Нейтральные радиационные распады легких векторных мезонов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им. Г.И. Будкера СО РАН

>« и од

- 9 ИЮЛ 1997

На правах рукописи

ИВАНЧЕНКО Владимир Николаевич

НЕЙТРАЛЬНЫЕ РАДИАЦИОННЫЕ РАСПАДЫ ЛЕГКИХ ВЕКТОРНЫХ МЕЗОНОВ

01.04.16 - физика ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

НОВОСИБИРСК—1997

Работа выполнена в Инстшуге ящерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ:

Ширков академик, Объединенный

Дмитрий Васильевич институт ядерных исследований,

г.Дубна

Стибунов Виктор Николаевич

д.ф.-м.н., с.н.с., Институт ядерной физики Томского политехнического университета, г.Томск

Пархомчук Василий Васильевич д.ф.-м.н., с.н.с., Институт

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

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Инсппут математики СО РАН,

г.Новосибирск

Защита состоится « 40 » иммЛ. 1997 г. в « АО » часов на заседании диссертационного совета Д.002.24.01 при Институте ядерной физики им. Г.И.Будкера СО РАН.

Адрес: 630090, г.Новосибирск 90, проспект академика Лаврентьева, 11

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института ядерной физики СО РАН.

Автореферат разослан « $ » МХ^Я 1997 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета, /^здвег^ л —>

профессор Оу в.С. Фалин

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Физические процессы с излучением или поглощением фотонов являются важнейшим источником информации о строении молекул, атомов, атомных ядер и элементарных чпспщ. Реакции под действием электромагнитного излучения и радаацкош&'з распады частиц дают уникальную возможность изучения строегогя п свойств частиц в физике высоких энергий, поскольку эти процессы сзяззны с перестройкой внутренней структуры частиц. Плохо поддающиеся расчету процессы адронизации кварков в мезонах и барионах играют при этом второстепенную роль.

К началу 80-х годов оказалось, что в области энергий е+е" столкновений около 1 ГэВ процессы с нейтральными частицами в конечном состоянии изучены значительно хуже, чем процесса с заряженными частицами. Это было связано с проблемами экспериментов на выведенных пучках, с недостаточной интегральной светимостью е+з' экспериментов, невысокой эффективностью к фотонам экспериментальной аппаратуры для е+е" экспериментов.

С целью измерения радиационных распадов р, о, ф мезонов и изучения других редких процессов в е+е' аннигиляции в был осуществлен проект Нейтрального детектора (НД). Основные результаты экспериментов НД на ВЭПП-2М были опубликованы к 1991 году. Их точность была в целом выше, чем в предыдущих работах. Это подтверждает тот факт, что величины 23 параметров легких мезонов, приведенных в Таблице свойств частиц 1996 года, определяется точностью эксперимента НД.

Достигнутый прогресс в эксперименте НД не снизил интерес к этой области энергий. В физике частиц, состоящих из легких кварков, существует ряд принципиальных проблем, которые могут быть решены только в новых экспериментах. В частности, необходимо уточнить сечена? е+е- аннигиляции в адроны в области низких энергий, уточнить параметры смешивания в легчайших Би(3) мультиплетах, решить проблему радиальных возбуждений легких векторных мезонов, осуществить поиск глюбольных, четырехкварковых и молекулярных состояний в радиационных распадах ф-мезона.

Для этого запланирована модернизация комплекса ВЭПП-2М, состоящая в реализации режима круглых пучков, в результате которой ожидается повышение средней светимости до 5х1031 см"2с4 при энергии пучков 2Е = 1 ГэВ. Модернизированный комплекс ВЭПП-2М станет

прообразом будущих ф- и с-х фабрик в Новосибирске. Для экспериментов на существующем и будущем комплексе был сооружен и запущен новый Сферический нейтральный детектор (СНД), который предназначен, в первую очередь, для прецизионного изучения радиационных распадов. Он обладает лучшими параметрами по сравнению с детектором НД. Новые эксперименты с большой статистикой потребовали разработки современного программного обеспечения эксперимента.

Цель работы. Данная работа посвящена описанию экспериментов НД по измерению радиационных распадов р, ю, ф мезонов, анализу совокупности экспериментальных данных НД и других экспериментов по радиационным распадам легких векторных мезонов, обзору теоретических моделей, описанию методических разработок для эксперимента СНД.

Научная иовшиа. При выполнении данной работы были получены следующие результаты:

1. Разработана система обработки эксперимента НД обеспечившая эффективный анализ экспериментальных данных НД с наибольшей в этой области энергий интегральной светимостью 19 пб'1. Полное количество событий в эксперименте составило 108.

2. Разработана и запущена в эксплуатацию программа GIST, которая является основой системы обработки данных эксперимента СНД. Разработаны и запущены пакеты программ INOUT для экспериментов НД и СНД, поддерживающие обмен файлами с экспериментальными данными между программами обработки и архивом магнитных носителей информации.

3. Разработана, изготовлена и запущена система сцинтилляционных счетчиков детектора НД. Проведена оптимизация конструкции первых двух слоев NaI(Tl) калориметра НД, улучшившая энергетическое разрешение для фотонов на 20 %.

