Изучение ηη-системы в π-ρ- и K-ρ-реакциях на модернизированной установке ГАМС-4π тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

и

ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

в ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

э

НЕР

На правах рукописи 2008-19

Колосов Владимир Николаевич

ИЗУЧЕНИЕ 7777-СИСТЕМЫ В 7Г~р- И Х~р-РЕАКЦИЯХ НА МОДЕРНИЗИРОВАННОЙ УСТАНОВКЕ

ГАМС-4тг

01.04.23 - физика высоких энергий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

1 3 но.^з

Протвино 2008

003452513

М-24

УДК 539.121.4

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

Научный руководитель - доктор физико-математических наук C.B. Донсков.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

A.К Лиходед (ОТФ, ИФВЭ), доктор физико-математических наук

B.В. Куликов (ИТЭФ, Москва).

Ведущая организация - Институт ядерных исследований РАН (Москва).

Защита диссертации состоится "_" _ 2008 г.

в_часов на заседании диссертационного совета Д 201.004 01

при Институте физики высоких энергий по адресу: 142281, Протвино Московской обл.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФВЭ.

Автореферат разослан "_" _ 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 201.004.01 Ю.Г. Рябов

© Государственный научный центр Российской Федерации Институт физики высоких энергий, 2008

Общая характеристика работы

Актуальность темы

В конце 80-х годов была проведена существенная модернизация установки ГАМС. Модернизированная установка получила название ГАМС-47Г. Рекордная статистика, набранная на установке ГАМС-47Т в период с 1991 по 2002 год, вместе с новым качеством данных явилась основанием для обращения к уже исследованным нейтральным системам. В диссертации представлены данные, полученные при изучении системы из двух г;-мезонов. Система щ изучалась в нескольких экспериментах с целью поиска экзотических состояний. Интерес к этой системе был вызван тем, что, согласно теоретическим представлениям, глюонные состояния имеют интенсивную моду распада в щ. Наличие только четных волн в системе г/ту заметно упрощает процедуру парциально-волнового анализа (ПВА).

Более 25 лет назад в результате изучения г/г/-системы в зарядово-обменной 7г-р-реакции был обнаружен кандидат в скалярные глю-болы - (7//о(1590)-мезон Наблюдение С-мезона в 7777-системе в реакции центрального образования подтвердило гипотезу о том, что это состояние может иметь существенную глюонную составляющую. Позднее это состояние, обозначенное как /о(1500)-мезон, было обнаружено и в других реакциях (/^-аннигиляция, радиационные распады J/'ф)l в которых ожидалось усиленное образование мезонов,

обогащенных глюонами. Все это позволяет считать /о(1500) серьезным кандидатом в глюболы.

Еще одно состояние в системе туту, которое, вероятно, также имеет экзотическую природу, - /о(1710)-мезон Этот резонанс наблюдался во многих экспериментах, но его спин долгое время оставался неопределенным (рассматривалось два возможных значения 7 = 0 и 2). Наблюдение /о(1710) как скалярного состояния в радиационных распадах ./ДА, а также данные эксперимента \VA102 для тг+7Г_- и К+К "-систем однозначно позволили установить скалярную природу /,/(1710)-мезона. Впервые наблюдение /7(1710) в туту-системе и определение его спина J = 0 было заявлено экспериментом \VA102. Наличие двух узких скалярных состояний, параметры которых согласуются с вычислениями на решетках для массы глюбола в области 1 6 ГэВ, требует дальнейшего изучения туту-системы.

Тензорный сектор также вызывает интерес. В туту-системе в центральном рождении был обнаружен /2(2175)-мезон - кандидат в тензорные глюболы. Согласно вычислениям на "решетках" масса самого легкого тензорного глюбола должна находиться в районе 2200-2300 МэВ. Другое состояние /2(1810), наблюдаемое в одном из решений ПВА в туту-системе, можно ассоциировать с сигналом, видимым в 47г°-системе в зарядово-обменной реакции и в реакции центрального рождения.

Еще одним важным направлением в мезонной спектроскопии является изучение состояний с высокими спинами. До настоящего времени не существовало экспериментальной информации об туту-системе в области больших масс. Изучение этой области является одной из приоритетных задач.

Рекордная статистика позволила продвинуться в совершенно новую область: изучение системы из двух ту-мезонов, образующейся в /Г-пучке. Ранее эта реакция не изучалась. Оба ту-мезона регистрировались в моде распада на два 7-кванта. Как мы уже отмечали, интерес к туту-системе вызван тем, что экзотические, прежде всего глюон-ные состояния, могут иметь интенсивную моду распада по этому каналу. Получение данных в реакциях с каонами может оказаться весьма перспективным для изучения природы образующихся резонансов.

Целью диссертационной работы является:

- модернизация центральной части установки ГАМС-47Г добавлением электромагнитного детектора под малыми углами SAD (Small Angle Detector), на основе кристаллов вольфрамата свинца (PWO), изучение характеристик кристаллического детектора;

- исследование на модернизированной установке образования щ-системы в 7т~р реакции

7Г~р -> М°п

Ц- щ 47 (1)

на качественно более высоком, чем в предыдущих работах, уровне точности;

- пионерское, благодаря рекордной статистике эксперимента, исследование образования r¡T]- системы в Я"_-пучке в реакции

К~р М°(А/Е°)

L> Г}Г) 47. (2)

Научная новизна диссертации. Впервые в составе физической установки был использован многоячеистый калориметр из кристаллов PWO. Высокая статистическая обеспеченность эксперимента позволила на новом уровне провести парциалыю-волновой анализ системы 7777, образующейся в зарядовообменной реакции в тг~-пучке, измерить сечения резонансов. В ¿"-волне в районе G(1590)-мезона удалось разделить два частично перекрывающихся состояния: /о(1500) и /о(1710). В J-волне обнаружено широкое состояние с массой 3150 ±150 МэВ и шириной 700 ±150 МэВ. В К~-пучке образование ^-системы было изучено впервые. В спектре эффективных масс 7777-системы наблюдается /2(1525)-резонанс при низком уровне фона. Определено отношение вероятностей распада /2(1525)-мезона на т]т] и КК : R = 0.119 ± 0.015(síaí) ± 0.036(syst), что согласуется с табличным значением этой величины. Эти данные представляются существенным дополнением к уже накопленной информации по распадам /2(1525)-мезона.

3

V

Практическая ценность работы. Создан и исследован кристаллический PWO-калориметр SAD для регистрации фотонов под малыми углами, расширяющий возможности установки ГАМС-47Г. Результаты самых первых спектрометрических испытаний в пучке PWO-спектрометра продемонстрировали высокие качества, которые необходимы для проведения экспериментов в физике высоких энергий в условиях большой светимости, как на выведенных пучках, так и на коллайдерах. Создан комплекс программ для калибровки, физического контроля и анализа данных, полученных в эксперименте. Показана перспективность изучения состояний, образующихся в Л'-пучке с образованием 7Г°- и ту-мезонов.

На защиту выносятся'

1. Результаты по измерению характеристик детектора из кристаллов PWO в условиях реального эксперимента.

2. Результаты по изучению системы 7777-мезонов, образующихся в зарядово-обменной 7г~р-реакции при импульсе 32.5 ГэВ/с.

3. Результаты по изучению системы т^-мезонов, образующихся в зарядово-обменной К~р-реакции при импульсе 32.5 ГэВ/с.

Основные публикации и апробация работы. По результатам выполненных исследований были опубликованы работы [1,2,3,4], выполненные автором в 1996-2006 гг. Работы опубликованы в виде статей в журналах "Приборы и техника эксперимента", "Ядерная Физика", препринтов ИФВЭ и КЕК, доложены на сессии Академии Наук, научных семинарах ИФВЭ и на международной конференции HADRON (Протвино 2001).

