Образование п0 и п мезонов во взаимодействиях протон-бериллий при энергии 450 ГэВ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ



На правах рукописи УДК 539.12.126

Тихомиров Владимир Олегович

ОБРАЗОВАНИЕ И Г) МЕЗОНОВ ВО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ ПРОГОН-БЕРШИЙ ПРИ ЭНЕРГИИ 450 ГэВ

01.04.16 - физика атомного ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА - 1995

Работа выполнена в Физическом Институте им. П.Н.Лебедева Российской Академии Наук (ФИАН) и в Европейском Центре Ядерных Исследований (ДЕРН)

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Шмелева А.П.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор И.М.Дремин, ФИАН, Москва

Ведущая организация: Институт Теоретической и Экспериментальной Физики, Москва

на заседании Специализированного Совета К 002.39.04 Физического Института им. П.Н.Лебедева Тоссийской Академии Наук по адресу: 117942, Москва, Ленинский проспект, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФИАН.

доктор физико-математических наук Ю.А.Голубков, НИИЯФ МГУ, Москва

Защита состоится " ,

1995г. в_часов

Автореферат разослан

Ученый секретарь Специализированного Совета, доктор физико-математических наук

В.Д.Скаржинский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящей работе представлены результаты экспериментального измерения инклюзивных дифференциальных спектров и п мезонов с малыш поперечными импульсами, образованных во взаимодействиях протонов с ядрами бериллия при энергиях 450 ГэВ, а также результаты исследования эффекта Бозе-Эйнштейновских корреляций в системе я0 мезонов. Работа выполнена на основе обработки данных, полущённых в эксперименте NA34 (другое название - эксперимент HELIOS), проведенного на ускорителе SPS в ЦЕРНе. (Европейская Организация Ядерных Исследований, Швейцария) в 1986-1989 г.г.

Актуальность работы.

Главными задачами эксперимента NA34 было исследование процессов образования лептонных пар с малой инвариантной массой в адронных взаимодействиях. В области масс mu<500 Мэв/с одним из основных источников образования таких пар являются Далиц-распады о и я? мезонов (я0; г]->7е+е~, гн7Р-+Р-~) • и п мезоны являются также доминирующими источниками фона при изучении процессов образования прямых фотонов. Измерение выхода как тс°, так и п мезонов при малых Рт представляет и самостоятельный интерес, поскольку большая часть полного сечения ровдения частиц определяется именно этой областью спектра. Изучение этих спектров монет дать богатую' информацию о механизмах образования частиц, привести к лучшему понимании динамики мягких адронных процессов, прояснить роль валентных и морских кварков и глюонов в процессах адронизацш партонов.

Изучение Бозе-Эйнштейновских корреляций мезонов также дает богатую информацию о процессах образования этих частиц, прежде всего - о размерах и форме области генерации тР мезонов.

Целью настоящей работы являлоеь измерение инклюзивных дифференциальных спектров чс0 и п мезонов с малыш поперечными

импульсами, образованных во взаимодействиях р-Ве при энергии падающего протона 450 ГэВ, а также исследование корреляционных эффектов в системе тс° мезонов, образованных в этих реакциях.

Новизна основных результатов диссертации.

В соответствующей области кинематических переменных - полная энергия в системе центра масс нуклон-нуклон ~30 ГэВ, центральные быстроты и малые (0<РТ<2 ГэВ/с) поперечные импульсы - полученные в работе результаты являются первыми измерениями спектров тс0 мезонов и наиболее точными измерениями спектров п-мезонов.

Впервые измерены дважды дифференциальные (по поперечному импульсу и быстроте) сечения тс° мезонов.

Впервые в протон-ядерных взаимодействиях высоких энергий изучались Бозе-Эйнштейновские корреляции нейтральных % мезонов.

Впервые наблюдались корреляции в системе 3-х и0 мезонов.

Научная и практическая ценность работы.

Полученные данные о сечениях образования тс° и п мезонов могут быть использованы как в экспериментальных работах, так и в теоретических исследованиях при оценке различных моделей, описывающих процессы образования частиц. Данные о корреляциях мезонов также могут быть использованы при построении моделей, описывающих процессы множественного рождения частиц.

Апробация работы.

