Создание и изучение электромагнитных калориметров ячеистого типа и исследование редких радиационных распадов легких мезонов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

и

ф государственный научный центр российской федерации

В

Э ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

I НЕР

0&

?«. о . 96-50

, г ОЛ^

" • " На правах рукописи

Останков Александр Павлович

СОЗДАНИЕ И ИЗУЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ КАЛОРИМЕТРОВ ЯЧЕИСТОГО ТИПА И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕДКИХ РАДИАЦИОННЫХ РАСПАДОВ ЛЁГКИХ МЕЗОНОВ

01.04.23 - физика высоких энергий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Протвино 1996

М-24

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

Научный руководитель - доктор физико-математических наук A.M. Зайцев.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук А.А Деревщиков, кандидат физико-математических наук В.Н. Ноздрачёв.

Ведущая организация - Институт ядерных исследований (г.Троицк).

Защита диссертации состоится "_" _:_- 1996 г. в

_часов на заседании диссертационного совета Д-034.02.01 при Институте

физики высоких энергий (142284, г. Протвино Московской обл.).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЙФВЭ.

Автореферат разослан "_" _ 1996 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д-034.02.01 Ю.Г.Рябов

© Государственный научный центр Российской Федерации Институт физики высоких энергий, 1996

Актуальность проблемы. Поиск и исследование радиационных распадов мезонов — одна из актуальных задач адронной спектроскопии в настоящее время. Изучение редких радиационных распадов предоставляет уникальную информацию о характере различных кварковых конфигураций в адронах, механизмах смешивания, электромагнитной структуре сильновзаимодействуюгцих частиц и т.д. Изучению теоретических аспектов этих вопросов посвящено большое количество работ. Экспериментальная информация о радиационных распадах, особенно о Е1-переходах, менее обширна, что связано как с малостью брэнчингов большинства таких распадов, так и с экспериментальными трудностями их поиска, вызванными, в первую очередь, большим количеством фона от распада 7Г° —> 77 с одним потерянным 7-квантом. Важнейшим детектором установки, определяющим возможность проведения на ней подобного рода экспериментов, является электромагнитный калориметр. Установка ВЕС ЙФВЭ, предназначенная для проведения исследований в области мезонной спектроскопии, предоставляет возможность для изучения редких процессов с одиночными 7-квантами в конечном состоянии.

В то же время развитие электромагнитных калориметрических детекторов, способных удовлетворить жёстким условиям работы в будущих экспериментах, особенно на планируемом коллайдере ЬНС, представляет важное направление проводимых методических разработок.

Цель диссертационной работы:

— экспериментальное изучение распадов

— разработка и исследование электромагнитных калориметров для экспериментов на ускорителях сверхвысоких энергий.

Автор защищает:

1. Разработку и создание электромагнитного калориметра установки ВЕС.

/1(1285) р°(770)Т

/1(1285) <¿(1020)7, <¿(1020) —► К+К~]

(1) (2)

2. Результаты исследования распадов /i(1285) —> ро(770)*у и /i(1285) —► <£(1020)7 в экспериментальных данных, полученных на установке ВЕС.

3. Результаты изучения характеристик электромагнитного калориметра типа "шашлык" в сочетании с активным конвертором.

Научная новизна и практическая ценность. В реакции ж~N —> 7r~/i(1285)iV при импульсе Рт-= 37 ГэВ/с изучен редкий радиационный распад (1). Статистика, использованная для анализа данной реакции, существенно превосходит мировую, что позволило получить наиболее точное в настоящее время значение относительной вероятности этого распада. Путём анализа угловых распределений для событий с распадом (1) впервые экспериментально определено отношение элементов матрицы плотности р°-мезона. На той же статистике получено ограничение на относительную вероятность распада (2). Определён верхний предел для угла смешивания нонета аксиальных мезонов а = \Вideal — & axial | •

Разработана конструкция и измерены характеристики сцинтилляционного электромагнитного калориметра с переизлучающими волокнами в качестве системы светосбора (известный в настоящее время как калориметр типа "шашлык"). Показана способность этого прибора удовлетворить требованиям экспериментов при сверхвысоких энергиях.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано семь печатных работ.

Апробация работы. Основные результаты, представленные в диссертации, опубликованы в отечественных и зарубежных журналах [1,2,3,4,5,6,7], докладывались на семинарах ИФВЭ и международных конференциях.

Структура диссертации. Работа изложена на 80 страницах, состоит из введения, четырёх глав и заключения, содержит 33 рисунка, 5 таблиц и список цитируемой литературы, включающий 48 наименований.

Содержание работы

В первой главе кратко описаны установка ВЕС и условия измерений. Измерения выполнены на вторичном пучке отрицательных пионов ускорителя У-70 с энергией 37 ГэВ. Результаты изучения радиационных распадов, изложенные в диссертации, получены на статистике сеанса 1990 года.

Установка ВЕС — это широкоапертурный спектрометр (см. рис.1), предназначенный для изучения процессов типа

71-N птг* тК* k-r N'. (3)

Рис. 1. Схема установки ВЕС.