Апробация диссертации прошла в ГНЦ ИФВЭ 15 мая 2007 г.

Структура диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, включает 21 рисунок и 3 таблицы, содержит список цитируемой литературы из 46 наименований.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, сформулированы цели работы, показаны научная новизна проведенных исследований и их практическая ценность, а также описана структура диссертации

В первой главе дано описание установки ГАМС-4я\ Расположение аппаратуры установки схематично представлено на рис. 1.

Рис 1. Экспериментальная установка ГАМС-47Т. Рисунок из работы [3].

Основными элементами являются многофотонный спектрометр ГАМС-2000, широкоапертурный детектор фотонов ШАД, охранная система и адронный калориметр ГДА-100. Благодаря наличию ШАД, установка ГАМС-47Г позволяет одновременно сочетать высокую эффективность регистрации низкоэнергетичных 7 -квантов, вылетающих под большими углами, с хорошим разделением фотонов и высоким разрешением по эффективной массе двух 7 -квантов в прямом направлении. Это достигается благодаря относительно большому (6.8 метров) расстоянию от водородной мишени до спектрометра ГАМС-2000. Центральная часть спектрометра ГАМС дополнена 8x8 матрицей кристаллов Р\¥0 с размером ячейки 19x19x200 мм3.

ШАД представляет собой проекционный электромагнитный калориметр типа сандвич свинец-сцинтиллятор. Детектор имеет рабочую площадь 248x248 см2 с центральным отверстием 36x36 см2 и перекрывает углы от 0.150 до 1 радиана. Суммарная радиационная длина ШАД равна 12.5 Хо- Энергетическое разрешение составляет 13%/л/Ё(ГэВ). Расстояние между мишенью и передней плоскостью ШАД незначительно варьировалось для различных сеансов набора статистики и составляло около 1.2 м. Все частицы, прошедшие через центральное отверстие ШАД, регистрировались в спектрометре ГАМС. Жидководородная мишень ЖВМ была окружена сцинтил-ляцнонной охранной системой и охранной системой из свинцового стекла, которые регистрировали заряженные частицы и 7 -кванты, вылетающие из мишени под большими углами. Спектрометр ГАМС-Атт обладает высокой эффективностью регистрации реакции (1) в области масс 7777-системы вплоть до 4.5 ГэВ Центральная часть детектора ГАМС размером 4x4 ячеек была заменена вставкой из 60 кристаллов PWO. Поперечный размер кристалла вдвое меньше размера стекла и равен 19 мм. Пространственное разрешение двух близких ливней, попавших в центральную зону, улучшается в два раза. Существенным является также радиационная стойкость кристаллов, расположенных в наиболее загруженной части калориметра.

Модернизации центральной части детектора ГАМС предшествовали испытания прототипов калориметра из кристаллов PWO в реальных условиях эксперимента в составе спектрометра ГАМС-47Г. Первые измерения PWO-калориметра как спектрометра по эффективной массе [1] были проведены в марте 1996 г. на 70 ГэВ ускорителе ИФВЭ в пучках отрицательных пионов с импульсом 32.5 ГэВ/с и электронов с импульсом 9.3 ГэВ/с. SAD-60 представляет собой матрицу (9 х 7) из кристаллов PWO; центральная ячейка матрицы удалена, чтобы пропустить пучок. Ячейки имеют форму шестигранных прямоугольных призм с расстоянием между противолежащими боковыми гранями 24 мм и длиной от 19-Хо до 26Xq (в этих кристаллах Хо = 8.8 мм, они по плотности превосходят железо). При длине поглощения сцинтилляционного света Л = 1 м указанный интервал длин ячеек PWO-калориметра является оптимальным для

диапазона энергий регистрируемых фотонов.

Значения пьедесталов записывались в течение цикла ускорителя как во время сброса пучка, так и вне его. Это дало возможность при последующей обработке оцепить эффекты наложения перекрывающихся во времени сигналов в ячейках калориметра. Приведено подробное описание процедуры калибровки. Особое внимание было уделено изучению временной стабильности калориметра. Исследовалось влияние медленной компоненты высвечивания кристаллов на загрузочные характеристики детектора.

Часть охранных счетчиков ГАМС, окружавших 5-сантиметровую мишень из полистирола, была включена в триггер, выделявший нейтральные мезонные состояния, образованные в зарядовообменной реакции

7Г~р М°п.

Ц ку. (3)

Для подавления регистрации фотонов, вылетающих из мишени вне угловой апертуры калориметра БАБ-бО (15 мрад), использовались счетчики типа сандвич. Пятно пионного пучка 4 см) существенно превосходило центральное отверстие в ЭАБ-бО, и значительная часть пучка попадала в ячейки Р\\Ю, расположенные вокруг отверстия. При максимальной интенсивности пучка (4 * 1067г~/сек) загрузка этих ячеек превышала 1067Г~/сек. Для дальнейшего анализа были отобраны события, содержащие два или более 7-ливня с суммарной энергией в интервале 3 ГэВ вблизи энергии, соответствующей энергии пучка. С учетом кинематики реакции и значительного эффекта загрузки порог для 7-квантов был выбран равным 2 ГэВ. Отбирались события, в которых величина утечки энергии за пределы калориметра была небольшой. Для этого требовалось, чтобы расстояние от восстановленного 7-кванта до границы калориметра было больше 18 мм.

Разрешение по массе 7г°-мезона получено при этом равным им = 5.0 МэВ, ам/М = 3.7%. Такое же разрешение было получено и без отбора событий в той части экспозиции, где интенсивность пучка была снижена до 1.4* 106тг-/се к. В этом случае вклад эффекта

наложения событий также мал. При максимальной интенсивности пучка (4 * 1067г_/сек) и без отбора событий (при этом загрузка пучком нескольких ячеек PWO, расположенных вокруг центрального отверстия, превышала 1067г~/с) 7г°-пик расширяется на 10% из-за эффекта наложения событий: <тм = 5.5 МэВ, &м/М = 4.1%.

Вклад случайного наложения ливней от соседних по времени событий в разрешение по массе мы оцениваем » 1%. При высокой интенсивности пучка этот вклад возрастает до ^^ 3%. Необходим также учет и других факторов, дающих вклад в разрешение по массе спектрометра: точность калибровки, вариации выхода сцинтилляци-онного света в кристаллах PWO при изменении температуры, дрейф усиления фотоумножителей, как долговременный, так и во время сброса пучка ускорителя. Измеренное разрешение PWO-калориметра по массе соответствует проведенным ранее измерениям на электронных пучках и результатам моделирования при помощи программы GEANT. Использование для калибровки распада тг° 2j помогало корректировать изменение световыхода кристаллов PWO, дрейф фотоумножителей и электроники во время процесса измерений и позволило с высокой точностью определить в реальном времени калибровочные коэффициенты. Ожидавшиеся высокие эксплуатационные характеристики многоячеистых PWO-калориметров были подтверждены в результате самых первых испытаний в условиях реального физического эксперимента на ускорителе. Одновременно эти измерения выявили некоторые проблемы (медленная компонента) и позволили наметить пути их устранения.

На основе опыта, полученного при испытаниях прототипа SAD-60 на установке, был собран и испытан полномасштабный детектор из кристаллов PWO SAD-150 [2] В новой технологии интенсивность медленной компоненты кристаллов была уменьшена на порядок величины. На рис. 2а показан спектр эффективных масс 7-пар, измеренный PWO-калориметром при расстоянии от мишени L =3.8 м и при низкой интенсивности пучка Разрешение по эффективной массе 77-мезона составляет при этом 2.9%. При высокой интенсивности разрешение ухудшается на 7% (рис. 2Ь). Этот эффект объясняется неоднородной структурой детектора: на периферии, куда

в основном попадают 7-кванты от распада 77-мезонов, расположены медленные кристаллы. Проведенные измерения доказали перспективность использования Р \¥ О - ка л о р и м етр о в как прецизионных масс-спектрометров частиц, распадающихся на фотоны.