Результаты работы докладывались на семинарах Отдела космических излучений и Лаборатории элементарных частиц ФИАН, Лаборатории физики элементарных частиц МИФИ, рабочих совещаниях эксперимента helios, и на Сессии Отделения ядерной физики РАН в декабре 1992 г. в Москве.

Публикации.

По представленным в диссертации материалам опубликовано 5

научных работ, список которых представлен в конце автореферата, йце 2 работы готовятся к публикации в настоящее время.

Объем и структура диссертации.

Диссертация состоит из Введения, четырех глав и Заключения. Эбъем работы: 107 страниц, в том числе 32 рисунка, Эиблиографический сшсок из 87 наименований.

Автор защищает:

- результаты измерения инклюзивных дифференциальных сечений и п мезонов с малыми поперечными импульсами (Рт<2 ГэВ),

образованных в области центральных быстрот в процессах взаимодействия протонов с энергией 450 ГэВ с ядрами бериллия;

- результаты исследования процессов множественного рождения к0 мезонов в указанных реакциях, полученные методом Бозе-Эйнштейновских корреляций.

Вклад автора.

Автор участвует в эксперименте HELIOS с 1986 года.' Во время набора экспериментальных данных автор принимал участие в сеансах работы на ускорителе, занимался написанием программ для экспресс-анализа данных. После окончания периода набора данных, автор занимался их обработкой. Им были написаны программы обработки экспериментальных данных, относящихся к теме данной работы, а также соответствующие программы для моделирования методом Монте-Карло. Автором были проведены расчеты, необходимые для решения поставленной задачи, получены физические результаты, проведен их анализ и сравнение с данными других экспериментов'.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассматривается постановка задачи. Приводится краткий обзор имеющихся экспериментальных данных: по образованию

- б -

прямых лептонов и лептонных пар с малой инвариантной массой. Отмечено, что Далиц-распада и п мезонов являются домининирущш источником лептонных пар в области масс та<500 Ыэв/с2. В то же время, как полные, так и дифференциальные сечения образования и, особенно, п мезона, известны из экспериментальных данных недостаточно хорошо. Например, различные оценки полного сечения рождения п мезона отличаются между собой более, чем в два раза. Отсюда возникает необходимость прямого измерения спектров тс° и о мезонов для определения вклада этих частиц в процессы образования лептонных пар. Такое измерение крайне желательно проводтъ на пой же установке и 6 той же кияеяатческой области, в которых измеряется выход лептонных пар, что позволяет значительно уменьшить систематические ошибки.

Изучение эффекта Бозе-Эйнштейновских корреляций (БЗК) не входило в' первоначальную программу эксперимента паз4. Однако широкие возможности установки, полученный нами обширный экспериментальный материал, касающийся я? мезонов, позволили заняться рассмотрением этого весьма интересного эффекта. Хотя БЭК изучались в большом количестве экспериментов, нам известны из литературы только две работы, в которых исследовались корреляции нейтральных шонов. В одной из них изучались корреляции я? мезонов, образованных в. яГХе взаимодействиях при 3,5 ГэВ/с, а в другом - во взаимодействиях ядро-ядро при энергиях 200 ГэВ/нуклон. Мы же впервые изучали БЗК тс0 мезонов в протон-ядерных взаимодействиях при высокой энергии.

В первой главе рассмотрены основные задачи эксперимента ндзд, описаны элементы экспериментальной установки нвыоз.

В целом ряде экспериментов как на встречных рр пучках, так и на фиксированной мишени в пучках р, х+, % с энергиями от 10 до

400 ГэВ, было обнаружено, что наблюдаемый выход лептонных пар (как в ее, так и в 141, моде) превышает вклад от всех известных источников таких пар. Это явление получило название "аномальных" лептонных пар. С другой стороны, в ряде работ было найдено, что выход лептонных пар полностью согласуется с вкладом известных источников. Прояснение этого вопроса и было основной задачей эксперимента NA34/I.

Схема установки эксперимента NA34 представлена на рис. I. Для понимания рассматриваемых в диссертации вопросов ваша следующая информация об установке.