4. Разработан и запущен пакет программ СОСНА для управления структурами данных, являющейся простейшей реализацией модели объектов и отношений на языке программирования FORTRAN77, На его основе разработана программа реконструкции событий СНД. СОСНА также применена для создания базы данных по сечениям е+е" аннигиляции в области энергий ВЭПП-2М.

5. Разработаны и запущены программы реконструкции нейтральных частиц в детекторах НД и СНД. Эти пакеты программ включают в себя поиск образов фотонов в продольно и поперечно сегментированных калориметрах, восстановление углов и энергий,

кинематическую реконструкцию событий в целом. Использование этих методов позволило на 20-50 % повысить энергетическое разрешение детекторов к эксклюзивным процессам.

6. Найдена новая двухпараметрическая функция, описывающая поперечный профиль электромагнитных ливней в калориметрах. На ее основе разработан новый метод уточнения координат ливней в сегментированных калориметрах, предложены методы е/~ н у/К^ разделения.

7. Разработан комплекс программ моделирования экспериментов НД и СНД. Созданные программы первичного моделирования могут бьггь использованы в других экспериментах в ИЯФ и во Фраскатн.

8. Проведено измерение радиационных распадов р, ю, ф мезонов на "пу и тс°у с использованием данных всех экспериментов НД, проверена устойчивость результатов в зависимости от модельных предположений, осуществлено сравнение с экспериментами на выведенных пучках. Основные результаты следующие:

В(р0->я°у) = (7.9±2.0) хЮ"4 (первое измерение для р°), В(<в->тг°у) =(8.88 ±0.62)% (наилучшая точность), °у) =(1.30 ±0.13) х10 (наилучшая точность), В(р->туу) = (4.0 ± 1.1) хЮ"4 (второе измерение), В(ш->г|у) = (7.3 ± 2.9) хЮ"4 (второе измерение), В(ф->туу) = (1.30 ±0.06)% (наилучшая точность).

9. Проведен одновременный анализ данных НД и данных других экспериментов по ширинам радиационных переходов между мезонами, состоящими из легких и, с1, в кварков, в рамках нерелятивистской квартовой модели, который показал, что эта модель описывает всю совокупность данных с точностью не хуже 15%. Определены следующие параметры модели:

ц3 = -0.72 ±0.03, а? = -(54 ± 2) ау = -(3.4±0.2)0

10. Эти результаты подтверждают справедливость квадратичной массовой формулы для векторных мезонов и линейной для псевдоскалярных. Значение магнитного момента Б-кварка в мезонах на 15 % выше величины, полученной из магнитных моментов барионов. Учет возможного 20 % вклада глюония в т|' мезон приводит к лучшему согласшо все данные в рамках нерелятивисткой кварковой модели.

11. Впервые в эксперименте НД была осуществлена попытка поиска редких радиационных распадов о и ф мезонов на Л°у, 71°т|у.

Впервые был осуществлен поиск распадов ф на ао(980)у и f0(980)y, что показало практическую возможность понять природу этих мезонов в будущих зкспер1ше5пах на ф-фабрике. В результате экспериментов НД и СНД установлены верхние пределы на 90 % уровне достоверности: В(ш->Л°у)<4хЮЛ В(ф TiVy) < 10"3, В(ИДу) < 2.5 х10'3, В(ф fo(975)y) < 9 хКГ4, В(ф -7 гю(980)у ->7t°riy) < 9 хИТ4.

12. Впервые установлен верхний предел на вероятность рождения легкого Хиггсовского бозона в распадах ф мезона

В(ф-»Ну-*яоя°у)<0.8х1(Г,> 600 МэВ < Мн < 1000 МэВ,

13. Впервые измерено сечение реакции eV->7iVy в области энергий 2Е = (1.0-1.4) ГэВ. Показано, что в этом процессе промежуточное состояние <вл0 доминирует. Впервые проведен совместный анализ данных экспериментов НД DM2 и ARGUS. Показано, что эксперименты хорошо согласуются друг с другом, сечение может бьггь описано суммой вкладов р(770) и одного или двух его радиальных возбуждений с массой больше 1.4 ГэВ. Установлено существенное ограничение на возможность существования р(1250) резонанса.

14. С использованием данных эксперимента ARGUS по распаду т лептока -c"->©jx'vt была впервые детально проверена гипотеза сохраняющегося: векторного тока.

Научная и практическая ценность. Результаты работы использовались в экспериментах НД, МД-1, СНД и КМД-2 в Новосибирске. Оки будут использоваться в экспериментах СНД, КМД-2 и KLOE, Фраскати, Италия, в будущем. Методические исследования, выполненные в работе могут быть использованы в экспериментах на строящихся в настоящее время с-х и В- фабриках. Результаты экспериментов занесены в таблицу свойств частиц, используются и будут использоваться при теоретическом анализе радиационных распадов легких векторных мезонов и адронкых распадов т лептона.