300 -

ь)

Мь [МеУ]

Рис. 2. Спектр эффективных масс 7-пар, измеренный Р\\Ю-калориметром при расстоянии от мишени Ь =3.8 м. Рисунок из работы [2]

Во второй главе представлено изучение системы ^-мезонов, образующихся в реакции (1). Процесс изучался при импульсе 32.5 ГэВ/с, при этом оба т/-мезона регистрировались по моде распада на два фотона. Экспериментальные данные были набраны в течение пяти сеансов работы ускорителя. Суммарный поток 7г~-мезонов, пропущенных через мишень установки, составил ~1.1х1012 частиц. Чув-

ствительность представленных измерений составила ~1.5 пбн-1. Для выделения реакции (1) из реконструированных событий с четырьмя 7 -квантами в конечном состоянии были применены следующие критерии отбора:

- суммарная энергия четырех фотонов лежит в интервале 28.5 - 35.5 ГэВ;

- энергия фотона в ГАМС превышает 0.6 ГэВ, а в ШАД -0.15 ГэВ;

- два фотона, попавшие в ГАМС, рассматриваются как один, если эффективная масса этой пары менее 25 МэВ, а расстояние между фотонами меньше 35 мм;

- расстояние между осью пучка и точкой попадания любого фотона в детектор превышает 30 мм;

- инвариантная масса 7-пары, идентифицированной как г/, лежит в интервале 480 < тп77 < 620 МэВ;

- уровень достоверности 2С-фита (фиксировались массы двух 77-мезонов) составляет 92%.

Для подавления фона от более интенсивных 7г°7г°- и 7г°гу-каналов реакции отбрасывались события, если хотя бы в одной из комбинаций:

- инвариантная масса любой 7-пары < 200 МэВ;

- инвариантная масса обеих 7-пар < 260 МэВ;

- инвариантная масса одной 7-пары < 260 МэВ, а другая лежит в интервале 420-680 МэВ.

Эффективность и разрешение установки определялись методом Монте-Карло, при этом учитывались геометрия спектрометра, разрешение детекторов, а также процедуры отбора и кинематического анализа событий. Эффективность была представлена в виде разложения по сферическим функциям

е(Поз,Мщ,г) = ^1ш(Мт,1)Ке {У^(Лса)} , (4)

1,т

где Пел = [соб ) <£ту] ~ пространственный угол в системе Готтфрида-Джексона.

Эффективность плавно изменяется в зависимости от эффективной массы 7777-системы вплоть до 4.5 ГэВ. Разрешение установки по массе составляло 17 МэВ при массе 7777 1.5 ГэВ, 35 МэВ - при 2 ГэВ, около 80 МэВ - при 3 ГэВ и около 160 МэВ при 4 ГэВ.

Угловые распределения 77-мезонов в системе Готтфрида-Джексона могут быть выражены в виде разложения по сферическим гармоникам У?1

таз) = £ ь=о

2

! ; (5)

М=1

+ 2 £ {№си)}

В диссертации показаны наиболее значимые коэффициенты разложения ряда (5), далее, для краткости "моменты". Эти моменты в предположении спиновой когерентности могут быть выражены в терминах парциальных амплитуд. Все моменты с М > 2 не имеют значимых отклонений от нуля, это позволяет допустить, что влиянием волн с |ш| > 2 при анализе изучаемой области масс 7777-системы можно пренебречь. Кроме этого, моменты с М = 2 также значимо не отличаются от нуля. Заметим в этой связи, что указанные моменты выражаются через 0+-, С+-волны в виде ли-

нейных комбинаций: - 0%), (С2 - С2+) и (£>_<?_ + 1Э+С+), -это указывает на примерное равенство и С--,Сг+-амгш итуд

в изучаемой реакции. Для волн высших порядков эта особенность также имеет место. Такое поведение хорошо согласуется с моделью Окса-Вагнера.

Моменты с М = 0 на порядок величины больше соответствующих моментов с М = 1, что указывает на доминирующую роль волн с т = 0. При этом наблюдение слабых £)_- и С?_-амплитуд возможно в интерференции с относительно более интенсивными 5- и Ио-волнами. Другая ситуация имеет место с и Оамплитуд ам и, которые входят в выражения для моментов (5) в виде квадратов или произведений друг с другом и, следовательно, их вклад сильно подавлен. Таким образом, малая величина моментов с М = 2 в случае, если -О--, С?+-волны велики, может быть, когда £>_-,

и (?_-, С+-амшштуды равны друг другу. Другая возможность - это просто малые величины амплитуд .О--, £)+-, б--, С+-волн. Как

будет показано в дальнейшем, предпочтительным является второй сценарий. Отметим, наконец, ненулевые значения момента ¿50 для масс больше 2.5 ГэВ, что указывает на проявление волн со спином 6 и выше в этом интервале масс.

Процедура масс-независимого ПВА в модели спиновой когерентности подробно описана в литературе. Для подгонки угловых распределений в каждом массовом интервале используется метод максимума правдоподобия, который сводится к минимизации функционала в терминах парциальных амплитуд

^-¿ьдад + Е«', (6)

г=1 Ь,М

где ./V— число событий в выбранном массовом бине, — моменты в разложении эффективности регистрации, а £¿5 — моменты угловых распределений, выраженные через парциальные волны.

Для анализа данных в диапазоне до 1.7 ГэВ ширина бина была выбрана равной 20 МэВ. В этой области масс существенны только волны с J =0 и 2. Таким образом, рассматривались волны 5, О- и .0+. Два возможных решения представлены на рис. 3. Мы рассматриваем второе решение как нефизическое из-за большой интенсивности .О-волны на пороге реакции. В физическом решении вклад волн с т = 0 всюду существенно больше, чем вклад волн с |т| = 1. Другой характерной особенностью данных является фазовая когерентность и Л_-волн (в наших обозначениях разность фаз для этих волн равна ж). Эта особенность уже отмечалась в предыдущих экспериментах по изучению роледения щ и К К в зарядово-обменных реакциях, она находится в хорошем соответствии с предсказаниями модели Окса-Вагнера. В области масс до 1.7 ГэВ вклад от С-волны пренебрежимо мал, вследствие чего выбранное решение является однозначным. На самой последней стадии анализа амплитуда Со-волны до 1.7 ГэВ фиксировалась из полученного масс-зависимого решения. Для ПВА в интервале масс щ -системы от 1.7 до 2.5 ГэВ ширина бина была выбрана равной 40 МэВ. Вклад волн с «7 > 4 заметен в моментах ^ и Анализ показал, что

РЕШЕНИЕ 1

ЛГ/ 20, хЮ2

20 10

0

РАД

МэВ"1

Л

| I

+—

",Ф5 - Фв0' ( I

(

-•'•*" - > 5

10

|Д>

ГГ1"

н—|—I-

\о+\2

Фд0 - Фо-

10 -

РЕШЕНИЕ 2

Ж

Л.