Пучок представлял собой протоны с энергией 450 ГэВ и дисперсией по энергии 6Е/В*10""3. Его поперечное сечение при падениии на мишень составляло около 30 мкм. Интенсивность пучка на нашей мишени была 10s протонов/сброс при длительности сброса 2,6 сек и интервалом между сбросами 14,4 сек.

Мишень представляла собой бериллиевую нить длиной 4 см (10% ядерной и 11% радиационной длины) и диаметром 125 мкм. Центр мишени служит началом системы координат всей установки helios, при этом ось z направлена по пучку, ось Y - вверх, а ось х - в соответствии с правилом правой руки.

На расстоянии 16 см от мшени по пучку располагался кремниевый ячеистый детектор (Si-Pad). Детектор диаметром 30 мм

состоит из 400 прямоугольных_ячеек (pad) с толщиной

полупроводникового слоя 300 мкм и поперечным размером ячеек от 0,2x1,6 мм2 до 1,67x6,6 мм2. Снимаемый с кавдой ячейки сигнал ионизации усиливался и направлялся на дискриминаторы, которые выделяли сигнал, соответствующий прохождению через ячейку одной релятивистской частицы. Таким' образом подсчитывалась множественность заряженных частиц в событии.

Для нас важнейшим из детекторов установки HELIOS являлся уран-жидкоаргоновый калориметр (ÜLA.C), поскольку мы регистрировали тс° и п мезоны через их распад на два у-кванта, энергия и координаты которых измерялись калориметром. Калориметр располагался на расстоянии 400 см от мишени. Продольно иьлс разделен на две части: электромагнитную (ЕМ) и адронную (HD). ЕМ часть калориметра имеет I ядерную длину и 18,5 радиационных длин и состоит из 18 слоев в виде "сэндвича": абсорбер - жидкий аргон - считывающая пластина - жидкий аргон. Абсорбером служит никелированный уран (1,65 мм и238). Считывающие пластины ЕМ части разделены на 1920 ячеек с поперечным размером в основном 2x2 см2, обеспечивающих информацию об энерговыделении в каждой ячейке.

Измеренное в тестовом пучке'( электроны с энергией I? или 40 ГэВ) энергетическое разрешение калориметра для одиночного электромагнитного ливня составило: а£м(Е) * 13^-VE(ГэВ). Точность измерения координат ливня оказалась около 4 мм. В реальных событиях различные эффекты приводят к некоторому ухудшению энергетического и пространственного разрешения.

Во второй главе рассмотрены вопросы предварительного отбора и обработки экспериментальных данных; выделения пиков частиц в спектре масс пу^; а также моделирования процессов образования и П мезонов и вычисления эффективности их регистрации в установке.

Экспериментальный материал, послуживший основой данной работы, относится к 1988 году. В сеансах этого года было записано около 800 магнитных лент, которые содержали около 4,5-Ю6 событий.

В начале главы подробно описываются цроцедуры поиска и отбора электромагнитных ливней в калориметре ULA.C, а также вопросы корректировки измеренной энергии у-квантов.

Отбор по параметрам ливней (характеризующим его продольный и

вперечный размеры) применялся с целью отделения электромагнитных швней от примеси адронных. Были также введены обрезания по )нергш ливня: ГэВ, ограничение на минимальное расстояние

«евду двумя ливнями ди^бсм, исключены из рассмотрения у-кванты, 1авше ливни, слишком близко к внешнему или внутреннему краям салоримвтра: расстояние от центра ливня до оси пучка было ограничено 7cMiRxy*3I cm. Последнее ограничение определяло, в зсновном, область быстрот, доступную в наших измерениях: -0,2sy*ii,2. Все эти отборы были предприняты с целью исключения тех кинематических областей, для которых эффективность регистрации ливней оказывается слишком низкой. Кроме этого, проводился отбор сто определенным типам on-line триггера.

Окончательно, после всех отборов, ш имели около I-IO событий для анализа спектров тс° и п мезонов. Информация об этих событиях (координаты и энергия ливней; множественность заряженных частиц, определенная с помощью si-pad детектора; тип триггера и т.п.) была записана на магнитную ленту и служила материалом для последующей обработки.