Апробация работьг и публикации. Результаты данной работы базируются на 38 публикациях, 15 из которых напечатаны в реферируемых журналах, 15 являются докладами на международных конференциях. Эти работы неоднократно докладывались на семинарах в ИЯФ СО РАН и на сессиях Отделения ядерной физики АН СССР.

Структура диссертант«. Работа состоит их 12 разделов, включающих в себя введение, основное содержание в 8 главах, заключение, список литературы и приложение. Текст работы занимает 230 страниц, он содержит 73 рисунка и 29 таблиц. Список цитируемой литературы состо1гг из 406 работ.

Содержание диссертации

Введение содер-лагг краткую историю основных экспериментов на ВЭПГТ-2 и ВЭПП-2М. Показана роль радиационных распадов в спектроскопии мезонов, состоящих из легких кварков, и очерчен основной круг проблем спектроскопии. Обращается внимание на важность и своевременность постановки экспериментов с детектором, обладающим высокоэффективным калориметром, каковым являлся детектор НД. Эти эксперименты позволили существенно продвинуться по точности измерения радиационных распадов (табл.1) и более точно сформулировать новые задачи, которые возможно решить только с более совершенными детекторами нового поколения, которые предназначены для этой области энергий.

В разделе 2 обсуждаются параметры комплекса ВЭПП-2М и приводится описание экспериментов с детекторами НД и СНД. Важным достоинством метода встречных пучков по сравнению с другими методами, позволяющим существенно продвинуться по точности измерения радиационных распадов легких векторных мезонов р, со, ф, является высокая монохроматичность пучков. Энергетический разброс в пучке ВЭПП-2М при энергии 2Е = 1 ГэВ составляет 0.25 МэВ, а стабильность средней энергии пучка составляет 0.05 МэВ, что значительно меньше ширины этих векторных мезонов. Радиационные распады не являются основными распадами резонансов, для их изучения треб)тотся детекторы с эффективными электромагнитными калориме-трамн, поэтому заметная часть главы посвящена описанию свойств калориметров НД и СНД детекторов. Обсуждаются также конструкция и параметры других систем детекторов НД (рис.1) и СНД (рис.2).

В разделе 3 приводится описание системы обработки данных НД в целом и основных методов, примененных в эксперименте. Разработанная система позволила с имевшимся в то время парком компьютеров проанализировать в относительно короткие сроки 50 млн. событий, что соответствует интегральной светимости эксперид{ента НД 19 пб"1. Это достижение объясняется тем, что при обработке данных НД были

применены элементы передовых методик программирования, такие как визуализация событий, базы данных. Кроме того, были подготовлен пакет сервисных программ значительно повышавших эффективность анализа данных.

Раздел 4 посвящен описанию системы обработки данных эксперимента СНД. Сложность обработки данных СНД оказалась примерно на порядок выше, по сравнению с НД. Например, в эксперименте НД был только один массив с калибровочными константами, а в эксперименте СНД их количество 24. Примерно на порядок увеличился объем информации в событии. Поэтому при решении задач обработки данных были широко использованы методы структурирования программ и данных. С этой целью были разработаны оригинальные базовые пакеты программ GIST, 1NOUT, RECONSTR, СОСНА, KINEM, ART, которые работают с системе обработки данных СНД наряду с всемирно известными программными продуктами ЦЕРН (рис.3). Предварительные результаты, полученные в эксперименте СНД показывают практическую работоспособность разработанной системы обработки.

Таблица 1. Экспериментальные данные по радиационным распадам легких векторных мезонов из Таблиц свойств частиц за 1984 год и 1996 год, из данных экспериментов НД, СНД, КМД-2, GAMS.

ВЕЛИЧИНА PDG 1984 НД НОВЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ

Г„ (MeV) 9.9 ±0.3 8.4 ±0.1 -

- (7.9 ± 2.0) х 10" -

(4.6 ±0.5) хЮ"1 - (4.5 ± 0.5)х10-"Р1Х}96

Bip-^Y) (3.6 ±0.9) хЮ"4 (4.0 ± 1.1) хЮ"4 -

В(со-»л07) (8.7 ±0.5)% (8.88 ±0.62)% -

В(<й->Т)У) (3.0:")xlOJ (7.3 +2.9) х 10й1 (8.3 ± 2.1) хЮ"4GAMS

B(CO-»7IVY) - <4x10" (7.2 ± 2.6) xl О 5 GAMS

(1.4 ±0.5) хЮ"3 (i.3o±o.i3)xio-3 (1.10± 0.10) хЮ"3 СНД

В(Ф->ПУ) (1.2 ±0.2)% (1.30 ± 0.06)% (1.40 ± 0.20)% (1.26 ± 0.08)% СНД (1.15 ± 0.10)% СНД (1.18 ± 0.11)% КМД-2 (1.12 ± 0.15)% КМД-2

- <4x10" <2.4 х 10" КМД-2

Щф->7!07107) - <10'J -

В(ф-> ^975)7) - <2 xlO'1 <0.9x10 3 СНД <0.8 хЮ3 КМД-2

- <2.5 хЮ'3 -

В(ф->ао(980)у) - < 2.5 хЮ"3 < 0.9 х 10'3 СНД

В разделе 5 обсуждаются основные нден, положенные в основу решения проблемы распознавание образов событий е+е" аннигиляции для НД и СНД. Важно отмстить, что часть программы реконструкции событии СНД используется в программном триггере эксперимента, т.е. работает в реальном времени, позволяя забраковать заметную часть фоновых событий и не сохранять их в выходных файлах. Основные физические параметры детектора СНД - это пространственное и энергетическое разрешения калориметра для фотонов. Они определяются конструкцией калориметра и свойствами электроники. Кроме того на конечный результат влияет и метод обработки.

