 275.

14. М.Н.Ачасов, К.И.Белобородое, А.В.Бердюгин и др., Измерение вероятности распада ф -> тг°е+е-., Письма в ЖЭТФ, 75 (2002) 539.

15. S.I.Eidelman, Conversion decays of vector mesons., Workshop on Physics and Detectors for DA<£NE, Frascati (1991) 451.

16. S.I.Dolinsky, V.P.Druzhinin, M.S.Dubrovin et al., Radiative decays of p and uj mesons., Z. Phys. С 42 (1989) 511.

17. В.М.Аульченко, Р.Р.Ахметшин, . , В.Ф.Казанин и др., Изучение распадов р- и w-мезонов в псевдоскалярный мезон и е+е~ пару с детектором КМД-2., Препринт ИЯФ 2004-72, Новосибирск, 2004.

18. R.R.Akhmetshin, V.M.Aulchenko, . , V.F.Kazanin et al., Study of the p and и meson conversion decays with the CMD-2 detector at the VEPP-2M collider., Int. J. Mod. Phys. A 20 (2005) 606.

19. Г.М.Тумайкин, Электрон-позитронный накопитель с высокой светимостью ВЭПП-2М., Труды 10-й международной конференции по ускорителям заряженных частиц, Протвино, т.1 (1977) 443.

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

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

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

23. E.V.Anashkin, V.M.Aulchenko,. ,D.N.Grigoriev et al., General Purpose Cryogenic Magnetic Detector CMD-2 for Experiments at the VEPP-2M Collider., ICFA Instrumentation Bulletin v.5 (1988) 18.

24. R.R.Akhmetshin, V.M.Aulchenko, . , V.F.Kazanin et al., Total cross section of the process e+e~ 7г+7г-7г+7г~" in the CM energy range 980-MeV 1380-MeV., Phys. Lett. В 595 (2004) 101.

25. R.R.Akhmetshin, E.V.Anashkin, . , V.F.Kazanin et al., Reanalysis of hadronic cross section measurements at CMD-2., Phys. Lett. В 578 (2004) 285.

26. Э.В.Анашкин, В.М.Аульченко.В.Ф.Казанин и др., Измерение сеченияпроцесса е+е~ -> К^К^ в области энергии 2Е=1.05 1.38 ГэВ с детектором КМД-2 на ВЭПП-2М., Ядерная Физика 65 (2002) 1255.

27. E.V.Anashkin, V.M.Aulchenko, S.E.Baru et al., A coordinate system of the CMD-2 detector., Nucl. Instrum. Meth. A 283 (1989) 752.

28. L.M.Barkov, V.S.Okhapkin, S.G.Pivovarov et al., The magnetic system of the CMD-2 detector., Proc. 5th International conference on Instrumentation for colliding beam physics., INP, Novosibirsk (1990) 480.

29. D.N.Grigoriev, R.R.Akhmetshin, P.M.Beschastnov et al., Performance of the BGO endcap calorimeter with phototriode readout for the CMD-2 detector., IEEE Trans. Nucl. Sci v.NS-42 (1995) 505.

30. V.M.Aulchenko, B.O.Baibusinov, A.E.Bondar et al., CMD-2 barrel calorimeter., Nucl. Instrum. Meth. A 336 (1993) 53.

31. V.M.Aulchenko, B.I.Khazin, E.P.Solodov and I.G.Snopkov, A Drift Chamber for the CMD-2 detector at VEPP-2M., Nucl. Instrum. Meth. A 252 (1986) 299.

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

33. 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.

34. E.V.Anashkin, V.M.Aulchenko, V.E.Fedorenko et al., Z chamber and the trigger of the CMD-2 detector., Nucl. Instrum. Meth. A 323 (1992) 178.

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

36. R.R.Akhmetshin, D.N.Grigorev, V.F.Kazanin et al., The BGO endcap calorimeter with phototriode readout for the CMD-2 detector., Nucl. Instrum. Meth. A 453 (2000) 249.

37. Y.V.Vasilev, Y.A.Borovlev, V.N.Shlegel et al., BGO crystals grown by a low thermal gradient Czochralski technique., Nucl. Instrum. Meth. A 379 (1996) 533.

38. Д.Н.Григорьев, Торцевой калориметр детектора КМД-2 на основе кристаллов ортогерманата висмута., Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Новосибирск, 1999.