Установка содержит следующие основные элементы:

• пучковую часть: телескоп сцинтилляционнных счетчиков Si S4, газовые пороговые черепковские счётчики Ci~Cz (на рисунке не показаны) и пучковые камеры В PC]

• бериллиевую мишепь Т с охранной системой VETO;

• группу головных пропорциональных камер РС\

• магнит M (размер полюсов 2.5 х 1.5 м2, расстояние между полюсами 1 м, поперечный импульс 0.7 ГэВ);

• микродрейфовые пропорциональные камеры в зазоре магнита fiDC;

• многоканальный пороговый черенковский счетчик С для идентификации вторичных частиц;

• микродрейфовые СГС камеры DC\

• триггерный сцинтилляционный годоскоп Н\

• счётчики антисовпадений ВК для подавления событий с непровзаимодейство-вавшей пучковой частицей;

® электромагнитный калориметр из свинцового стекла ECAL, размером 2.5 х 1.9 м2.

Установка ВЕС имеет высокоскоростную систему сбора данных, выполненную на основе стандарта МИСС. За цикл ускорителя система способна принимать до ~ 4000 событий, что составляет ~ 4 Мбайт. Статистика данного сеанса составляет примерно 6 • 107 реконструированных событий типа (3), это соответствует интегральной светимости около 1 • 102 нбн-1.

Во второй главе дано подробное описание электромагнитного калориметра установки. Он представляет собой сборку блоков свинцового стекла марки Ф8-00.

Центральная часть выполнена в виде матрицы 38 X 32 отдельных счётчиков с поперечными размерами 43 X 43 мм2 (32 счётчика — по вертикали), периферия состоит из счётчиков двойного размера 86x86 мм2. Полный размер активной области детектора составляет 2.5 х 1.9 м2. Общее количество счётчиков — 1550. В качестве фотодетекторов используются ФЭУ-84-3 для центральной части детектора и ФЭУ-110 — для его периферии. Для приёма информации используются выполненные в стандарте МИСС 12-бит АЦП. Временное разрешение прибора (ворота АЦП) составляет 80 не.

Использование 7-детектора в составе широкоапертурного магнитного спектрометра ВЕС накладывает целый ряд требований, специфичных для конкретной постановки физического эксперимента. В данной главе при описании 7-детектора особое внимание уделяется как его конструктивным особенностям, так и специфике эксплуатации прибора в составе установки. К ним, в частности, относится:

1. Использование двух типов размеров ячеек. Удвоение поперечного размера периферической ячейки позволяет существенно уменьшить количество каналов, не приводя к заметному ухудшению характеристик прибора — периферическая часть детектора обеспечивает равноточные измерения углов и импульсов вторичных 7-квантов.

2. Наличие рассеянного магнитного поля в районе размещения фотоумножителей, которое приводит к необходимости использования многослойных защитных экранов.

3. Необходимость работы в высокоинтенсивных пучках частиц. Это обстоятельство предъявляет повышенные требования к кратковременной (внутри сброса) стабильности коэффициентов усиления ФЭУ. В диссертации подробно описана отработанная процедура паспортизации и отбора фотоумножителей.

4. Использование высокоскоростной системы сбора данных в установке ВЕС приводит к необходимости максимально разгрузить базовый компьютер от процедур тестирования, медленного контроля, управления режимами работы электроники, перемещения 7-детектора при калибровке на электронном пучке, управления и установки высоковольтного напряжения на счётчиках и т.д. Решение этих задач при разработке системы сбора данных было возложено на аппаратные ЭВМ "Электроника-60", которыми укомплектована каждая подсистема детекторов установки. В диссертации изложен комплекс задач, решаемых аппаратным компьютером электромагнитного калориметра, показаны его роль и назначение в общей структуре системы сбора данных установки ВЕС.

Электромагнитный калориметр при работе в составе спектрометра ВЕС имеет следующие характеристики:

в Интегральное по поверхности прибора энергетическое разрешение может быть описано зависимостью вида

£1*1 = ^ + 2 М = ГэВ.

Усреднённое по ячейке координатное разрешение следует зависимости

[Е] = ГэВ

г т 5.5 , п <гх[мм] = —7= + 1.2

VE

для центральной области детектора и

9 5

(Г. [мм] = + 3

[Е] = ГэВ

для крупных ячеек периферийной части.

Возможности электромагнитного калориметра как спектрометра масс частиц иллюстрирует рис.2, где показан спектр эффективных масс пары зарегистрированных 7-квантов, полученный при изучении реакции ir~N —► Точности восстановления масс 7г°- и 77-мезонов по их распадам на 2 7-кванта составляют <гто = 8.8 МэВ и <тп = 31.7 МэВ.