Рис. 1 Детектор НД: 1 - вакуумная камера ВЭПП-2М, 2 - цилиндрические пропорциональные камеры, 3 - внутрешше ецшггилляциошше счетчики, 4 -счетчики №1(Т1), 5 - ливневые пропорциональные камеры, 6 - железный поглотитель, 7 - наружные сцинтилляционные счетчики.

I I I I_I I I I I I I

О 20 40 60 80 100 сш

Рис.2 Детектор СНД. Разрез в плоскости пучхов: 1 - вакуумная камера промохупжа встречи ВЭПП-2М, 2 - дрейфовые камеры, 3 - сцшгпшляционные счетчики, 4 - световоды из оптического волокна, 5 - ФЭУ, 6 - счетчики Ыа1(Т1), 7 -вакуумные фототриоды, 8 - железный поглотитель, 9 - стримерные трубки, 10 -поглотитель мюошюй системы, 11 - сцинтилляционпые счетчики мюонной системы, 12 - квадрупольные линзы ВЭПП-2М, 13 - поворотные мапагш.

Таре

О 0

Л «

АКТ

UNIM0D3

GIST

MODEL

HIGZ

РАЛУ

RECONSTR

HBOOK

Рис.3 Схема системы обработки данных СНД.

С целью достижения максимального разрешения калориметра было проведено отдельное исследование различных методов получения пространственного разрешения калориметра. В результате была найдена новая простая двухпараметрическая функция, описывающая поперечный профиль электромагнитного ливня. На ее базе предложен новый метод восстановления координат фотонов в калориметре, который показал для области энергий СНД лучшие результаты по сравнению с другими методами. Было проведено исследование возможности разделения частиц по поперечному распределению энергии в ливне, которое показало хорошие возможности по е/л и у/Кц разделению. Этот результат особенно важен для детектора СНД, в котором нет магнитного анализа заряженных частиц. Можно ожидать, что этот метод будет представлять интерес и для других экспериментов, например, на с-т фабриках и на В-фабриках. Удалось также предложить метод получения предельного энергетического разрешения, используя трехслойную структуру калориметра.

Рис.4 Сечение реакции е+е"->.я°у.

е+е —> г] у

2E(GeV)

2E(GeV)

Рис.5 Сенате реакщш е+е'-> rjy.

Раздел 6 посвящен моделированию эксперимента методом Монге Карло. В Новосибирске в течение многих лет развивалась программа моделирования UNIMOD. Ее первая версия применялась для моделирования экспериментов НД и МД-1. Усовершенствованный вариант программы под названием UNIMOD2 был подготовлен для эксперимента СНД. Одновременно в ЦЕРН вошел в эксплуатацию универсальный пакет программ моделирования GEANT, на основе которого были разработаны программы моделирования множества экспериментов. Отдельная проверка показала, что с высокой точностью результаты моделирования по программам UNIMOD2 и GEANT совпадают. UNIMOD2 оптимизирована для реального компьютерного оснащения в Новосибирске. Кроме того в программе UNIMOD2 используются некоторые подпрограммы взаимодействия адронов с веществом, разработанные в Новосибирске, которые еще не включены в GEANT.

В разделе 7 описываются эксперименты по изучению магнитно-дипольных радиационных распадов и проводится обсуждение результатов. К моменту начала экспериментов с НД магнитно-дипольные переходы между векторными и псевдоскалярными мезонами уже были открыты (табл.1). Однако, несмотря на достаточно большое число экспериментов, их точность не превышала 15 %. Поэтому возможности анализа теоретических предсказаний были ограничены констатацией факта, что кварковая модель качественно описывает данные эксперимента в целом. Исключением являлись результаты первого эксперимента по измерению распада р^-^'у методом Примакова, который дал результат в 3 раза ниже предсказаний. В то же время было очевидно, что мало работ было выполнено на встречных е+е" пучках.