Далее в кавдом событии строился спектр инвариантных масс всех возможных комбинаций пар у-квантов. При этом предполагалось, что все зарегистрированные в калориметре ливни есть 7-кванты -продукты распада короткоживущих частиц, т.е. точкой образования этих 7-квантов является мишень. Зная также координаты ливней в калориметре и их энергию, возможно восстановление всего 4-х импульса 7-квантов к, следовательно, вычисление любых кинематических характеристик как 7-квантов, так и их пар. На рис. 2 представлен полученный наш спектр инвариантных масс т^,.

Из распределений масс ггу^, определялось число тс° и п мезонов, т.е. превышение числа пар 77 в пике над комбинаторным фоном. Общее

число мезонов, найденных во всех событиях, составило около 212000 частиц, средняя величина реконструированной массы т(тс0)=135,4 МэВ/с2, а ширина пика а(х°)=Ю,4 МэВ/с2, в хорошем согласии со значениями, ожидаемыми из моделирования методом Монте-Карло. Для п мезона соответствующие величины составили 9450 частиц, т(г))=539 МэВ/с2, о (г)) =21,1 МэВ/с2. При определении дифференциальных сечений, т.е. зависимости числа частиц от поперечного импульса Рт и от быстроты в системе центра масс нуклон-нуклон у*, массовые спектры пу^, подобные показанному на рис. 2, строились для каждого бина соответствующей кинематической переменной и для каждого бина определялось число частиц или п.

Для вычисления дифференциальных спектров частиц, найденное число х° и г) мезонов должно быть скорректировано с учетом эффективности их регистрации для каждого бина по Рт и У*. Эффективность вычислялась методом Монте-Карло. Мы моделировали процесс образования или г) мезонов в инклюзивных реакциях вида:

р +- N -> иР + X (I)

р + N -> п + X (2)

в кинематической области 0<РТ*2 ГэВ/с, -а,25У*зГ,2 с последующим распадом тс° и п мезонов на 2 7-кванта. При моделировании процесса (I) мы пользовались параметризацией экспериментальных данных по сечениям х+ и мезонов, а процесса (2) - феноменологической параметризацией, полученной на основе экспериментальных данных по иг, К, р, ш, фи <1/ф мезонам. Далее разыгрывалось прохождение распадных 7-квантов через установку и вычислялась вероятность их регистрации в калориметре ШАС с учетом всех проводимых отборов по параметрам ливня (см. ниже). Также моделировалось соответствующее эксперименту "размывание" по измеряемым энергии 7-кванта и его координатам в" калориметре. На рис. 3 показана зависимость

эффективности регистрации ж ц мезонов для ряда значений поперечного импульса и быстрота.

Для определении эффективности регистрации распадных т-квантов в калориметре ш моделировали одиночный электромагнитный ливень и "накладывали" его на реальное событие т.е. энергия, выделенная этим ливнем в ячейках калориметра, складывалась с энергий, зарегистрированной в соответствующих ячейках калориметра б реальном экспериментальном событии. После этого такой "гибрид" смоделированного ливня и реального события поступал на вход программы реконструкции ливней и проходил обычную обработку. Такой метод позволил учесть реальную загрузку калориметра иьлс в условиях высокой множественности вторичных частиц.

В третьей главе представлены спектры л" к г) мезонов, проводится обсуждение полученных.результатов и сравнение с данными других экспериментов.

Инвариантное сечение и о мезонов вычислялось по формуле:

а3а * н„(Ртд*) 1 1

) = с - р 1 .-----» (3),

сГр 1 е(Рт ,У ) Вг(-УИ) 2Х<РТ>ДРТЛУ

где Нр(Рт ) - число частиц с данными значениями поперечного

импулса Рт и быстроты в системе центра масс нуклон-нуклон у*,

определенное из распределения инвариантных масс пар т-квантов пу^,;

£(рт,у*) - эффективность регистрации частиц, вычисленная для

данных Рт и У*; Вг(-»77) - бренчинг распада на 2 7-кванта (98,8%

для и 38,9% для п); ДРТ и ау* - ширина измеряемых интервалов по

поперечному импульсу и быстроте; <РТ> - среднее значение

поперечного импульса в данном интервале; Сп - нормировочный

коэффициент, задающий абсолютную нормировку спектров, единый для

всех данных.