1

4000

3500

3000

2500

2000

1500

1000

500

ID

Entries

Meon

RMS

14035 28302 0.2134 0.1591

xVndK68. P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P9 P10 P11 P12

-0 0 -0,

/ 187

3369. ± 0.1345 ± .S755E—02 ± 82.39 ± 0.5471 ± .3170E—01 ± 0.8524 ± 2361. ± .1186E+05 ± •2280E+05 ± 1961E+05 ± 6319. ±

38.81 0.8009E-04-0.7579E-04 4.090 0.1362E-02 0.1630E-02 1.251 3.115 4.074 4.735 4.931 4.274

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1

М, веУ

ис. 2. Спектр эффективных масс пары 7-квантов, полученный при изучении реакции

Третья глава посвящена изучению радиационных распадов (1) и (2) [1,2,3]. 5 качестве источника /1-мезонов использовалась эксклюзивная реакция

ir~N -> 7T~/i(1285)iV,

(4)

а его моды распада /1(1285) —► 7г+х 77(77 —> 77) (рис.За) и /1(1286) —» К+К 7Г°(7Г° —> 77) (рис.ба) были использованы для нормировки.

Рис. 3. Спектры эффективных масс систем: (а) 1С+тг~7) для событий реакции тс~ N —> , (Ь) х+7г_7г""7 и (с) 7Г+7г"~ для событий реакции тг~.ЛГ —»7Г+я""7г~7^.

Спектры эффективных масс системы 7Г+7Г~7 и подсистемы 7Г+7Г~ с наименее энергичным 7г~ из двух возможных показаны на рис.ЗЪ,с. Пик в области ~ 1.27 ГэВ интерпретируется в основном как сигнал от распада (1) и некоторый фон от процесса

тг~N -> тг'о^Я (5)

1—«- 7г°7г+7г_

дающий вклад в ту же область эффективных масс.

Основываясь на результатах парциально-волнового анализа системы /1 (1285)7Г~ (/х —> 7г+7г~7у), для усиления вклада /1-мезона в спектр эффективных масс 7Г+7Г~7 на отобранные события были наложены следующие кинематические обрезания:

в Косинус угла Готтфрида-Джексона системы 7Г+7Г~7Г_7 лежит в области -0.8 < cosвGJ < 0.4 ("ОЗ-СиУ).

Распределение угла Готтфрида-Джексона Д-мезона указывает на его "центральное" рождение. « Полная эффективная масса всех частиц конечного состояния удовлетворяет требованию 1.4 < < 2.4 ГэВ ("М-Си1").

Рождение системы Дтг- наиболее интенсивно в этой области полных масс, в Квадрат переданного импульса

-£' < 0.05 ГэВ/с2 ("Т-Си<;"). Дифракционное рождение системы /17т-. в Эффективная масса пары 7Г+7Г~ лежит в области /з-мезона 0.6 < <

0.9 ГэВ ("Шю-СЫ").

Рис.4 демонстрирует эффективность этих обрезаний.

Применение перечисленных обрезаний улучшает отношение сигнал/фон в массовом спектре 7г+7г~7 и уменьшает ширину изучаемого пика благодаря подавлению

фона ох событий (5), которые без дополнительных отборов дают вклад на уровне 40 % в наблюдаемый сигнал.

и s 2000

>

0)

2

О 1500

т~

\ И 1000

с

о

>

LÜ 500

+ + +

а).

Г

- ++

iv

+Ч

Rho-Cut

_i_1_I—

о

^ 1000

0)

2

О 750

* 1

\

ОТ 500

с

ю

>

ш 250

0

Г

Л

+ +

+

b).

Rho.GJ—Cuts

j_i_l.

0.8

1.2 1.4

M(7t+tt>) , GeV/c2

0.8

1.2 1.4

М(п+я--у), GeV/c*

>

<0 2

С

<u

Ö

600 -

400

200

1 tt с).

: +1

1 + аА

+ fT"^ \

* ч

- X

л

Rho,GJ,M-Cuts

1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 .j 1 ..

0.8

1.2 1.4

M(n*"iT» , GeV/cJ

0 0.8

1 1.2 1.4

М(п"п» , GeV/c*

Рис. 4. Влияние кинематических обрезаний на спектр эффективных масс системы тг+1г~-у.

Угловые распределения распада (1) определяются отношением роа/ рп элементов матрицы плотности р°-мезона в его системе покоя. В частности, распределение 0,-nt, где dint — угол между 7г+ и 7 в системе покоя р°, записывается в виде

dN/9int ос рп - sin2eint + poo • cos29int.

Обычно экспериментальные угловые распределения, как и общее количество полезного сигнала, искажены наличием фоновых событий. Для определения соответствующего влияния фонового процесса (5) был проведён анализ реакции ir~N —> 7r-a°iV и полученные результаты использованы для вычисления угловых распределений фона.

Экспериментальные угловые распределения дифракционного рождения системы /i7T~ с последующим распадом /г(1285) фитировались методом максимального правдоподобия функцией вида

/(П) = Xh • fh{p00lpn,V) + ХЬкв • Л*Я(П).