.20

-10 -

№

№

\

Ч | ,4'Ь. £>_|2 '

О -1——ь

- 5

ГФ5 - Фд0

О

"5.5

I I

Фа, -

2 -

1

1 15 1911 15 191

Щщ),

•

1 15 19 11 15 19

ГэВ

Рис. 3. Результаты масс-независимого ПВА т/гу-системы при <

0.2 (ГэВ/с)2 в массовом интервале 1.1 — 1.7 ГэВ с учетом 5-, £>0-, -0+-, £>_-волн Показаны два возможных решения. Второе решение рассматривается как нефизическое. Рисунок из работы [3]

вкладом высших волн в этом интервале можно пренебречь. На начальном этапе ПВА учитывались только <!?-, Г>о- и бо-волны (что соответствует 3 = 0,2,4 с т = 0). В этой упрощенной модели ПВА число нетривиальных решений равно двум. На следующем этапе к полученным решениям были добавлены волны с \т\ = 1, а именно И-, и С+, и анализ был проведен повторно В результате были найдены решения с малым вкладом £>_-, и (?_-, С+-волн

И поскольку моменты с М — 0 везде существенно больше моментов с М = 1, только эти решения рассматривались в дальнейшем анализе. Таким образом, в каждом интервале было найдено два различных решения.

Одно из двух возможных решений представлено на рис. 4.

И/20, МэВ-1 х102

РАД

2.5

+ -V* 1 1 ФА, 1 1

2 -4 \ -

0 ♦ 1 , —Г-^Л ++ ^

2.5 1 1 Фс„

0

-2.5 1 , 1 1

2.5 1 1 -Фсо 1 1

0 + + +-» +

-2.5 - 1 1

1.5

Щщ), ГэВ

Рис 4. Первое решение (предпочтительное) масс-независимого ПВА щ-системы при —I <0.2 (ГэВ/с)2 в массовом интервале 1.1 — 2.5 ГэВ с учетом всех волн до спина 4 включительно. Волны с проекциями + и — не показаны как несущественные. Сплошные линии - результат масс-зависимого ПВА. Рисунок из работы [3].

В ¿"-волне наблюдаются три относительно широких пика при 1.3, 1.6 и 2.2 ГэВ. В спектре ¿'-волны заметна узкая структура, соответствующая /о(1500)-мезону. В предыдущих экспериментах сотрудничества ГАМС наблюдался только один пик в районе 1.6 ГэВ

(С(1590)-мезон). Параметры этого резонанса отличались от параметров скалярного резонанса, наблюдаемого в других экспериментах. В настоящем эксперименте была получена на порядок большая статистика, что позволило разделить сигнал в районе С(1590) на два резонанса /о(1500) и /о(1710). Этот результат согласуется с данными эксперимента \VA102, в котором в тг+тг~- и К+К~-каналах наблюдался сигнал от скалярного /о(1710)-мезона. Отметим также пик в районе 2.2 ГэВ, который наблюдается только в этом решении. В .Оо-волне видны три пика в районе 1.4, 1.9 и 2.4 ГэВ. Наконец, в (?о-волне виден сигнал от /,1(2050)-мезона. Все вместе это позволяет предпочтительно интерпретировать данное решение как физическое.

В области масс выше 2.5 ГэВ с помощью аналогичной процедуры были найдены два решения Ширина массового бина была выбрана равной 80 МэВ. Поскольку момент с Ь = 10 показывает присутствие соостояний с высшими спинами, в фит были добавлены амплитуды для спина 6 Резкое изменение параметра наклона ¿-зависимости в районе 3 ГэВ указывает на возможный вклад волн с обменом натуральной спин-четностью. Число нетривиальных решений в этом случае только для амплитуд с ненатуральной спин-четностыо возрастает до 32. В упрощенном варианте анализа нами были найдены только два решения, соответствующие двум решениям из области до 2.5 ГэВ. В найденных решениях в /-волне на рис 5 виден широкий пик в районе 3 ГэВ.

Для определения параметров резонансов, образующихся в щ -системе, поправленные на эффективность экспериментальные моменты фитировались моментами, вычисленными на основе модели ПВА. Выражение для /т-парциальной амплитуды

где А^—число резонансов в каждой парциальной волне, о^, — амплитуда и фаза резонанса к, В'\¥/с —релятивистские амплитуды Брейта-Вигнера с барьерными факторами Блатта-Вайскопфа Ранее для описания относительно узкого пика в I?-волне в районе 1.4 ГэВ использовались два близких резонанса /2 (1270) и /2(1525). В нашем

1

фите параметры этих резонансов были зафиксированы согласно их табличным значениям. Для /2(1270) мы полагали, что 7Г7Г насыщает его полную ширину.

Рис. 5. 7о-волна, полученная в результате масс-независимого ПВА щ-системы при —í <0 2 (ГэВ/с)2 в массовом интервале 2.4 — 3 0 ГэВ. Показан результат для двух масс-независимых решений. Сплошные линии - результат масс-зависимого ПВА для двух различных решений. Небольшое расхождение результатов масс-независимого и масс-зависимого ПВА в области масс 3.4 ГэВ и выше связано, вероятно, с влиянием спина 8. Рисунок из работы [3].

Результаты масс-зависимого ПВА представлены в виде таблиц для двух найденных решений. Обсуждаются параметры резонансов и приводятся аргументы в пользу одного из решений. Положение резонанса М = (1495 ± 15) МэВ хорошо согласуется с табличным значением для /о(1500)-мезона, однако полученное значение для его ширины Г = (90 ± 20) МэВ несколько меньше табличного.

Пик в ¿'-волне в районе 1.7 ГэВ мы интерпретируем как /о(1710)-мезон. Для его массы и ширины получены следующие значения:

М = (1680 ± 20) МэВ и Г = (260 ± 50) МэВ.

Резонанс /о (2200) виден только в физическом решении. Следует отметить, что это состояние проявляется лишь при учете в анализе G-волны. В обоих решениях ПВА наблюдается также и широкое состояние со спином 6. Для его массы и ширины получены следующие оценки:

М = (3150 ± 150) МэВ и Г = (700 ± 150) МэВ.

Наконец, используя измеренное при 38 ГэВ/с сечение образования в зарядово-обменной реакции /2(1270)-мезона равное (2.6 ± 0 2) мкбн и после поправки на его зависимость от энергии, для относительной ширины распада /2(1270) —У щ было получено значение

BR(/2(1270) щ) = (2.7 ± 0.7) х Ю-3,

что согласуется с табличным значением для этой величины и свидетельствует в целом о согласованности данных настоящего эксперимента с предыдущими.

В целом, нам удалось достичь приемлемого качества описания данных с помощью ограниченного набора резонансов, проявляющихся в физическом, с нашей точки зрения, решении ПВА. Вместе с тем, очевидны и ограничения данного метода. Во-первых, при анализе не принимались во внимание другие процессы образования и распада резонансов. Во-вторых, хорошо известно, что параметризация амплитуды в форме Брейта-Вигнера хорошо работает вдали от порогов реакций и в отсутствии сильного перекрытия резонансов. Напротив, для щ -системы в реакции (1) характерно наличие многих перекрывающихся резонансов в каждой парциальной волне, при этом два весьма важных резонанса, /о(1370) и /2(1270), образуются вблизи порога. Поэтому мы рассматриваем полученные результаты как неплохую отправную точку для совместного анализа, который до 1жен включать также наши данные по 7г°7г°- и .Й^Л^-системам.

В третьей главе представлено исследование реакции (2) при импульсе пучка 32.5 ГэВ/с Ранее эта реакция не изучалась. Оба

77-мезона регистрировались в моде распада на два 7-кванта. Интерес к 7777-системе вызван тем, что экзотические, прежде всего глюонные состояния, могут иметь интенсивную моду распада по этому каналу. Получение данных в реакциях с каонами может оказаться весьма полезным для изучения природы образующихся резонансов.

Д'/ООо, (ГэВ)-'

25 -

20 - |

15 -

10 -

1 15 2 25 3 35 1

М, (ГэВ)

Рис. 6. Спектр инвариантных масс ^-систем в реакции (2). Рисунок из работы [4].