Проводится анализ статистических и систематических ошибок

измерений. Все виды ошибок вычислялись отдельно для каждого интервала по поперечному импульсу и быстроты частиц.

Полученная зависимость инвариантного сечения тс° и о мезонов от поперечного импульса частиц представлена на рис. 4 вместе

d Р

с параметризациями, которые использовались при моделировании. Получены также зависимости сечения от быстроты в системе центра масс нуклон-нуклон Y*, а для и? мезона - и дважды дифференциальные спектры е|з£=1(рт .Y*).

Далее проводится сравнение измеренных наш Рт-спектров -тс0 и п мезонов с данными нескольких других экспериментов (с близкими к нашему значению энергии взаимодействия Vs) по регистрации я0, яг и г¡ мезонов в области центральных быстрот. Для % мезонов все спектры близки по форме, но присутствуют довольно значительные отличия в абсолютной нормировке. Немногочисленные данные по Рт-спектру г) мезона показывают значительные отличия как в абсолютной нормировке, так и в форме спектров.

Во многих экспериментах измерялись не сами сечения х° и п мезонов, а отношение r¡/%. Для сравнения представлена компиляция данных из этих экспериментов вместе с нашими результатами. Отношение г)/% явно падает при уменьшении поперечного ишульса в соответствий с гипотезой "к^-скейлинга" или даже более быстро. Для наших данных отношение сечений ц/%, проинтегрированное по поперечному импульсу в области 0<РТ*1,5 ГэВ/с, составило 0,057±0,012. Это значение совпадает в пределах ошибок с данными экспериментов ais (п/тс=0,07+0,055 для рр взаимодействий, -/£=63 ГэВ, Рт=0,2+1,5 ГэВ/с, Y*K0) И NA27 (Г)/1С=0,077±0,020, рр, V£=27 ГэВ, Рт=0^1,6 ГэВ/С, Y*>0,5).

В заключении этой главы приводятся некоторые результаты эксперимента helios по изучению лептонных пар с малыш массами. На

рис. 5 представлен наблюдаемый выход е+е" пар вместе с оцениваемым вкладом в эти спектры от различных источников. Видно, что Далиц-распады х°->е+е~7, п->е+е~7 вносят доминирующий вклад в область масс шее=0,4 Гэв/с2. Схожая картина наблюдается и для пар. Поэтому определение сечения образования я г] мезонов с малыш Рт сыграло важную роль в решении поставленной в эксперименте задачи. Как видно из того же рисунка, оцениваемый вклад от известных "тривиальных" источников практически полностью описывает наблюдаемый выход лепгонных пар, _ не . оставляя возможностей для существования каких-либо "аномальных" источников.

Четвертая глава посвящена изучению эффекта Бозе-Эйнштейновских корреляций (БЗК) в системе 7С° мезонов. № использовали гот же набор экспериментальных данных, что' и при вычислении спектров и о мезонов - это параметры 7-квэнтов, ' зарегистрированных в калориметре тлас и данные о заряженной множественности, полученные с помощью кремниевого ячеистого детектора. Схожими были и методы обработки.

В начале главы кратко рассматривются основные понятия, относящиеся к Бозе-Зйнштейновским корреляциям тождественных мезонов. Эффект БЭК проявляется в том, что идентичные бозоны рождаются, с меньшими относительными импульсами, чем неидентичные частицы в тех же условиях. Этот факт' является отражением статистики Бозе-Эйнптейна, которой подчиняются эти частицы. Можно получить отношение вероятностей регистрации тождественных и нетождественных бозонов в тех же условиях:

с* = 1 + I12 (4),

2 щ(р1)-и(р2) 12

где IV (рг), \ч (р2) - некоррелированные вероятности для одной и другой

частицы иметь 4-имцульсы р1(Е1,?1) и р^Е^,^), ккр1,р2) - их

совместная вероятность, ?12=Хехр(Ю12х)р(х)с14х, С^^-р^2* qг-%. о0=е1-в2. Таким образом, вид двухчастичной

корреляционной функции с2 зависит от плотности распределения испускаемых бозонов р(х). Изучая вид этой функции, можно получить информацию о пространственно-временной структуре источника частиц.