Здесь /д описывает рождение и последующий распад системы fiir~, используя известную матрицу плотности /i-мезона, a fbkg описывает угловые распределения фоновых событий (5). Обе функции поправлены на аксептанс с учётом применения всех описанных выше кинематических обрезаний. О представляет собой набор

углов, который фиксирует топологию события. "Гладкий" фон, не имеющий выраженного пика вблизи 1.27 ГэВ, был вычтен в минимизируемой функции с использованием событий из лево- и правосторонних прилегающих к интересующей нас области массовых интервалов. Оптирующая процедура позволила определить три параметра:

Х^ — количество Д-мезонов;

Хькд — количество фоновых событий от распада

роо/Ри — отношение элементов матрицы плотности р°-мезона в системе его покоя.

В результате получено хорошее описание всех угловых распределений. В качестве примера на рис.5а показан результат фитирования распределения по углу Bint для экспериментальных событий из области масс /х-мезона после проведения вычитания "гладкого" фона. Соответствующие вклады в результат фита от распада /i и от фонового распада который имеет специфичную форму, показаны раздельно на рис.5Ь. При "слабых" кинематических обрезаниях на экспериментальных распределениях отчётливо выражен пик от фоновых о°- событий вблизи cos#;nt=0. Этот пик существенно уменьшается после применения "сильных" (т.е. всех, перечисленных выше) обрезаний.

1П

см

120 =*

Strong Cut

с 01

40 -

la).

_l_I_L—1_I_I_I_I_1_

■ I_I_I_1_' I '

-1

-0.5

0.5 1

in

CM

о 100

И

с 75

(1)

>

U

50

25

0

Strong Cut

г lb).

1 1 1 1 1 1 1,1 i i 1 i i i i "IT

-1

-0.5

0.5 1

COS1>m

ю

CN 400

О

и 300

С

CI)

>

LJ 200

100

0

-1

Weak Cut,

±

+

Ila).

, I , , , -0.5

J_I_I_1_J_1_I_I_I_I_1_

0.5 1

cost5,„,

in

cn

200

о

V >

hJ

100

Weak Cut

о -1

___i"

j_i_i_i_

-0.5

ПЬ).

0.5 1

costJw

Рис. 5. 1,П(а) Результат фитирования экспериментальных угловых распределений для событий с эффективной массой системы 1г+7г~7 из области /1(1285)-мезона для "сильного" и "слабого" кинематических обрезаний. 1,Н(Ъ) Вклад в полученную в результате фитирования функцию от событий с распадом Д-мезона (сплошная линия) и фоновых событий с а°-мезоном (пунктирная линия).

I_1_1

■_I_I_I

I_1_I_I

Распределение по углу для событий с распадом fx демонстрирует отчётли-зую зависимость вида cos2 9^., что указывает на доминантную роль матричного элемента р0о. Найденное отношение элементов р-матрицы р°-мезона составляет

роо/рп = 3.9 ± 0.9(siai) ± l.O(sysi).

В рамках модели векторной доминантности с учётом теоремы Ландау-Янга наблюдаемое подавление рц соответствует ожидаемому для аксиально-векторной частицы, распадающейся на р-мезон и 7-квант.

Найденная относительная вероятность распада /г(1285) составляет:

Вг(Л(1285) -> /(770)7) = (2.8 ± 0.7jstat) ± 0.6(syst)) • Ю"2.

Поиск распада (2) производился с использованием того же набора данных при аналогичных описанным выше кинематическим обрезаниям для усиления вклада /г-мезона. Для идентификации вторичных частиц использовалась информация от многоканального порогового черенковского счётчика.

Рис. б. Спектр эффективных масс системы К+К~тг°: (а) для событий реакции тг~N —> K+K~^г~7г0N и систем К+К~ (Ь), К+К~7 (с) для событий реакции —►

К+К-т-чИ.

Спектр масс системы К+К~ для конечного состояния К+К(рис.бЪ) демонстрирует ясный пик, соответствующий </>(1020)-мезону. В окончательном массовом спектре К+К~7 для событий из области ¿-мезона, полученном с вычитанием фона от прилегающих к ф интервалов масс (рис.бс), сигнал от распада (2) отсутствует. Полученный верхний предел его относительной вероятности составляет

Вг(Д(1285) -> ¿(1020)7) < 0.9 • Ю-3, СЬ=95%.

В рамках простой кварковой модели можно показать:

ВтУг->ф7) „4 (Р^У 2а

-*еп /

где Р^р-, и — импульсы фотонов для соответствующих распадов в си-

стеме покоя /1-мезона. Тогда, используя экспериментально найденные здесь величины, можно определить верхний предел для угла смешивания нонета аксиальных

мезонов а = \вша1 - вахш\~-

Все полученные экспериментальные данные находятся в согласии с оценками вероятности El-переходов в рамках кварковой модели.