В спектре масс (рис. 6) хорошо виден узкий пик в районе 1500 МэВ. Фон под пиком незначительный, небольшая статистика не позволяет делать какие-либо выводы о наличии других структур в массовом спектре. Наиболее естественно отождествить наблюдаемый пик с /2(1525)-мезоном. Образование /2(1525) в реакции

К~р /2(1525)(А/Е°)

и КаКа (8)

было детально изучено ранее.

Полученная статистика недостаточна для проведения масс-независимого ПВА. Масс-зависимый ПВА был проведен для событий

из массового интервала от 1.4 до 1.7 ГэВ и переданного импульса от 0 до 1.6 (ГэВ/с)2 для трех альтернативных гипотез спина наблюдаемого резонанса: J = 0, 2 и 4 Использовался метод максимума правдоподобия, при этом минимизировался функционал:

n

Cj = -2j> Ij(WGj,Mlm,n + i=i

+ 2 j{Ij{nGj,Min,t)E{ttGJ,Mm,t))dnGjdMVJ1dt, (9)

где SIgj = [cos всj, Фту] - пространственный угол в системе Готтфрида-Джексона, N - число событий, попавших в выбранные интервалы по массе и переданному импульсу, г - индекс события, ¿{^GJiMщ,Ь) - четырехмерная функция эффективности установки для регистрации событий реакции (2), Мцц, t) - модельно-

зависимая интенсивность образования 7777-событий от распада резонанса со спином J. Для резонанса со спином J вычислялась релятивистская амплитуда Брейта-Вигнера с барьерными факторами Блатта-Вайскопфа. При этом ¿-зависимость для S-, Do- и Go-амплитуд бралась в виде а ~ а для D+- и G--,

<?+-амплитуд мы полагали а ~ yf\t\e~ba^. Значения функции правдоподобия Cj для трех рассматриваемых гипотез представлены в табл. 1.

Таблица 1. Значения функции правдоподобия С j (см. выражение (9)), вычисленные для трех гипотез значения спина наблюдаемого резонанса.

Jpc 0++ 2++ 4++

с -684.0 -704.3 -687 5

Наиболее вероятное значение спина наблюдаемого резонанса равно, как и ожидалось, 2. Для его массы и ширины, с учетом разрешения спектрометра, получены следующие значения: М = 1514±8 МэВ

и Г = МэВ, что согласуется с табличными значениями этих

величин для /2(1525)-мезона.

В выбраный интервал 1.4 - 1.7 ГэВ попало 61 событие. Эта статистика использовалась для расчета сечения образования /2(1525). Описана процедура моделирования. Доля полностью восстановленых событий в интервале эффективных масс 1.4 - 1.7 ГэВ составила 0.423 ± 0.007. Триггерная система установки была оптимизирована для регистрации нейтральных ж~р-взаимодействий, поэтому регистрировались только события с нейтральными распадами Л. При расчете сечения был учтен ВИ(А —> птг°) = 0.36 ± 0.005 После поправок на конверсию 7 -квантов в мишени и вето-счетчиках, учета вероятностей распада ^-мезонов, поправок на мертвое время триггер-ной электроники, а также учета взаимодействий на пустой мишени, было получено сечение а(К~р /2(1525)(Л/£0)) х £Д(/2(1525) -»• щ) = 78.3 ± 9.9 ± В.ЦзузЬ) нб.

Используя компиляцию сечений реакции образования /г(1525) в К~р- взаимодействиях по каналу К К при различных импульсах пучка, для 32.5 ГэВ/с была сделана оценка а(К~р /г(1525)Л) х ¿Ш(/2( 1525) —» КК ) = 0.52 ± 0.12 мкб. В нашем эксперименте нет идентификации частиц отдачи Л/Е°, поэтому для оценки сечения с образованием Л был учтен поправочный коэффициент. Вычисленное отношение вероятностей распадов

ВД(/а(1525) щ) = 0119 ± 0 0ЩзШ) ± о.оз6(вув0

ВД(/2(1525) -> КК )

хорошо согласуется с табличным.

В заключении перечислены основные результаты диссертационной работы:

1. Создан и исследован кристаллический PWO-калориметр SAD, являющийся детектором под малыми углами, расширяющий возможности установки ГАМС-4тг. Измеренное разрешение калориметра по массе соответствует проведенным ранее измерениям и результатам моделирования.

2. Калориметр SAD показал высокие эксплуатационные характеристики при работе в пучках с высокой загрузкой. Использование сигналов от 7Г°- и ?7-мезонов помогало корректировать изменение световыхода кристаллов PWO, дрейф фотоумножителей и электроники во время процесса измерений и позволило с высокой точностью определить калибровочные коэффициенты. Подтверждена перспективность использования многоячеистых PWO-калориметров при работе в готовящихся экспериментах с высокой светимостью (CMS, ALICE).

3. Выполнен ПВА щ -системы в зарядово-обменной 7г~р-реакции при 32 5 ГэВ/с. Анализ проведен в интервале масс от 1.1 до 3.9 ГэВ при ~t < 0.2 (ГэВ/с)2 с учетом S-, D-, G- и J-волн. Определено наиболее вероятное физическое решение.

4. В области масс до 2 ГэВ ПВА показал наличие нескольких перекрывающихся резонансов с различными спинами. В частности, в б'-волне хорошо видны три состояния: /о(1370), /о(1500) и /о(1710). При этом, благодаря высокой статистической обеспеченности эксперимента в районе С(1590)-мезона, разделены два частично перекрывающихся состояния: /о(1500) и /о(1710).

5. В ПВА при больших массах щ -системы отдается предпочтение решению, в котором проявляются /2(1950)- и /о (2200)-резонансы.

6. В области масс выше 2.4 ГэВ доминирует G-волна. В J-волне обнаружено широкое состояние с массой 3150 ± 150 МэВ и шириной 700 ±150 МэВ.

7 Впервые изучена реакция К~р —> щ (A/S0).

8. В спектре эффективных масс щ -системы наблюдается /2(1525)-резонанс при низком уровне фона. Для его массы и ширины получены следующие значения: M = 1514 ± 8 МэВ и Г = 92^2g МэВ, что согласуется с табличными значениями этих величин.

9. Измерено сечение образования

<г{К~р /2(1525)(Л/£0)) х ВЛ(/2(1525) -»• щ) = 78.3 ± 9.9 ± 8.1(sysi) нб.

Определено отношение вероятностей распада /2(1525)-мезона на TJ7] и К К : R = 0.119 ± 0.015(siai) ± 0.036(sysf), что согласуется с табличным значением этой величины.

Список литературы

[1] A.M. Blick, V.A. Kachanov, G.V, Khaustov, V.N. Kolosov. M.V. Korzhik, A.A. Lednev, J.P. Peigneux, S.A. Polovnikov, V.A. Polyakov, Yu.D. Prokoshkin, V.D. Samoylenko, P.M. Shagin, A.V. Shtannikov, A.V. Singovsky, V.P. Sugonyaev: FIRST OPERATION OF THE PWO CRYSTAL CALORIMETER AS A MASS SPECTROMETER IN A HEAVY-LOAD HIGH ENERGY PHYSICS EXPERIMENT. Препринт ИФВЭ 96-57, Протвино, 1996; ПТЭ 6, 38-42 (1997).

[2] F.G. Binon, A.M. Blick, A.V. Dolgopolov, S.V. Donskov, V.A. Kachanov, G.V. Khaustov.V.N. Kolosov, M.V. Korzhik, A.A. Lednev, V.A. Lishin, J.P. Peigneux, Yu.D. Prokoshkin, P.M. Shagin, A.V. Singovsky, J.P. Stroot, V.P. Sugonyaev: BEAM STUDIES OF SAD-150 HEAVY CRYSTAL PWO CALORIMETER, SMALL ANGLE MULTIPHOTON DETECTOR OF GAMS-4tr SPECTROMETER. Препринт ИФВЭ 97-4, Протвино, 1997. Nucl.Instrum. Methods A 428, 291 (1999).