Дальнейший анализ проводят, как правило, предполагая какую-либо конкретную модель для распределения р(х). Мы рассмотрели несколько наиболее часто применяемых моделей. Однако общим свойством выражения (4) является то, что при Р^Рз |Р12|2=1, а при увеличении разности импульсов двух бозонов |р12|2-»0. Таким образом, для идентичных бозонов вероятность иметь равные импульсы вдвое превышает подобную вероятность для'неидентичных'бозонов.

Далее отмечается ряд экспериментальных особенностей, относящихся к изучению эффекта БЭК мезонов.

Затем рассматривается вопрос обработки экспериментальных данных. После всех отборов мы имели около одного миллиона событий, которые содержали по крайней мере 4 7-кванта (чтобы иметь возможность восстановить как минимум два мезона). Здесь мы использовали данные всех триггеров.

Далее в каждом событии вычислялись инвариантные массы всевозможных комбинаций 2-х 7-квантов (см., например, рис. 2). Если масса пары 7-квантов оказывалась в интервале П0пу^170 МэВ/с2, то такая пара считалась кандидатом на мезон. Если в событии были найдены хотя бы 2 кандидата на , такое событие анализировалось дальше, если нет - отбрасывалось. Затем перебирались все пары тс0 кандидатов, относящихся к одному событию, и для них вычислялись кинематические переменные, необходимые для анализа (сз.^.с^ и т.д.). Весь анализ проводился в системе центра ласс паЗахщШ нуклон - нуклон ядра. Полное число комбинаций пар тс°

ндидатов, составленных таким образом, оказалось равным 4,8-Ю5.

Для получения некоррелированного распределения пар наменатель в формуле (4)) брались два мезона, относящиеся к ул разным события. На рис. 6 представлены распределения по личине о для коррелированных и некоррелированных пар тс° мезонов, также частное этих распределений - корреляционная функция. Ясно ден корреляционный пик вблизи <2=0.

Мы подробно проанализировали применимость различных раметризаций для описания наблюдаемых корреляций мезонов, е полученные результаты говорят о том, что мы можем описывать рреляции в терминах одной переменной о. Фитировзние одномерного определения по о (см. рис. 6) с помощью формулы

С2= И-[1+-Л.-ехр(-Е202)] (5),

ло: Х=0,86±0,02; Н=0,62+0,01 фм; /Ш>Т=63/57. Здесь и далее есть Г ферми = 10-13см, параметр К есть степень корреляции, а N нормировочный коэффициент, учитывающий разное число событий в спределениях коррелированных и некоррелированных пар. раметризация (5) возникает в предположении гауссового цределения плотности источников бозонов.

Отбирая пары х° мезонов с разным направлением. вектора отношению к оси реакции, мы можем измерять размер области нерации в разных направлениях. Проведенный анализ позволил елать вывод о приблизительно сферичной форме области образования мезонов.

В некоторых экспериментах по БЭК было найдено, что размер ласти генерации пионов зависит от множественности заряженных стиц в событии Исн или от плотности частиц в интервале быстрот сд/АУ. Мы исследовали зависимость размеров области от 1ТСН, збив данные на несколько интервалов по множественности и

профитировав их функцией вида (5). Полученные результаты не д< оснований говорить о росте и с ростом лсн.

Мы также проанализировали наши данные в приближе! Копылова-Подгорецкого, которое соответствует экспоненциальнс испусканию бозонов с поверхности сферы радиусом Е^:

2 1 {1 + СХ4 J

где - составлящая вектора перпендикулярная ,

^ - функция Бесселя первого порядка. Мы получили в результг двумерного фита по переменным <1,. и с^: А,=0,62±0,03; 11^=1,16+0, фи; 01^=0,50+0,04 %г/1ГО?=1674/2432. Такой результат моя было ожидать, поскольку член, содержащий ч,. в формуле (£ приближенно можноагшроксимировать гауссианом с радиусом 1^=0,51^

Большая статистика позволила нам впервые наблюдать корреляи 3-х тс° мезонов. Для тех событий, в которых было найдено три в более 1с°-кандидата, для каждой тройки вычислялась величи °з=а12+а!з4<а2з' где °и ~ квадрат разности 4-импульсов пары част 1 и д. Строилось распределение величины 0-3. При построен распределения некоррелированных троек отбирались тс0 мезоны из тр разных событий. Затем строилась корреляционная функция с3=г(с как частное этих двух распределений и фитировалась формой

Мы получили: Л.3=0,84±0,02, 1^=0,2410,01 фм, %2/ЫВГ=66/42.