Совместное изучение процессов е+е' -> т|у и е+е" -» п°у в одном эксперименте НД на ВЭПП-2М в области энергий 2Е = (0.50-1.05) ГэВ позволило измерить ширины радиационных распадов р, ш, ф мезонов на т|у и я°у с точностью в несколько раз выше предыдущих измерений, что существенно расширило возможности анализа предсказаний теории. Эксперименты были выполнены в течение 3 сезонов. Два из них были пройдены в области энергий ф-мезона, самый продолжительный экспериментальный сезон - области энергий рим мезонов. Последний эксперимент стал возможен из-за введения в строй на ВЭПП-2М сверхпроводящего виглеровского магнита, что обеспечило увеличение светимости в этой области энергий в 2-5 раз и дало возможность наблюдения распадов р и ш с относительной вероятностью до 10"\ Важную роль в понимании совокупности данных по радиационным

распадам сыграло измерение НД полной ширины ю мезона, давшее значение на 15 % меньше среднемирового со значительно меньшей ошибкой. Устойчивость полученных данных подтверждается тем, что первые результаты детектора КМД-2 и предварительные результаты детектора СНД согласуются с данными НД.

В разделе 7 кроме обсуждения деталей эксперимента проводится обзор работ, существовавших до и появившихся после эксперимента НД, которые так или иначе затрагивают эту тему. Изучение магнитно-ципольных радиационных распадов типа У->Ру, где V - векторный мезон, Р- псевдоскалярный мезон, позволяет осуществить комплексную проверку теоретических предсказаний, поскольку теория должна описывать совокупность всех процессов такого сорта с участием легких и, й, б кварков. Речь идет в первую очередь об описании радиационных распадов в нерелятивисткой кварковой модели (НКМ) и ее всевозможных расширениях. В рамках этого подхода можно найти утлы смешивания между Эи(3) октетом и синглетом для псевдоскалярных и векторных мезонов, определить магнитный момент б кварка. Массы и магнитные моменты кварков в НКМ прямо связаны с массами и магнитными моментами барионов, что расширяет возможности анализа. Существуют и другие направления в теории радиационных распадов и магнитных моментов барионов, например, можно проверить предсказания киральных теорий и даже предсказания С>СО. В распаде ф-я^у, верхний предел которого был установлен впервые в эксперименте НД, возможно осуществить поиск глюболыюго состояния.

Важным заделом для будущих экспериментов является проверка модели векторной доминантности (МВД) в области энергий ВЭПП-2М. Известно, что практически все результаты по спектроскопии резонансов низких энергий на встречных е+е' пучках получены с использованием МВД, причем, функции с помощью которых проводится аппроксимация экспериментальных данных нарушают условие унитарности, т.е. являются приближенными. При анализе совокупности данных НД была показана устойчивость конечных результатов, причем, соответствуют кварковой модели. Сравнение данных НД с результатами экспериментов на пучках пионов по измерению распадов р+"->л+"у и со->г|у позволяет сделать однозначный выбор относительные фаз мезонов в МВД амплитудах процессов. В результате анализа вариантов аппроксимации данных делается вывод о том, что качественно новый вид описания рождения и распадов р, со, ф резонансов будет необходим для анализа экспериме1ггов нового поколения.

Раздел 8 посвящен электрическим дипольным распадах« легких векторных мезонов У-^Бу, где Б - скалярный мезон. Поиск этих распадов был впервые осуществлен в эксперименте НД по изучению распадов ф и ю мезонов в состояния тЛ1°у и 71°г|у (табл.1). Необходимо отметить, что до начала эксперимента НД вопрос не был достаточно проработан теоретически и конкретные предсказания вероятностей таких распадов отсутствовали, хотя проблемы самых легких скаляров, в том числе ао(980) и £Ь(980) мезонов, обсуждалась в литературе. По ходу анализа данных НД были найдены некоторые указания на наличие сигнала на очень высоком уровне 10'3 (рис.6), но в итоге был лишь установлен ряд верхних пределов на относительные ширины таких распадов на уровне КГМО"4. В результате обсуждения этих данных Н.Н.Ачасовым были исследованы теоретические возможности наблюдения указанных распадов и высказана идея возможности использования этих распадов ф мезона для прояснения природы ао(980) и Г0(980) мезонов.

В последние годы интерес к этому вопросу резко усилился, что выразилось в волне публикаций, в которых предлагались различные модели, описывающие строение легких скаляров, и/или анализировались различные возможные механизмы электрических дипольных распадов ф мезона. В них подтверждается, что вероятность распадов ф -» ао(980)у, 1"о(980)у зависит от структуры скалярных мезонов ао(980) и ^(980), которая до сих пор не установлена. Существующие экспериментальные данные по этим мезонам плохо согласуются с предположением об их двухкварковой природе, скорее всего это некоторые экзотические состояния, например, четырехкварковые состояния, каонные молекулы, гибридные состояния, глюбольные состояния. Будущие эксперименты по изучению распадов ф мезона должны решить эту проблему экспериментально. Первый эксперименты с детекторами СНД и КМД-2 также позволили получить предварительные результаты в виде новых верхних пределов (табл.1).

В эксперименте НД был впервые установлен также верхний предел на вероятность распада Ну, где Н - легкий Хиггсовский бозон, который предсказывался в некоторых расширениях стандартной модели элекгрослабого взаимодействия. Как было показано М. Волошиным, вероятность распада такого бозона с массой несколько сот МэВ на пару пионов доминирует. Эксперимент НД позволил осуществить поиск узкого резонанса в распаде ф-мЛг0у. Конечно, этот предел еще далек от уровня теоретических предсказаний, но это исследование показало практическую возможность достижения этого уровня в будущих экспериментах на ф-фабрике, что подтвердили дальнейшие теоретические исследования.