39. Р.Р.Ахметшин, А.В.Брагин, . , В.Ф.Казанин и др., Торцевой калориметр детектора КМД-2., Препринт ИЯФ 2000-25, Новосибирск, 2000.

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

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

42. V.M.Aulchenko, S.E.Baru, G.A.Savinov et al., Electronics of new detectors of the INP for colliding beam experements., Proceedings of the International Simposium on Position Detectors in High Energy Physics, Dubna (1988) 371.

43. J.Engler, Perspectives in calorimetry., Nucl. Instrum. Meth. 235 (1985) 301.

44. S.Eidelman, K.G.Hayes, K.A.Olive et al., Review of Particle Physics. Particle Data Group., Phys. Lett. В 592 (2004).

45. P.M.Beschastnov, V.B.Golubev, E.A.Pyata et al., The results of vacuum phototri-odes tests., Nucl. Instrum. Meth. 342 (1994) 477.

46. R.M.Brown, W.M.Evans, G.N.P.Gee et al., An electromagnetic calorimeter for use in a strong magnetic field at LEP based on CEREN 25 leadglass and Vacuum Photo Triodes., IEEE Trans. Nucl. Sci (1985) v.NS-32 736.

47. I.Logashenko, A.Shamov, The software of the slow control system for the CMD-2 detector., Proc. Conf. Comp.in High Energy Physics CHEP-95, Rio-de-Janejro, Brasil, Sep. 18-22 (1995) 864.

48. И.Б.Логашенко, Система оперативного контроля детектора КМД-2., Диссертационная работа на соискание степени магистра, НГУ, Новосибирск, 1995.

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

50. Блоки, выполненные в стандарте КАМАК. Информационный материал., Новосибирск, 1985.

51. R.Brun and J.ZolI, ZEBRA User Guide, CERN program library entry QI00, CERN, Switzerland.

52. Н.М.Рыскулов, Привязка к треку систем в КМД-2., Меморандум КМД-2, 1997.

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

54. А.С.Кузьмин, Изучение процесса е+е~ -> 37г в области энергий ф мезона с детектором КМД-2., Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук, Новосибирск, 1998.

55. R.R.Akhmetshin, D.N.Grigoriev, V.F.Kazanin et al., Testing and calibration of the BGO endcap calorimeter with phototriode readout for the CMD-2 detector., Nucl. Instrum. Meth. A 379 (1996) 509.

56. J.Shiers, HEPDB — Database Management Package, CERN Program Library Long Writeups Q180, CERN Geneva, Switzerland.

57. И.В.Башкиров, База данных калибровок детектора КМД-2., Квалификационная работа на соискание звания магистра, НГУ, Новосибирск, 1997.

58. Л.Д.Ландау, Собрание трудов., под ред. Е.М.Лифщица, Москва, Наука, 1969.

59. M.G.Bekishev, V.N.Ivanchenko, A method of electromagnetic shower identification and measuring of its position., Nucl. Instrum. Meth. A 361 (1995) 138.

60. А.В.Кулик, А.А.Леднев, С.А.Садовский и др., Определение энергий и координат 7-квантов в годоскопическом черенковском спектрометре ГАМС-2000., Препринт ИФВЭ 85-17, Серпухов, 1985.

61. А.Н.Васильев, Ю.А.Матуленко, С.Б.Нурушев и В.Л.Соловьянов, Реконструкция 7-квантов на установке ПРОЗА., Препринт ИФВЭ 82-29, Серпухов, 1982.

62. В.Ф.Казанин, Программа реконструкции торцевого калориметра детектора КМД-2., Квалификационная работа на соискание звания магистра, НГУ, Новосибирск, 1997.

63. O.Couet, PAW — Physics Analysis Workstation, CERN Program Library entry Q121, CERN Geneva, Switzerland.

64. W.T.Eadie, D.Dryard, F.E.James, M.Roos and B.Sadoulet, Statistical methods in experimental physics., London, 1971.

65. E.Longo and I.Sestili, Nucl. Instrum. Meth. 128 (1975) 235.

66. А.И.Шехтман, Координатное разрешение торцевого калориметра., Меморандум КМД-2, 1997.

67. В.М.Аульченко, Б.О.Байбусинов, А.Е.Бондарь и др., Электроника калориметра КМД-2., Препринт ИЯФ, 92-28, Новосибирск, 1992.