Поскольку нейтральные пионы, в отличие от заряженны детектируются не непосредственно, а по инвариантной массе п распадных у-квантов, то ясно, что среди так называем ■^-кандидатов (т.е. отобранных пар ту с массой, близкой к га^ только часть является истинными тс0 мезонами, а часть, представля: собой комбинаторный фон, а не физическую частицу (см., наприме; рис. 2). В работе исследовалась роль таких "ложных пионов"

аблюдаемых корреляциях. Качественный анализ показывает, что при пределенных условиях (которые выполняются в нашем случае) ложные" тс° мезоны также оказываются коррелированными.

При этом поскольку пары у-квантов, составляющих "ложные" тс° ззоны, ■ не являются физическими частицами, не является бязательным-и условие, что они должны составлять массу, близкую к ассе Отсюда следует, что даже пары у-квантов, имеющие массу не области пика it0, могут участвовать в корреляциях. Наши данные эдтвервдают такой вывод. Получена зависимость радиуса и степени эрреляции от отбираемой массы пары т^,. Корреляции присутствуют в эвольно широком диапазоне масс ш^,. постепенно ослабевая с ростом эссы. Из полученных зависимостей видно, что наличие "ложных" тс0 зсколько уменьшает измеряемый радиус корреляций и увеличивает ээффщиент корреляции К по сравнению с истинными мезонами.

В конце главы проведено сравнение наших данных с несколькими ругими экспериментами по БЭК. Показано, что полученные наш энные о Бозе-Эйнштейновских корреляциях г° мезонов в основном эгласуются с данными других экспериментов, где изучались эрреляции заряженных и нейтральных пионов в протон-протонных и эотон-ядерных взаимодействиях.

В заключении формулируются основные результаты и выводы эботы:

. В рамках эксперимента na34 (helios), проведенного на ускорителе 3S в ЦЕРН, изучались инклюзивные спектры и п мезонов, Эразовавных при взаимодействии протонов с энергией 450 ГэВ с деами бериллия. Полученные спектры использовались для вычисления слада Далиц-распадов и о мезонов в процессы образования ¡штанных пар с малыш инвариантными массами.

Вычисленные спектры для данных значений кинематических

параметров (полная энергия в системе центра масс нуклон-нуклон -^ё "30 ГэВ, центральные быстроты -0,2<У*<1,2 и малые попереречные импульсы 0<РТ<2 ГэВ/с) являются первыми для и наиболее точными для п мезона измерениями.

3. Впервые измерены дважды дифференциальные спектры (по поперечному импульсу и быстроте) х° мезона.

4. Полученные спектры сравнены с данными других экспериментов. Показано, что при определении вклада х° и п мезонов в образование лептонных пар, крайне важно измерять сечения х° и п в том же эксперименте, в котором изучаются лептонные пары. Такое измерение значительно уменьшает систематическую ошибку по сравнению с методом, когда значения сечений и п берутся из данных других экспериментов. Предварительные результаты эксперимента неыое указывают на то, что наблюдаемый выход лептонных пар голностьх описывается вкладом известных источников, среди которых доминируют распады Л п мезонов.

5. Изучались Бозе-Эйнштейновские корреляции мезонов. Радиус корреляций в гауссовом приближении равен н=0,62±0,01 ферми. Показано, что геометрическая форма области испускания пионо! близка к сферически симметричной. Не найдено зависимости размеро! области испускания от множественности заряженных частиц I событии.

6. Впервые наблюдались трехчастичные корреляции в системе Xе мезонов. Радиус трехчастичшх корреляций существенно меньше, чед для двухчастичных.

7. Исследована роль "ложных пионов" (комбинаторных пар 7 квантов, не принадлежащих реальному мезону) в Бозе-Эйнштейновски корреляциях. Показано, что вклад "ложных пионов" несколькс уменьшает измеряемый радиус корреляций и увеличивает параметр X -

степень корреляции.