300 400 500 600 700 800

N

40 _

20

20

10

-10

300 400 500 600 700 800

М„.МеУ

Рис.6 Спектр гатариаитш.гх масс двух наиболее энергичных фотонов, не вошедших в 7С° мезон в к°ут( событиях. Точки - эксперимент, сплошная лиши -аппроксимация, штриховая линия - вклад фона, штрих-пунктир - вклад искомого процесса я°Г|7, полученный в результате аппроксимашш даш:ого спектра, а) Все события. Ь) Вычтен расчетный фон от распада ф -> г|у.

В разделе 9 проводится обсуждение результатов эксперимента НД по изучению реакции е+е"-> сш°. Особенность эксперимента НД состояла в том, что эта реакция впервые исследовалась с использованием радиационного распада со-мезона на я°у. Несмотря на меньшую статистику, такой канал реакции выгоден, поскольку фон и, следовательно, возможные

систематические ошибки значительно ниже, чем в основном канале распада ю->л+7Гтс°. В эксперименте НД было показано, что наблюдаемое сечение нельзя описать вкладом только одного резонанса р(770), необходимо учитывать возбужденные состояния р. Эта реакция представляется одной из перспективных для прояснения вопроса о спектре возбуждений векторных мезонов, интенсивно обсуждающейся в литературе в течение многих лет. Данные эксперимента БМ2 по измерению сечения реакции е+е"-> шп° в области энергий выше 1.4 ГэВ находятся в хорошем согласии с данными НД (рис.7). Результаты экспериментов по фоторождению юл0 системы не противоречат данным НД.

1.8 2

2Е(Се\/)

Рис.7 Сечение процесса е+е'—> со к" в различных экспериментах.

Результаты НД позволяют провести анализ переходного формфактора в области q2 = (1-2) веУ2 совместно с областью q2 = (0-0.4) веУ2 из эксперимента по измерению распада со-»л°ц+ц'. Измеренное значение константы связи позволяет проверить результаты прямых расчетов.

При анализе этого эксперимента также впервые была детально проверена гипотеза частичного сохранения векторного тока (CVC). Для этого использовались данные детектора ARGUS, выполнявшего эксперименты на е+е" коллайдере DORIS, Гамбург, Германия, в области энергии Т-резонансов, и данные детектора CLEO, полученные на коллайдере CESR, Корнелл, США. Расчеты показали хорошее согласие данных е+е' аннигиляции как с величиной относительной вероятности распада т->шл"ут, так и со спектральной функцией в этом распаде. Для этого, совместно с С.И.Эйдельманом была оригинальная методика, позволяющая учесть статистические и систематические ошибки измерений, выполнешшх в различных экспериментах, без привлечения дополнительных модельных предположений. Результаты хорошо согласуются с расчетами других авторов и позволяют надежней оценивать ошибки. Новые эксперименты на CESR и LEP в целом подтверждают предсказания этих расчетов. Реакция е+е"-> ал0, наряду с другими реакциями рождения нзовекторных адронных состоянии в е+е" аннигиляции, открывает возможность осуществления еще одной проверки стандартной модели и других положений теории частиц высоких энергии н QCD.

В заключении приводится список основных результатов, полученных автором работы.

В приложениях приводятся описания пакетов компьютерных программ и примеры их использования.

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих

работах:

1. ПРОЦЕССЫ E+E"->E+E"Y, цУу, m С ВЫЛЕТОМ ЧАСТИЦ НА БОЛЬШИЕ УГЛЫ. В.Н.Иванченко, Э.А.Кураев, В.С.Пашш, С.И.Эйдельман, Препринт ИЯФ 78-926 Новосибирск 1978. 16с.

2. НЕЙТРАЛЬНЫЙ ДЕТЕКТОР. В.М.Аульченко, А.Д.Букин, В.Б.Голубев h др., Препринт ИЯФ 82-142. Новосибирск, 1982. 29с.

3. THE NEUTRAL DETECTOR AT VEPP-2M. V.B.Golubev, V.P.Druzhinin, V.N.Ivanchenko et al., Nucí. Instr. and Mcth. 227: 467-469, 1984.

4. UNIMOD- УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПРОГРАММА МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ВСТРЕЧНЫХ Е*Е" ПУЧКАХ. А.Д.Букин, В.Н.Иванченко, М.Ю.Лельчук и др., Препринт ИЯФ 84-33, Новосибирск 1984. 68с.

5. SEPARATION OF LOW-ENERGY ELECTRONS AND PIONS IN NEUTRAL DETECTOR. V.P.Druzhinin, V.B.Golubev, V.N.Ivanchenko, S.I.Serednyakov. In: Proceedings of the Third International Conference on Instrumentation for Colliding Beam Physics, Novosibirsk 15-21 March, 1984. Novosibirsk, 1984, p.77-80.