68. Ю.В.Юдин, Д.Н.Григорьев, А.А.Рубан и др., Электроника торцевого калориметра детектора КМД-2., Препринт ИЯФ, 99-75, Новосибирск, 1999.

69. А.О.Вайнсберг, Мю-мезон., Москва, Издательство "Наука", 1964.

70. J.A.Bakken, L.Barone, J.J.Blaising et al., High energy muons and the calibration of the L3 electromagnetic calorimeter., Nucl. Instrum. Meth. A 275 (1989) 81.

71. И.М.Соболь, Метод Монте-Карло, Популярные лекции по математике, выпуск 46, М.: Наука, 1968.

72. Э.В.Анашкин, А.Е.Бондарь, . , В.Ф.Казанин и др., Моделирование детектора КМД-2., Препринт ИЯФ, 99-1, Новосибирск, 1999.

73. R.Brun, GEANT detector description and simulation tool., CERN Program Library Long Writeups Q123, CERN Geneva, Switzerland.

74. В.Н.Иванченко, Нейтральные радиационные распады лёгких векторных мезонов., Диссертация на соискание учёной степени доктора физико-математических наук, Институт ядерной физики им. Будкера СО РАН, Новосибирск, 1997.

75. Н.И.Габышев, Изучение конверсионных распадов в области энергий ф-ыезона на детекторе КМД-2., Диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук, Институт ядерной физики им. Будкера СО РАН, Новосибирск, 2000.

76. R.R.Akhmetshin, E.V.Anashkin, . , V.F.Kazanin et. al. Cross section of the reaction e+e" тг+я-тг+тг- below 1 GeV at CMD-2., Phys. Lett. В 475 (2000) 190.

77. Д.Худсон, Статистика для физиков., М.: Мир, 1967.

78. M.J.Berger, J.H.Hubbell, S.M.Seltzer et al., XCOM: Photon Cross Sections Database.http://physics.nist.gov/PhysRefData/Xcom/Text/XCOM.html

79. Э.Д.Кураев и В.С.Фадин, О радиационных поправках к сечению однофотонной аннигиляции е+е~-пары большой энергии., ЯФ, т. 41, вып. 3 (1985) 733.

80. A.B.Arbuzov, V.A.Astakhov, A.V.Fedorov et al., Radiative corrections for pion and kaon production at e+e~ colliders of energies below 2 GEV., JHEP 10 (1997) 6.

81. А.А.Коломенский, А.Н.Лебедев, Теория циклических ускорителей., М., Физ-матгиз, 1962.

82. R.R.Akhmetshin, G.A.Aksenov, E.V.Anashkin et al., Study of dynamics of ф -> 7Г+7Г-7Г0 decay with CMD-2 detector., Phys. Lett. В 434 (1998) 426.

83. Диссертация на соискание учёной степени кандидата физико-математических наук, Институт ядерной физики им. Будкера СО РАН, Новосибирск, 2003.

84. Н.Н.Ачасов, Н.М.Буднев, А.А.Кожевников и Г.Н.Шестаков, Электромагнитное р-и) смешивание как инструмент исследования реакции е+е~ —> Vn — Ядерная физика, т.23, вып.З (1976) 610.

85. R.R.Akhmetshin, E.V.Anashkin, . , V.F.Kazanin et al., Reanalysis of hadronic cross section measurements at CMD-2., Phys. Lett. В 578 (2004) 285.

86. G.J.Feldman and R.D.Cousins, A unified approach to the classical statistical analysis of small signals., Phys. Rev. D 57 (1998) 3873.

87. R.R.Akhmetshin, E.V.Anashkin, M.Arpagaus et al., Recent results from CMD-2 detector at VEPP-2M., Preprint Budker INP 99-51, Novosibirsk, 1999.

88. А.С.Зайцев, Основные свойства распределения "Гиперболический гаусс"., Меморандум КМД-2 Math-01, Новосибирск, 2001.

89. R.R.Akhmetshin, E.V.Anashkin, . , V.F.Kazanin et al., Study of the process e+e~ Tjj in c.m. energy range 680 1380 MeV at CMD-2., Phys. Lett. В 509 (2001) 217.

90. В.М.Аульченко, М.Н.Ачасов, К.И.Белобородое и др., Анализ данных СНД состояние дел и предварительные результаты., Препринт ИЯФ, 2004-53, Новосибирск, 2004.