Четвёртая глава представляет результаты исследований сцинтилляционно-го электромагнитного калориметра типа "шашлык" (рис.7) в сочетании с активным конвертором, выполненных в рамках совместного методического эксперимента R&D-36 (CERN) для установки CMS на LHC [4,5,6,7]. Требования, предъявляемые к электромагнитному калориметру для работы в составе CMS, в наиболее полной степени отражают условия проведения измерений в экспериментах на будущем ускорителе LHC. К ним относятся:

— хорошее энергетическое и пространственное разрешение, продиктованное желанием наблюдать распад Н —> 77;

— высокие быстродействие и загрузоустойчивость;

— способность работать в сильном магнитном поле;

— хорошее угловое разрешение для уточнения вершины первичного взаимодействия вдоль направления сталкивающихся пучков;

— требование хорошей 7г°-режекции до возможно более высоких энергий.

а < 32°, CL=95%.

МОДУЛЬ КАЛОРИМЕТРА типа ШАШЛЫК

Рис. 7. Общий вид модуля электромагнитного калориметра типа

"i

шашлык .

»

змютиый жажух

Измерения были выполнены на тестовых пучках SPS в CERN для нескольких ариантов прототипов калориметра, в том числе и для проективных модулей, твечающих геометрическим требованиям коллайдерной установки. В большинстве [змерений в качестве фотодетекторов использовались не подверженные влиянию ильных магнитных полей кремниевые фотодиоды, оснащённые низкошумящими гсилителями (передний фронт trc-cr = Ю не, полная длительность — 40 не, :обственный шум ENC = 1100е~). Активный конвертор, использованный в части жепозиций, представлял собой две плоскости кремниевых детекторов с взаимно фтогональным направлением стрипов (ширина стрипа — 2 мм), расположенные юответственно после 2Х0 и 2Хъ + 1Х0 свинцового поглотителя.

Измеренное энергетическое разрешение может быть параметризовано в виде

|(%)=(8-1^°,1)®(0.8d=0.1)> [Д] = ГэВ.

Стохастический член определяется в основном самшшнг-структурой (2 мм РЬ ■f 4 мм сцинтиллятор). Световыход, усреднённый по модулям, составляет 20(±10%) фотонов/МэВ, при этом вклад шумов электроники в разрешение при использовании фотодиодов не превосходит 80 МэВ на канал. Особое внимание в измерениях было уделено факторам, влияющим на постоянный, не зависящий от энергии, член в параметризации разрешения, поскольку при высоких энергиях именно он определяет характеристики прибора. В этой связи изучена продольная неоднородность модулей калориметра и показано, что незначительный поворот модулей калориметра относительно направления падающих частиц 9Z ~ 3° позволяет практически полностью устранить локальную поперечную неоднородность, вызванную наличием "горячих" зон вокруг спектросмещающих волокон; продемонстрирована возможность использования координатной информации от калориметра для коррекции глобальной поперечной неоднородности, вызванной краевыми эффектами модулей, что существенным образом уменьшает вклад постоянного члена в энергетическое разрешение.

Из данных, полученных при работе калориметра совместно с активным конвертором, следует, что влияние конвертора на поведение энергетического разрешения комбинированного прибора может быть описано зависимостью <гJE ~ 4.6%/VE ([Е]=ГэВ) и существенно только в области низких энергий. Измеренное координатное разрешение для электронов на кремниевом детекторе, расположенном после ЗХо-поглотителя, составляет егх(мм) « 1.5 ¡ч/Е + 0.1 ([Е]=ГэВ). Достигаемое угловое разрешение комбинированного прибора ограничивается собственным координатным разрешением калориметра и для поперечного размера модуля равного 42 х 42 .мм2 в предположении геометрии установки CMS показано на рис.8. Кривые на рисунке демонстрируют поведение зависимостей вида 70 мрад¡ч/Ё и 60 мрад/ч/Ё.

При измерениях в магнитном поле до 3 Т не было обнаружено заметного его влияния как на профиль электромагнитного ливня в калориметре, так и на энергетическое разрешение прибора. К числу наблюдаемых эффектов магнитного поля

следует отнести некоторое увеличение световыхода сцинтиллятора и существенное уменьшение правых негауссовых хвостов в амплитудных сп. '.трах при работе с кремниевыми фотодиодами, вызванных продольными утечками ливней.

20 15

"О

Е

£ ю

ф

ь

5 0

0 20 40 60 80 100 120 140 160

Еьмт ♦ GeV

Рис. 8. Угловое разрешение комбинированного ("шашлык" + кремниевый конвертор) детектора как функция энергии регистрируемых электронов.

В заключении кратко сформулированы основные результаты диссертация:

1. Разработан и создан электромагнитный калориметр, удовлетворяющий требованиям физического эксперимента, проводимого на установке ВЕС.

2. В данных установки ВЕС в реакции ir~N —* 7r~/i(1285)JV при импульсе =37 ГэВ/с изучен распад /i(1285) —► рй(770)7- Определена относительная вероятность этого распада:

Br(/i(1285) р°(770)7) = (2.8 ± 0.7(eíe¿) ± 0.6(syst)) • 10~2.

Эта величина находится в согласии с оценками вероятности Е1-переходов в рамках кварковой модели.