6. MEASUREMENT OF PHI-MESON RADIATIVE DECAYS AT THE STORAGE RING VEPP-2M WITH THE NEUTRAL DETECTOR. V.P.Druzhinin, V.B.Golubev, V.N.Ivanchenko et al., Phys. Lett. B144: 136140, 1984.

7. МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АДРОНОВ С ЯДРАМИ. СРАВНЕНИЕ РАСЧЕТОВ ПО ПРОГРАММЕ NUCRIN С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫМИ ДАННЫМИ. А.Д.Букин, В.П.Дружинин, В.Н.Иванченко и др., Препринт ИЯФ 86-18, Новосибирск: 1986. 28с.

8. THE REACTION Е+Е- -> ©л0 IN THE CENTER OF MASS ENERGY RANGE FROM 1.0 TO 1.4 GEV. S.I.Dolinsky, V.P.Druzhinin, M.S.Dubrovin et al., Phys. Lett B174: 453-457, 1986.

9. ВЕРХНИЙ ПРЕДЕЛ ПОЛЯРИЗУЕМОСТИ НЕЙТРАЛЬ-НОГО ПИОНА. В.Б.Голубев, С.И.Долинский, В.П.Дружинин и др., Ядерная физика 45: 1004-1007, 1987.

10. THE WIDTH OF co-MESON. V.M.Aulchenko, S.I.Dolinsky, V.P.Druzhinin et al., Phys. Lett. B186: 432-434, 1987.

11. SEARCH FOR RARE RADIATIVE DECAYS OF Ф-MESON AT VEPP-2M. V.P.Druzhinin, M.S.Dubrovin, S.I.Eidelman et al., Z.Phys. C37: 15, 1987.

12. СНД - СФЕРИЧЕСКИЙ НЕЙТРАЛЬНЫЙ ДЕТЕКТОР ДЛЯ ВЭПП-2М. В.М.Аульченко, В.А.Аксенов, П.М.Бесчастнов и др., Препринт ИЯФ 87-36, Новосибирск 1987, 12с.

13. RADIATIVE DECAYS OF RHO AND OMEGA MESONS. S.I.Dolinsky, V.P.Druzhinin, M.S.Dubrovin et al., Z.Phys. C42: 511-518, 1989.

14. RESULTS OF EXPERIMENTS WITH THE NEUTRAL DETECTOR AT E+E- STORAGE RING VEPP-2M. V.Ivanchenko, In: Proc. of III Inter. Conference HADRON'89, Ajaccio, Corsica (France), September 23-27, 1989. Editions Frontieres, 1989, p.165-172.

15. THE STATUS OF THE PROJECTS ON Ф- AND B- FACTORIES IN NOVOSIBIRSK. V.Ivanchenko, In: Proc. of III Inter. Conference HADRON'89, Ajaccio, Corsica (France), September 23-27, 1989. Editions Frontieres, 1989, p.503-510.

16.SND - SPHERICAL NEUTRAL DETECTOR FOR VEPP-2M. V.V.Anashin, B.M.AuIchcnko et al., In: Proc. of V Inter. Conference on Instrumentation for Colliding Beam Physics, Novosibirsk, March 15-21, 1990. World Scientific, 1990, p.360-366.

17. UNIMOD2 - УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПРОГРАММА МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ВСТРЕЧНЫХ Е+Е- ПУЧ-КАХ. ЧАСТЬ 1. ОБЩЕЕ ОПИСАНИЕ. А.Д.Букин, Н.А.Грозина, В.Н.Иванченко [I др., Препринт ИЯФ 90-93. Новосибирск, 1990, 33с.

18. UNIMOD2 - УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПРОГРАММА МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ВСТРЕЧНЫХ Е+Е- ПУЧ-КАХ. ЧАСТЬ 2. РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ. А.Д.Букнн, Н.А.Грозина, В.Н.Иванченко и др., Препринт ИЯФ 90-95. Новосибирск, 1990, 46 с.

19. UNIMOD2 - УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПРОГРАММА МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ВСТРЕЧНЫХ Е+Е- ПУЧКАХ. ЧАСТЬ 3. РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ-ПРОГРАММИСТА. А.Д.Букнн, Н.А.Грозина, В.Н.Иванченко и др., Препринт ИЯФ 90-96. Новосибирск, 1990, 42с.

20. UNIMOD2 - UNIVERSAL MONTE CARLO CODE FOR SIMULATION E+E- EXPERIMENTS. In: Proc. Workshop on Detector and Event Simulation in High Energy Physics. Amsterdam, The Netherlands, April M2, 1991. Amsterdam, 1991. p.79-85.

21. SND-DETECTOR FOR VEPP-2M AND Ф-FACTORY. y.M.Aulchenko, B.O.Baibucinov, T.V.Baier et al., In: Proc. of Workshop on 3hysics and Detectors for БАФКЕ The Frascati Ф-factory. Frascati, April 912,1991. Ed. G.Pancheri, INFN, Frascati, 1991. p.605-613.