[3] Ф. Бинон, A.M. Блик, C.B. Донсков, С. Инаба, В.Н. Колосов. A.A. Леднев, В.А. Лишин, Ю.В. Михайлов, Ж.П. Пенье, В.А. Поляков, В.Д. Самойленко, А.Е. Соболь, Ж.П. Строот, В.П. Сугоняев, К.Такамацу, Т. Тсуру, И. Фуджи, Г.В. Хаустов, X. Шимицу, И. Ясу: ИЗУЧЕНИЕ щ -СИСТЕМЫ В п'р-ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ ПРИ 32.5 ГэВ/с НА УСТАНОВКЕ ГАМС-47Г. ЯФ 68АЛЗ, 998-1011 (2005).

A.M. Blick, F.G. Binon , A.V. Dolgopolov, S.V. Donskov, S. Inaba, Y. Fujii, G.V. Khaustov.V.N. Kolosov. A.A. Kondashov, A.A. Lednev, V.A. Lishin, J.P. Peigneux, V.A. Polyakov, S.A. Sadovsky, V.D. Samoylenko, P.M. Shagin, H. Shimizu, A.V. Singovsky,

A.E. Sobol, J.P. Stroot, V.P. Sugonyaev, K. Takamatsu, T. Tsuru, Y. Yasu, A.Yu. Zvyagin: STUDY OF THE щ SYSTEM IN THE tt'P CHARGE EXCHANGE REACTION AT 32 GeV/c WITH THE GAMS-4tt SPECTROMETER. The

Ninth International Conference on Hadron Spectoscopy, Protvino, Russia, 27 Aug - 1 Sep., 2001, AIP conference proceedings,V 619, Melville, New York, 2002, page 637, KEK Preprint, 2002-40, June 2002.

[4] Ф. Бинон, A.M. Блик, С.В. Донсков, С Инаба, В Н Колосов, В М. Кутьин, М.Е. Ладыгин, А А Леднев, В.А. Лишин, Ю.В. Михайлов, Ж.П Пенье, В.А. Поляков, В.Д. Самойленко, А.Е. Соболь, Ж.П. Строот, В.П. Сугоняев, К.Такамацу, Т. Тсуру, И. Фуджи, Г В. Хаустов- НАБЛЮДЕНИЕ РЕЗОНАНСА /2(1525) В СИСТЕМЕ щ В АГ-р-ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ ПРИ 32.5 ГэВ/с. ЯФ 707V10, 1758-1761 (2007).

Рукопись поступила 3 октября 2008 г.

В Н. Колосов

Изучение ^-системы в тг~р- и К~р-реакциях на модернизированной установке ГАМС-47Г.

Оригинал-макет подготовлен с помощью системы ЖГ^Х. Редактор Л.Ф Васильева

Подписано к печати 10 10 2008 Формат 60 х 84/10.

Офсетная печать Печ.л 1,54 Уч.-изд.л 1,75. Тираж 100 Заказ 66. Индекс 3649

ГНЦ РФ Институт физики высоких энергий 142281. Протвино Московской обл.

Индекс 3649

АВТОРЕФЕРАТ 2008-19, ИФВЭ, 2008

Введение

1 Развитие экспериментальной установки. Детектор SAD

1.1 Калориметр SAD

1.1.1 Калибровка калориметра SAD-60.

1.1.2 Измерения многофотонных событий

1.2 Калориметр SAD-150.

1.2.1 Конструкция и характеристики калориметра SAD-150.

1.2.2 Процедура калибровки.

1.2.3 Измерение событий зарядово-обменной реакции с образованием

7г°- и 77-мезонов.

2 Изучение 7/77-системы в зарядово-обменной 7г~р-реакции

2.1 Отбор событий.

2.2 Эффективность регистрации и аппаратурное разрешение установки

2.3 Спектр эффективных масс и угловые распределения.

2.4 Масс-независимый ПВА.

2.5 Масс-зависимый ПВА.

2.6 Обсуждение результатов.

3 Наблюдение резонанса /2(1525) в системе т]щ К~р-взаимодействиях при 32.5 ГэВ/с

В конце 80-х годов была проведена существенная модернизация установки ГАМС. Базовый многофотонный спектрометр ГАМС-2000 был дополнен широкоапертурным детектором фотонов ШАД. Была полностью переделана охранная система из свинцового стекла, расположенная вокруг жидководородной мишени. Во второй половине 90-х центральная часть спектрометра была дополнена детектором из тяжелых кристаллов. Этому предшествовали измерения и исследования прототипов кристаллического детектора, которые вошли в настоящую диссертацию. Значительные улучшения были внесены в систему сбора данных установки. Модернезированная установка получила название ГАМС-4тг. В период с 1991 года по 2002 год на установке было проведено шесть физических сеансов при импульсе пучка 32.5 ГэВ/с. Отметим, что более 2/3 статистики было набрано в двух сеансах 2002 года. В 2004 году на установке был проведен последний сеанс.

Рекордная статистика, набраная на установке ГАМС-4тг, вместе с новым качеством данных явилась основанием для обращения к уже исследованным нейтральным системам. В диссертации представлены данные, полученные при изучении системы из двух //-мезонов. Система г/г/ изучалась в нескольких экспериментах с целью поиска экзотических состояний. Интерес к этой системе был вызван тем, что, согласно теоретическим представлениям, глюонные состояния имеют интенсивную моду распада в щ [1]. Наличие только четных волн в системе г]г} заметно упрощает процедуру парциально-волнового анализа (ПВА).

Более 20 лет назад в результате изучепня ^-системы в зарядово-обменной тг~р-реакцни был обнаружен кандидат в скалярные глюболы - С//0(1590)-мезон [2,3]. Наблюдение С-мезона в ^/-системе в реакции центрального образования [4,5] подтвердило гипотезу о том, что это состояние может иметь существенную глюонную составляющую. Позднее это состояние, обозначенное как /о(1500)-мезон [6], было обнаружено и в других реакциях (рр-аннигиляция, радиационные распады J/'ф), в которых ожидалось усиленное образование мезонов, обогащенных глюонами. Все это позволяет считать /о(1500) серьезным кандидатом в глюбольт.

Еще одно состояние в системе г/г/, которое, вероятно, также имеет экзотическую природу, - /О(1710)-мезон. Этот резонанс наблюдался во многих экспериментах, но его спин долгое время оставался неопределенным (рассматривалось два возможных значения J = 0 и 2). Наблюдение /о(1710) как скалярного состояния в радиационных распадах ,1/ф [7], а также данные эксперимента \VA102 для 7г 7г - и К+К -систем однозначно позволили установить скалярную природу /,/(1710)-мезона [8,9]. Впервые наблюдение /,/(1710) в ^-системе и определение его спина J — 0 было заявлено экспериментом \VA102 [10]. Надежное наблюдение в реакции центрального образования

7777-системы двух скалярных состояний, /о(1500) и /о(1710), а также незначительный вклад в спектр масс сигнала от /2(1525)-мезона позволяют сказать, что больше нет аргументов против расщепления сигнала от G//0(1590) на два состояния. Действительно, основной аргумент против такого расщепления [11] был основан на допущении, что надежный пик, наблюдаемый в спектре масс A'Ä-системы в эксперименте WA76 [12] принадлежит /о(1525)-мезону. Это допущение противоречит данным эксперимента WA102. Наличие двух узких скалярных состояний, параметры которых согласуются с вычислениями на решетках для массы глюбола в области 1.6 ГэВ, требует дальнейшего изучения 7777-системы.