Путём анализа угловых распределений определено отношение элементов матрицы плотности /о°-мезона в системе его покоя:

роо/ри = 3.9 ± 0.9(stat) ± 1.0{sy&t).

Получено ограничение на относительную вероятность распада /i (1285)

<¿(1020fr:

Вг(Л(1285) ^(1020)7) < 0.9 • Ю-3, CL=95%,

: зх0 + Sí + Shashlík

70 mrad /VE

- • Central oreo (2X2)cmJ 60 mrad /VE

- 0 Areo (5X10)001* 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

Определён верхний предел для угла смешивания нонета аксиальных мезонов:

а = 1- вахЫ\ < 32°, СЬ=95%.

3. Разработана конструкция сцинтилляционного электромагнитного калориметра с переизлучающими волокнами в качестве системы светосбора (калориметр "шашлык"). Измерены его энергетическое, пространственное и угловое разрешения, в том числе в присутствии сильного магнитного поля и в сочетании с активным конвертором. Рассмотрено влияние факторов, определяющих характеристики прибора при сверхвысоких энергиях. Показана способность калориметра удовлетворить условиям проведения экспериментов на ускорителе ЬНС.

Список литературы

[1] Amelin D.V., Berdnikov Е.В., Bityukov S.I. Borisov G.V., Dorofeev V.A., Dzhelyadin R.I., Gouz Yu.P., Ivanyushenkov Yu.M., Kachaev I.A., Karyukhin A.N., Khokhlov Yu.A., Klyuchnikov G.A., Kon.stantin.ov V.F., Kopikov S.V., Kostrikov M.E., Kostyukhin V.V., Kriushin A.A., Lomtadze T.A., Matveyev V.D., Mestvirishvili A.S., Ostankov A.P., Ryabchikov D.I., Solovyanov O.V., Starchenko E.A., Tskhadadze E.G., Vishnevsky N.K., Vlasov E.V., Zaitsev A.M. Study of the Decay /i(1285) p°(W)r- Zeitschrift für Physik С. 1995, v.C66, р.71-7б; preprint IHEP 94-91, Protvino, 1994.

[2] Amelin D.V., Berdnikov E.B., Bityukov S.I., Borisov G.V., Dorofeev V.A., Dzhelyadin R.I., Gouz Yu.P., Ivanyushenkov Yu.M., Kachaev I.A., Karyukhin A.N., Khokhlov Yu.A., Llyuchnikov G.A., Konstantinov V.F., Kopikov S.V., Kostrikov M.E., Kostyukhin V.V., Kriushin A.A., Lomtadze T.A., Matveyev V.D., Mestvirishvili A.S., Ostankov A.P., Ryabchikov D.I., Sehniaidze G., Solovyanov O.V., Starchenko E.A., Tskhadadze E.G., Vlasov E.V., Zaitsev A.M. Study of Resonance Production in 7Г~N Diffractive Reactions at 37 GeV/c. - In: Proceed. International Conference on High Energy Physics, Glasgow, 1994.

[3] Beladidze G.M., Berdnikov E.B., Bityukov S.I., Borisov G.V., Dzhelyadin R.I., Gouz Yu.P., Ekimov A.V., Ivanyushenkov Yu.M., Kachaev I.A., Karyukhin A.N., Khokhlov Yu.A., Klyuchnikov G.A., Konstantinov V.F., Kostrikov M.E., Kostyukhin V.V., Kriushin A.A., Lomtadze T.A., Matveyev V.D., Mestvirishvili A.S., Ostankov A.P., Ryabchikov D.I., Sen'ko V.A., Soldatov M.M., Starchenko E.A., Tskhadadze E.G., Vishnevsky N.K., Vlasov E.V., Zaitsev A.M. Latest Results from the VES Experiment. - In: Proceed. Vth International Conference on Hadron Spectroscopy, Como, Italy, 21-25 June, 1993.

[4] R&D-36 Collaboration.1 Beam Test Results of Shashlik Calorimeter in High Magnetic Field: Preprint CERN-PPE/95-152, 1995 (to be published in NIM).

[5] R&D-36 Collaboration. Energy and Spatial Resolution of a Shashlik Calorimeter and a Silicon Preshower Detector: Preprint CERN-PPE/95-151, 1995 (to be published in NIM).

[6] Bityukov S.I., Obraztsov V.F., Ostankov A.P. On the Energy Resolution of the Projective Prototype of the "Shashlik" Electromagnetic Calorimeter: Preprint IHEP 94-107, Protvino, 1994.

[7] Badier J., Bityukov S., Bordalo P., Busson Ph., Chariot C., Dobrzynski L., Gninenko S., Guschin E., Issakov V., Mussienko Y., Obraztsov V., Ostankov A., Ramos S., Semenjuk I., Tanaka R., Zaitchenko A. Shashlik Calorimeter: Beam Test Results: Nuclear Instruments &: Methods in Physics Research, 1994, v. A348, p. 74-86.

Рукопись поступила 24 июня 1996 г.