8. Приведено сравнение полученных данных по Бозе-Эйнштейновским корреляциям тс0 мезонов с данными некоторых других экспериментов. С учетом вклада "ложных пионов", результаты данной работы находятся в согласии с результатами других измерений, проведенных как для заряженных, так и для нейтральных % мезонов, образованных в протон-протонных и протон-ядерных взаимодействиях.

Оновные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. T.Akesson,... ,V.TiMiomirov et al. HELIOS Collaboration. Low mass lepton-pair production in p-Be collisions at 450 GeV/c. Preprint CERN-PPE-94-140, 1994. Submitted to Z. Fhys. C.

2. Results of the HELIOS Collaboration on Low Mass Dilepton and Soft Photon Production in p-Be,'p-W and S-W Collisions. U.Goerlach, representing the HELIOS Collaboration, Nuol. Plays. 1992, v. A544, p. 109c.

3. low Mass Lepton Pair Production in 450 GeV p-Be Collisions. R.Veenhof for the HELIOS Collaboration. The Permilab Meeting DPF92, 10-14 November 1992, World Scientific, v. 2, p. 1008.

4. Soft electromagnetic processes in hadronio collisions. W.Willis, representing the HELIOS Collaboration. Proceedings of the Joint International Lepton-Photon Symposium & Europhysics Conference on High Energy Physics, Geneva 1991, Word Scientific, v. 1, p. 761-765.

5. Status Report on Electron Pair Production in p-Be Collisions at 450 GeV/c. P.Nevski, representing the HELIOS Collaboration. Proceedings of the Workshop on Soft Lepton Pairs and-Soft Photon Production, Pittsburgh, 1990, Nova Science, p. 20-29.

Calorimetry

UCAL MAGCAL UIAC UCAL Lead curtain Muon magnet

BOX »ALL EM HD - BEAM VETO.

Iron wall

¡¡¡¡¡И

----------- —-------

ш ж и

DC1 DC2 TRD DC3 Sc. pad PCO PCI. PC2 PC3 PC4 PC5 PC6 H3 H2 Electron spectrometer . Muon spectrometer

0 m 5 m

_J_._>_>_._I_

10 m . . I

15 m

till!«

Target

Strip 1

Strip 2 Si. pad Strip 3

0 cm 5 cm 10 cm 15 cm 20 cm I—I—I—I_I_I_I_1_i_i_I_i 1 i i « i 1 i i i i_1 i i

Рис. I. Схема установки HELIOS. Внизу укрупненно показана зона мишени.

Рис. 2. Распределение по эффективной массе пар 7-кваятов.

Рт. беУ/

Р„ СеУ/,

Рис. 3. Произведение геометрического аксептавса и эффективное:] регистрации для тс° и о мезонов в зависимости от ' их поперечно! импульса Рт. Кривые получены с помощью моделирования. Для п мезо! приведены данные,, проинтегрированные по быстроте у по всеь измеряемому интервалу

Рис. 4. Инвариантное сечение образования и п мезонов в зависимости от поперечного импульса.'Точки - данные эксперимента HELIOS. Кривые - параметризации, используемые при моделировании.

2 О

т |0' с

/ ¿г* ч

■.................

Гч4 V

О 0.2 ОЛ 0.« 0.8 1 (.2 1.4 1.6 1.»

Рт" (Се\

Рис. 5. Данные эксперимента неыоз по образованию е+е" пар. Точки - наблюдаемый выход пар, пунктирные кривые - оцениваемый вклад различных источников в образование е+е" пар,, заштрихованная область - коридор ошибок для суммы всех источников. Вверху -зависимость выхода от инвариантной массы пары тее, внизу - от поперечного импульса пары рт. На левых графиках - линейная шкала', по оси У, на правых - логарифмическая.

5 2.4 2 1.6 1.2

0.8 0.4 О

О 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2

0, СеУ/с

Зис. 6. Вверху - 'распределение по параметру о для соррелированных (сплошная гистограмма) и некоррелированных [точечная . : гистограмма) пар тс° мезонов. Внизу - частное этих *вух распределений (корреляционная функция). Кривая результат Цитирования функцией вида с2=и- [1+л,-ехр(-и2о2)].