22. UNIMOD2 - UNIVERSAL MONTE CARLO CODE. 4. SIMULATION DF HADRON-NUCLEUS INTERACTIONS WITH THE NUC92 CODE. VD.Bukin, N.A.Grozina, V.N.Ivanchenko, K.Hanssgen, Preprint BudkerlNP >2-93. Novosibirsk, 1992, 17 pp.

23. SUMMARY OF EXPERIMENTS WITH THE NEUTRAL DETECTOR \T THE ЕТГ STORAGE RING VEPP-2M. S.I.Dolinsky, V.P.Druzhinin, vl.S.Dubrovin et al., Physics reports 202: 99-170, 1991.

24. STATUS AND FUTURE OF THE VEPP-2M COLLIDER IN NOVOSIBIRSK. V.N.Ivanchenko, In: Proc. of IV Inter. Conference IADRON'91, University of Maryland, College Park, 12-16 August, 1991. .Vorld Scientific, 1991, p.886-889.

25. RADIAL EXCITATIONS OF RHO(770) IN THE E+E-:XPERIMENTS. V.N.Ivanchenko, In: Proc. of IV Inter. Conference

HADRON'91, University of Maryland, College Park, 12-16 August, 1991. World Scientific, 1991, p.886-889.

26. E+ E- ANNIHILATION INTO HADRONS AND EXCLUSIVE TAU DECAYS. S.I. Eidelman, V.N. Ivanchenko. INP-90-147, Nov 1990, Novosibirsk. 13pp. Phys. Lett. B257: 437-440, 1991.

27. ELECTROMAGNETIC CALORIMETER OF THE DETECTOR SND.

A.D.Bukin, C.I.Dolinsky, V.P.Druzhinin et al., Journal of Nuclear Physics 56: 75-78,1993; Phys. Atom. Nucl. 56: 1494-1496,1993.

28. ГИСТОГРАММНАЯ ПРОГРАММА GIST. А.Д.Букнн,

B.Н.Иванченко, Препринт ИЯФ 93-81. Новосибирск, 1993,28 с.

29. UNIMOD2 - УНИВЕРСАЛЬНАЯ ПРОГРАММА МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТОВ НА ВСТРЕЧНЫХ Е+Е- ПУЧКАХ. ЧАСТЬ 5. РУКОВОДСТВО ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ВЕРСИИ 2.0. А.Д.Букин, Н.А.Грознна, В.Н.Иванченко и др., Препринт ИЯФ 94-20. Новосибирск, 1994, 104 сс.

30. СОСНА - ПАКЕТ ПРОГРАММ ДЛЯ СТРУКТУРИ-РОВАНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ. В.Н.Иванченко, Препринт ИЯФ 9425, Новосибирск, 1994, 38 с.

31.TAU DECAYS AND CVC. S.I. Eidelman, V.N. Ivanchenko. BUDKERINP-94-104, Dec. 1994. 13pp. Talk given at 3rd Workshop on Tau Lepton Physics, Montreux, Switzerland, 19-22 Sep 1994. Nucl.Phys.Proc.Suppl. 40:131-138, 1995.

32. BEGINNING OF THE EXPERIMENTS WITH SND DETECTOR AT E+E- COLLIDER VEPP-2M. V.M.Aulchenko, M.N.Achasov, T.V.Baier et al., Preprint BudkerlNP 95-56, Novosibirsk, 1995. 23pp; In: Proc. of HADRON'95, The 6-th Inter. Conf. on Hadron Spectroscopy, The University of Manchester, Manchester, UK, 10-14 July, 1995. p.295-297.

33. REVIEW OF RADIATIVE DECAYS STUDY. V.N.Ivanchenko. In: Proceedings of Workshop on Physics and Detectors for DAONE '95, Frascati, April 4-7, 1995. Ed. R.Baldini et al., INFN-Laboratori Nazionali di Frascati, Frascati, 1995, p.559-570.

34. A METHOD OF ELECTROMAGNETIC SHOWER IDENTIFICATION AND MEASURING OF ITS POSITION IN SEGMENTED CALORIMETERS. M.G.Bekishev, V.N.Ivanchenko. Nucl. Instrum. Meth. A361: 138-148, 1995.

35. TRANSVERSE ENERGY PROFILE OF ELECTROMAG-NETIC SHOWER. A.V.Bozhcnok, V.N.Ivanchenko, Z.K.Silagadze, Nucl. Instr. and Meth. A379: 507-508, 1996.

36. ABSOLUTE ENERGY CALIBRATION OF THE SND DETECTOR ÎALORIMETER BY COSMIC MUONS. M.N.Achasov et al., Nucl. Instr. and ieth. A379: 505-506, 1996.

37. A SEARCH FOR ANOMALOUS CONTRIBUTION IN E+E- n°/x\ ANNIHILATIONS. M.Benayoun, S.I.Eidelman, V.N.Ivanchenko, LPNHE

6-05, Paris, 1996; Z. Phys. C72: 221-230, 1996.

38. STATUS OF THE EXPERIMENTS WITH SND DETECTOR AT E+E-:OLLIDER VEPP-2M IN NOVOSIBIRSK. M.N.Achasov et al., Budker INP 6-47, 1996, 12pp.