Тензорный сектор также вызывает интерес. В 7777-системе в центральном рождении был обнаружен /2(2175)-мезон - кандидат в тензорные глюболы [4,5,10]. Согласно вычислениям на "решетках" масса самого легкого тензорного глюбола должна находиться в районе 2200-2300 МэВ [13,14]. Другое состояние /2(1810), наблюдаемое в одном из решений [3], можно ассоциировать с сигналом, видимым в 47г°-системе в зарядово-обменной реакции [15] и в реакции центрального рождения [16].

Еще одним важным направлением в мезонноп спектроскопии является изучение состояний с высокими спинами. Сотрудничеством ГАМС были открыты и изучены два таких состояния: а4(2020) и /6(2520)-мезоны [6]. До настоящего времени не существовало экспериментальной информации об 7777-системе в области больших масс. Изучение этой области является одной из главных задач настоящей работы. Ранее эта реакция не изучалась. Данный эксперимент был выполнен на спектрометре ГАМС-4-7Г 70-ГэВ протонного ускорителя ИФВЭ. Оба 77-мезона регистрировались в моде распада на два 7-кванта. Интерес к ^-системе вызван тем, что экзотические, прежде всего глюонные состояния, могут иметь интенсивную моду распада по этому каналу. Получение данных в реакциях с каонами может оказаться весьма полезным для изучения природы образующихся резонансов.

Целью диссертации является модернизация центральной части установки ГАМС-47Г добавлением электромагнитного детектора под малыми углами SAD (Small Angle Detector) на основе кристаллов вольфрамата свинца(Р\УО), изучение характеристик кристаллического детектора и исследование на модернизированной установке щ- системы в 7г~-пучке на качественно более высоком, чем в предыдущих работах, уровне точности. Рекордная статистка эксперимента позволила впервые исследовать образование щ- системы в А'~-пучке.

Научная новизна диссертации. Впервые в составе физической установки был использован многоячеистый калориметр из кристаллов PWO. Высокая статистическая обеспеченность эксперимента позволила на новом уровне провести парциально-волновой анализ системы щ, образующейся в зарядовообменной реакции в 7г~-пучке. Измерены сечения рождения резонансов. В ¿"-волне в районе С(1590)-мезона удалось разделить два частично перекрывающихся состояния: /о(1500) и /о(1710). В J-волне обнаружено широкое состояние с массой 3150 ±150 МэВ и шириной 700 ± 150 МэВ. В К~-пучке образование 7777-еистемы было изучено впервые. В спектре эффективных масс 7777-системы наблюдается /2(1525)-резонанс при низком уровне фона. Определено отношение вероятностей распада /2(1525)-мезона на 7777 и К К: R = 0.119 ±0.015(s£oi) ±0.036(syst), что согласуется с табличным значением для этой величины. Эги данные представляются существенным дополнением к уже накопленной информации по распадам /2(1525)-мезона.

Практическая ценность работы. Создан и исследован кристаллический PWO калориметр SAD для регистрации фотонов под малыми углами, расширяющий возможности усгановки ГАМС-4тг. Результаты самых первых испытаний PWO-спектрометра на пучке продемонстрировали его высокие возможности, необходимые для проведения экспериментов в области физики высоких энергий в условиях большой светимости как на выведенных пучках, так и на коллайдерах. Создан комплекс программ для калибровки, физического контроля и анализа данных, полученных в эксперименте. Показана перспективность изучения состояний образующихся в /('-пучке с образованием 7г°- и ?/-мезонов.

Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения, включает 21 рисунок и 3 таблицы, содержит список цитируемой литературы из 46 наименований.

Выводы

В заключение перечислим основные результаты проведенных исследований:

1. Создан и исследован кристаллический PWO-калориметр SAD для регистрации фотонов под малыми углами, расширяющий возможности установки ГАМС-4-7Г. Измеренное разрешение калориметра по массе соответствует проведенным ранее измерениям и результатам моделирования.

2. Калориметр SAD показал высокие эксплуатационные характеристики при работе в пучках с высокой загрузкой. Использование сигналов от 7г°- и ту-мезонов помогало корректировать изменение световыхода кристаллов PWO, дрейф фотоумножителей и электроники во время процесса измерений и позволило с высокой точностью определить калибровочные коэффициенты. Подтверждена перспективность использования многоячеистых PWO-калориметров при работе в готовящихся экспериментах с высокой светимостыо(СМ8, ALICE).

3. Выполнен ПВА цц-системы в зарядово-обменной 7г~р-реакции при 32.5 ГэВ/с. Анализ проведен в интервале масс от 1.1 до 3.9 ГэВ при — t < 0.2 (ГэВ/с)2 с учетом S-, D-, G- и J-волн. Определено наиболее вероятное физическое решение.

4. В области масс до 2 ГэВ ПВА показал наличие нескольких перекрывающихся резонансов с различными спинами. В частности, в ¿"-волне хорошо видны три состояния: /0( 1370), /о(1500) и /о(1710). При этом, благодаря высокой статистической обеспеченности эксперимента в районе С?(1590)-мезона, разделены два частично перекрывающихся состояния: /о(1500) и /0( 1710).

5. В ПВА при больших массах ///•/-системы отдается предпочтение решению, в котором проявляются /2(1950)- и /О(2200)-резонансы.

6. В области масс выше 2.4 ГэВ доминирует G-волна. В J-волне обнаружено широкое состояние с массой 3150 ± 150 МэВ и шириной 700 ± 150 МэВ.

7. Впервые изучена реакция К~р —»■ т/г^А/Е0).

8. В спектре эффективных масс 7777-системы наблюдается /2(1525)-резонанс при низком уровне фона. Для его массы и ширины получены следующие значения:

M = 1514 ±8 МэВ и Г = 92t2g МэВ, что согласуется с табличными значениями этих величин.

9. Измерено сечение образования а{К~р /2(1525)(Л/Е0)) х BR(f2( 1525) -> 7777) = 78.3 ± 9.9 ± 8.1(syst)n6.

Определено отношение вероятностей распада /2(1525)-мезона на щ и К К: R = 0.119 ± 0.015(s£a£) ± 0.036(syst), что согласуется с табличным значением этой величины.

Благодарности

Результаты, представленные в диссертации, получены автором в Отделе экспериментальной физики ИФВЭ в 1996-2007 годах. Эксперименты, описанные в настоящей диссертации, выполнены совместно с A.M. Бликом, C.B. Донсковым, В.А. Качано-вым, В.М. Кутьиным, М.Е. Ладыгиным, A.A. Ледневым, В.А. Лишиным, Ю.В. Михайловым, В.А. Поляковым, Ю.Д. Прокотнкиным, В.Д. Самойленко, А.Е. Соболем, В.П. Сугоняевым, Г.В. Хаустовым, A.B. Штанниковым, а также с зарубежными коллегами: Ф. Биноном, С. Инабой, Ж.П. Пенье, Ж.П. Строотом, К. Такамацу, Т. Тсуру, И. Фуджии. Автор признателен им за многолетнюю плодотворную совместную деятельность.

С особой благодарностью автор вспоминает Юрия Дмитриевича Прокошкина. Именно он осуществил постановку научных задач, при нем были проведены и опубликованы результаты измерений с детектором SAD. Его пример служения науке -всей своей жизнью - навсегда останется в наших сердцах. Весьма признателен автор своему научному руководителю, доктору физико-математических наук Сергею Васильевичу Донскову, который продолжил дело, начатое Юрием Дмитриевичем, завершил модернизацию установки. Благодаря его огромному опыту и настойчивости на установке было проведено несколько сеансов и набрана рекордная статистика. Его внимание к работе и заинтересованное отношение помогли успешно довести до конца описанные в диссертации исследования. Без его помощи эта работа едва ли была бы возможна.