1P.Aspel, S.Bates, J.Badier, S.Bityukov, Ph.Bloch, P.Bordalo, J.Bourotte, A.Busata, Ph.Busson, S.R.Chendvankar, I.Cheremukhin, C.Charlot, E.Clayton, D.J.A.Cockerill, J.Connolly, L.Denton, R.Djilkibaev, L.Dobrzynski, A.Egoxov, O.Ferreira, S.N.Ganguli, S.Gninenko, N.Godinovic, I.Golutvin, R.Grabit, Ch.Gregory, S.K.Gupta, A.Gurtu, E.Guschin, P.Jarion, A.Karar, Y.Kozlov, F.Lemeilleur, R.Loos, M.Maity, G.Majumder, P.Manigot, A.Marchioro, K.Mazumdax, D.Miller, P.Moissenz, T.Moulik, Y.Musienko, V.Obraztsov, A.Ostankov, V.Popov, Yu.Protopopov, I.Puljak, S.Ramos, E.Rosso, V.Rykalin, C.Seez, I.Semenyuk, A.Sidorov, A.Skasyrskaya, P.Spiridonov, I.Soric, V.Soushkov, R.Tanaka, J.Ch.Vanel, J.Varela, V.Vasil'chenko, T.S.Virdee, N.Zamiatin, E.Zubarev.

Введение

1 Установка ВЕС

2 Электромагнитный калориметр установки ВЕС

2.1 Введение.

2.2 Конструкция 7-детектора.

2.2.1 Механическое устройство 7-детектора

2.2.2 Устройство счётчиков 7-детектора

2.2.3 Система высоковольтного питания

2.2.4 Система мониторирования

2.2.5 Тестирование и паспортизация ФЭУ

2.3 Электроника

2.3.1 Структура системы сбора данных.

2.3.2 Регистрирующая электроника

2.3.3 Функции аппаратной ЭВМ в системе сбора данных 7-детектора.

2.4 Основные характеристики 7-детектора

3 Исследование радиационных распадов лёгких мезонов

3.1 Введение.

3.2 Отбор событий.

3.3 Кинематические обрезания

3.4 Анализ угловых распределений.

3.5 Определение вероятности распада/1(1285) р°(770)

3.6 Распад /1(1285) —» <^(1020)7 и угол смешивания нонета аксиальных мезонов.

4 Исследование электромагнитного калориметра типа

Шашлык

4.1 Введение.

4.2 Прототип непроективных модулей.

4.2.1 Локальное энергетическое разрешение

4.2.2 Локальная неоднородность отклика калориметра. Эффект переизлучающих волокон

4.3 Изучение прототипа проективных модулей.

4.3.1 Продольная и поперечная неоднородности проективных модулей.

4.3.2 Энергетическое разрешение.

4.4 Влияние магнитного поля.

4.5 Совместная работа с активным конвертором.

4.5.1 Влияние активного конвертора на энергетическое разрешение электромагнитного калориметра

4.5.2 Координатное разрешение активного конвертора

4.5.3 Оценка углового разрешения.

В 1986-1994 гг. в ИФВЭ на установке ВЕС (ВЕршинный Спектрометр) был проведён цикл исследований в области спектроскопии легких мезонов. В ходе этих исследований были получены некоторые новые результаты в частности связанные с изучением редких радиационных распадов. Поиск и исследование радиационных распадов мезонов - одна из актуальных задач адронной спектроскопии в настоящее время. Их изучение предоставляет уникальную информацию о характере различных кварковых конфигураций в адронах, механизмах смешивания, электромагнитной структуре сильновзаимодействующих частиц и т.д. Изучению теоретических аспектов этих вопросов посвящено большое количество работ. Экспериментальная информация о радиационных распадах, особенно о Е1 переходах, значительно менее обширна, что связано как с малостью брэнчингов большинства таких распадов, так и с экспериментальными трудностями их поиска, вызванными, в первую очередь, большим количеством фона от распада тг° —» 77 с одним потерянным гамма-квантом. Важнейшим детектором установки, определяющим возможность проведения на ней подобного рода экспериментов, является электромагнитный калориметр. Установка ВЕС ИФВЭ, предназначенная для проведения исследований в области ме-зонной спектроскопии, представляет возможность для изучения редких процессов с одиночными 7-квантами в конечном состоянии. В то же время развитие электромагнитных калориметрических детекторов, способных удовлетворить жёстким условиям работы в будущих экспериментах, особенно на планируемом коллайдере ЬНС, представляет важное направление проводимых методических разработок.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. В первой главе дана краткая характеристика экспериментальной установки ВЕС и условий набора статистики. Личный вклад автора в проведение эксперимента состоит в разработке и создании электромаг

Основные результаты диссертации:

1. Разработан и создан электромагнитный калориметр, удовлетворяющий требованиям физического эксперимента, проводимого на установке ВЕС.

2. В данных установки ВЕС в реакции тт~М —> тг~/1(1285)УУ при импульсе Р7Г-= 37 ГэВ/с изучен распад /1(1285) —> р°(770)7. Определена относительная вероятность этого распада:

2.8 ± 0.7^а^ ± 0.6(вуз*)) • 10~2.