Автор благодарен своим товарищам и коллегам В.М. Кутьину и A.M. Блику, которые не жалели сил и времени для передачи своих знаний и опыта, способствовали формированию автора как ученого. Хочется подчеркнуть особо вклад В.М. Кутьина в качественную настройку черенковских счетчиков на установке ГАМС, без которой измерения в К-пучке были бы невозможны.

Автор признателен В.Ф. Образцову, В.И. Романовскому и Ю.П. Гузу за полезные обсуждения и замечания.

Диссертант выражает благодарность дирекции ИФВЭ за поддержку экспериментов на установке ГАМС-4тг.

Заключение

1.S. Gershtein, А.К. Likhoded and Yu.D. Prokoshkin, ЯФ 39, 251 (1984).

2. F. Binon et al, Nuovo Cimento A 78, 313 (1983).

3. D. Aide et al., ЯФ 44, 120 (1985).

4. D. Aide et al, Phys. Lett. В 201, 160 (1988).

5. A.V. Singovski, in Proceedhigs of 5th International Conference on Hadron Spectroscopy "HADRON'93", Como, Nuovo Cimento A 107, 1911 (1994).

6. S. Eidelman et al., Pliys. Lett. В 592, 1 (2004).

7. Bai et al., Phys. Lett. В 472, 207 (2000); Phys. Rev. Lett. 81, 1179 (1998).

8. D. Barberis et al, Phys. Lett. В 453, 316 (1999).

9. D. Barberis et al., Phys. Lett. В 453, 305 (1999).

10. D. Barberis et al., Phys. Lett. В 479, 59 (2000).

11. Ю.Д. Прокошкин, Докл.АН СССР 316, 900 (1991), Sov. Phys. Dokl., 36, 155 (1991).

12. T.A. Armstrong et al., Phys. Lett. В 227, 186 (1989).

13. G. Bali et al., Phys. Lett. В 309, 378 (1993).

14. J. Sexton et al, Phys. Rev. Lett. 75, 4563 (1995).

15. D. Aide et al, Phys. Lett. В 198, 286 (1987).

16. Д. Алде и др., ЯФ 47, 1273 (1988), SJNP 47, 810 (1988).

17. A.M. Блик и др., ПТЭ 6, 38-42 (1997); Препринт ИФВЭ 96-57, Протвино, 1996.

18. F. Binon et al., Препринт ИФВЭ 97-4, Протвино, 1997.

19. Ф. Бинон и др., ЯФ 70Л/10, 1758-1761 (2007); Phys.Atom.Nucl.70:1713-1716 (2007).21 22 [23 [24 [25 [26 [27 [28 [29 [30 [31 [3233 34 [35 [36 [37 [38 [3940 4142 43 [44

20. F. Binon et al, Nucl. Instrum. Methods 24 A 8, 86 (1986).

21. F.G. Binon et al, Nucl.Instrum. Methods A 428, 291 (1999).

22. Yu.D. Prokoshkin, Preprint ЛГ87-99, IHEP (Serpukhov, 1987).

23. S.A. Akimenko et al, Preprint Af88-16, IHEP (Serpukhov, 1988).

24. Binon F.G. et al, Nucl.Instrum. and Methods. 1986. V.A248. P.86.

25. Aide D. et al, Nucl.Instrum. and Methods. 1986. V.A240. P.343.

26. Блик A.M., Либа И.П., ПТЭ. 1995. 3 c.34. Instr. Exper. Techniques. 38 (1995) 308.

27. Prokoshkin Yu.D., Shtannikov A.V., Nucl.Instrum. and Methods. 1995. V.A362. P.62.

28. O.B. Буянов и др., Препринт ИФВЭ 93-144, Протвино, 1993;

29. Buyanov O.V. et al, Nucl.Instrum. and Methods. 1994. V.A349. P.62.

30. S. Inaba et al, Nucl.Instrum. and Methods. 1995. V.A359. P.485.

31. A.M. Блик и др., Препринт ИФВЭ 96-105, Протвино, 1996; CMS N/96-023, CERN, Geneva, 1996;

32. Alexeev G.A. et al, Nucl.Instrum. and Methods. 1995. V.A364. P.307. W. Oclis, F. Wagner, Phys. Lett. В 44, 271 (1973). S.U. Chung, Phys. Rew.D 56, 7299 (1997). D. Aide et al, Eur. Phys. J. A 3, 361 (1998).

33. C. Amsler et al, Phys. Lett. В 340, 259 (1994).

34. D. Barberis et al, Phys. Lett. В 413, 217 (1997).

35. M. Svcc, Phys. Rev. D 53, 2343(1996); J.Blatt and W.Weiskopf, Theoretical Nuclear Physics (Wiley, 1952), p. 359.

36. R.S. Longacre et al., Phys. Lett. В 177(2), 223 (1986).

37. D.V. Amelin et al. ЯФ 59AA6, 1021-1026 (1996); Phys.Atom.Nucl.59, 976-981 (1996); Preprint A/*95-112, IHEP (Pr.otvino, 1995).

38. A.V. Anisovich et al, Phys. Lett. В 449, 145 (1999). D. Aston et al, Nucl. Phys.B301, 525 (1988).

39. B.V.Bolonkin et al, Nucl. Phys.B309, 426 (1988).

40. F. Barreiro et al, Nucl. Phys.B121, 237 (1977).

41. D. Barbcris et al, Phys. Lett.B453, 305 (1999).i1. Список иллюстраций

42. Экспериментальная установка ГАМС-47Г. Рисунок из работы 19. . 5

43. Суммарное энерговыделение в PWO-матрице при облучении широким электронным пучком с энергией 9.3 ГэВ. Кривая функция Гаусса сяЕ/Е = 2.9%. Рисунок из работы 17. 8

44. Спектр эффективных масс 7-пар, измеренный PWO-калориметром при интенсивности пучка 1.4 х 1067г~/с. Рисунок из работы 17. 11

45. Спектр эффективных масс 7-пар, измеренный PWO-калориметром при интенсивности пучка более 106тг-/с. Рисунок из работы 17.12

46. Спектры электронов и мюонов, полученные в калориметре SAD-150 во время калибровки. Рисунок из работы 18. 15

47. Спектр эффективных масс о~иар, измеренный PWO-калориметром при расстоянии от мишени L =5.5 м. Рисунок из работы 18.16

48. Спектр эффективных масс 7-пар, измеренный PWO-калориметром при расстоянии от мишени L =3.8 м. Рисунок из работы 18.17

49. Распределение по квадрату переданного импульса для различных массовых интервалов 7777-системы. Рисунок из работы 19. 20

50. Спектр инвариантных масс 7777-систем в реакции (2.1) при —t <0.2 (ГэВ/с)2. Рисунок из работы 19. 21

51. Моменты сферических гармоник для М = 0 в зависимости от инвариантной массы 7777-системы, Ь = 2, 4, 6, 8, 10, 12. Рисунок из работы 19. 22

52. Моменты сферических гармоник ^ для М — 1 в зависимости от инвариантной массы 7777-системы, Ь = 2, 4, 6, 8, 10, 12. Рисунок из работы 19. 23

53. Результаты масс-независимого ПВА ^-системы при —£ < 0.2 (ГэВ/с)2 в массовом интервале 1.1 — 1.7 ГэВ с учетом £)0, Х)-волн. Показаны два возможных решения. Второе решение рассматривается как нефизическое. Рисунок из работы 19. 24

54. Спектр инвариантных масс 7777-систем в реакции (3.1). Рисунок из работы 20. 33

55. Распределение по квадрату переданного импульса для массового интервала 1.4 1.7 ГэВ. Рисунок из работы 20. 34

56. Угловые распределения 7777-событий из массового интервала 1.4 1.7 ГэВ при 0 < < 0.2 (ГэВ/с)2 (а,Ь) и 0.2 < -£ < 1.6 (ГэВ/с)2 (с,а). Рисунок из работы 20. 36