Это значение находится в согласии с оценками вероятности Е1 переходов в рамках кварковой модели.

Путём анализа угловых распределений определено отношение элементов матрицы плотности /?°-мезона в системе его покоя: р00/рп = 3.9 ± 0.9(5^) ± 1.0(52/5^).

Получено ограничение на относительную вероятность распада /1(1285) (/)(1020)7:

1(1286) -> ф{ 1020)7) < 0.9 • Ю-3, СЬ=95%.

Определён верхний предел для угла смешивания нонета аксиальных мезонов:

ОТ = \0rdeal - дахга1\ < 32°, СЬ=95%.

3. Разработана конструкция сцинтилляционного электромагнитного калориметра с переизлучающими волокнами в качестве системы светосбора (калориметр типа Шашлык). Измерены его энергетическое, пространственное и угловое разрешения, в том числе в присутствии сильного магнитного поля и в сочетании с активным конвертором. Рассмотрено влияние факторов, определяющих характеристики прибора при сверхвысоких энергиях. Показана способность калориметра удовлетворить условиям проведения экспериментов на ускорителе LHC.

Благодарности

Диссертация основана на работах, выполненных совместно с коллективом, работающим на установке ВЕС, и автор считает своим приятным долгом выразить благодарность коллегам:

Д.В. Амелину, Г.М. Беладидзе, Е.Б. Бердникову, С.И. Битюкову, Г.В. Борисову, Н.К. Вишневскому, Е.В. Власову, Ю.П. Гузу, В.А. Дорофееву, Р.И. Джелядину, А.Н. Карюхину, И.А. Качаеву, C.B. Копико-ву, Г.А. Ключникову, В.Ф. Константинову, М.Е. Кострикову, В.В. Ко-стюхину, A.A. Криушину, М.А. Кулагину, H.A. Кулешову, Т.А. Лом-тадзе, В.Д. Матвееву, В.Ф. Образцову, Д.И. Рябчикову, В.К. Семенову, О.В. Соловьянову, Е.А. Старченко, Ю.А. Хохлову, Э.Г. Цхададзе, E.H. Чернову.

Я глубоко признателен научному руководителю Александру Михайловичу Зайцеву за постановки задач и научное руководство.

Я также благодарен коллегам из ОЭА: Ю.Б. Бушнину, B.C. Ваньё-ву, П.И. Гончарову. С.А. Зимину, А.Н. Исаеву, А.К. Конопляннико-ву, В.А. Медовикову, A.A. Разумову, В.А. Сенько, М.М. Солдатову, H.A. Шаланде, H.H. Чернявскому, В.И. Якимчуку, в течение долгого времени работавшим на установке ВЕС, оснащая установку электроникой и обеспечивая её надёжную работу.

Я благодарен Дирекции ИФВЭ за поддержку программы ВЕС, коллективу Опытно-экспериментального производства за работы по изготовлению детекторов установки, коллективам всех подразделений и служб ускорителя, обеспечивших возможность проведения измерений. Хочу также выразить свою благодарность коллективу Отдела математики и вычислительной техники за обеспечение эффективной работы ЭВМ.

Также пользуюсь случаем поблагодарить своих коллег из коллабо-рации R&D-36 за тесное и плодотворное сотрудничество.

Заключение

1. Prokoshkin Yu.D. On Designing a Universal Gamma Spectrometer for the Experiments at the SPS, CERN/SPSC/72-52/1.0, Geneva, 1972;

2. EP, T-02756, Serpukhov, 1974.

3. Inyakin A.V. et al., Results on Experimental Study of the Hodoscope Spectrometer Prototype, CERN/SPSC/72-52/I70, Geneva, 1972; IHEP, T-02756, Serpukhov, 1974.

4. Акопджанов Г.А. и др., Препринт ИФВЭ 76-110, Серпухов, 1976; NIM 140 (1977) 441.

5. Давыдов В.А. и др., Препринт ИФВЭ 76-155, Серпухов, 1976; NIM 145 (1977) 267.

6. Кистенёв Э.П. и др., Препринт ИФВЭ 78-85, Серпухов, 1978.

7. Беликов Н.И. и др., Препринт ИФВЭ 86-65, Серпухов, 1986.

8. Василевский А.В. и др., Препринт ИФВЭ 84-2, Серпухов, 1984.

9. Бинон Ф. и др., Препринт ИФВЭ 80-141, Серпухов, 1980; NIM 188 (1981) 507.

10. Боратав М. и др., Препринт ИФВЭ 84-50, Серпухов, 1984.

11. Аввакумов И.А. и др., Препринт ИФВЭ 86-66, Серпухов, 1986.

12. Акопджанов Г.А. и др., Препринт ИФВЭ 78-127, Серпухов, 1978.

13. Евдокимов В.Н. и др., Препринт ИФВЭ 84-83, Серпухов, 1984.

14. Акопян М.В. и др., Препринт ИФВЭ 88-217, Серпухов, 1988.14 15 [1617