Трековая система установки "Истра-М" для изучения редких распадов К-мезонов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

' од

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

ТРЕКОВАЯ СИСТЕМА УСТАНОВКИ «ИСТРА-М» ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ РЕДКИХ РАСПАДОВ ЛГ-МЕЗОНОВ

Специальность: 01.04.01 —техника физического эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

13-96-2

На правах рукописи УДК 539.1.07 539.17

СЕРДЮК Валерий Зороастрович

Дубна 1996

Работа выполнена в Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Официальные оппоненты: доктор технических наук, кандидат физико-математических наук,

Б.Ж. Залиханов

Ю.В. Заневский А.С. Кожин

Ведущее научно-исследовательское учреждение: Институт Атомной Энергии им. Курчатова (г. Москва)

Защита диссертации состоится "

'¿2ЛЬ 1996года в

часов на заседании Специализированного совета Д-047.01.03

при Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований, г. Дубна Московской области. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИЯИ.

Автореферат разослан «23 »

Ученый секретарь Специализированного совета доктор физико-математических наук

Ю.А. Батусов

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы.

В 1975 году Институтом Ядерных Исследований АН СССР была инициирована программа исследования редких распадов ж и К-мезопов на ускорителе У-70 в ИФВЭ. Установка ("ИСТРА"), адекватная решению этой задачи, была создана и запущена на канале адронов с энергией ~ 25 Гэв на У-70. К середине восьмидесятых годов на этой установке была получена серия новых результатов по распадам К-мезонов, большая часть из которых была представлена на международных конференциях и вошла в таблицы элементарных частиц.

Дальнейшее развитие этой программы потребовало существенной модернизации установки, которая была проведена по следующим направлениям:

• совершенствование трековой системы вторичных частиц на пути повышения ее точностных характеристик, а также многотрековости и аксептанса;

• создание прецизионного широкоапертурного магнитного спектрометра вторичных частиц на основе газовых дрейфовых детекторов;

• создание быстродействующего координатного детектора с малым количеством вещества для работы в пучке интенсивностью 107 сек-1;

• создание адронного калориметра и мюонпого идентификатора;

• совершенствование детекторов электронов и гамма-квантов;

• создание охранной системы черепковских счетчиков из свинцового стекла для подавления фоновых процессов с гамма-квантами и электронами в конечном состоянии, сопровождающих редкие распады;

• развитие трнггерной системы и системы приема данных, с целью повышения ее быстродействия и эффективности.

Цслыо диссертационной работы является:

• разработка технологической оснастки для изготовления дрейфовых камер с распределенным потенциалом;

• изготовление 8 однокоордннатных плоскостей дрейфовых камер с распределенным потенциалом эффективной площадью 480 х 800л!.«2 и длиной дрейфового промежутка 20 мм;

• разработка новой технологии изготовления дрейфовых камер. Изготовление четырех дуплетов камер такого типа размерами 500 х 500-н.м2 и 700 х 700.'.ш2 для установки "ИСТРА-М".

о создание новой трековой системы заряженных частиц для магнитного спектрометра установки "ИСТРА-М" по изучению редких распадов К~ -мезонов и исследование ее характеристик;

» разработка вершинного детектора, состоящего из системы дрейфовых камер и узкозазорных быстродействующих пучковых камер, способного работать в первичном пучке, интенсивностью и 10 сек-1;

Практическая ценность и научная новизна работы.

В диссертации решена проблема создания вершинного детектора для эксперимента по изучению редких распадов заряженных А'"-мезонов па лету на ускорителе У-70

(Протвино) при интенсивности первичного пучка не менее 2 х 107сек'1. Разработана технология изготовления дрейфовых камер с линейно распределенным потенциалом, предназначенных для регистрации вторичных заряженных частиц в установке. Предложен и внедрен в эксперименте новый метод создания нечувствительной зоны в области интенсивного пучка в проволочных камерах, предназначенных для регистрации вторичных продуктов от взаимодействий или распадов. Разработана новая - безрамочная технология изготовления дрейфовых камер, предназначенных как для восстановления вершины распада К-мезона и импульсного анализа подуктов распада, так и для выработки триггера на заряженные частицы. Проведены исследования характеристик разработанных детекторов в лабораторных условиях и в реальных условиях на ускорителе. Проведен анализ временных спектров в дрейфовых камерах, в результате которого, выявлены систематические ошибки, влияющие на их точностные характеристики. Доказана необходимость, учета индивидуальной координаты каждой сигнальной проволочки в результате процедуры извлечения дрейфовой функции. Демонстрируется работоспособность созданной трековой системы на основе восстановления распадов К-мезонов в установке "ИСТРА-М". Приводятся точностные характеристики установки. Измерены векторные формфакторы Л'(1:(-распада.

Обобщенный в диссертации опыт разработки проволочных камер и создания трековых систем имеет практическую ценность при планировании и проведении экспериментов с магнитными спектрометрами на пучках высокой интенсивности.

Апробация работы и публикации. Диссертация написана на основе научных работ, выполненных с участием автора в ЛЯП ОИЯИ в период с 1985 по 1995 гг.

Основные результаты диссертации докладывались на Международном рабочем совещании "Физика на УПК" (Протвино,1990)[3], на семинарах Лаборатории Ядерных Проблем[8] и ИФВЭ[10] а также опубликованы в журнале Nuclear Instruments and Methods [2,6] и материалах Рабочего совещания по Нейтринному детектору ИФВЭ-ОИЯИ (Дубна,1990)[1].

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и содержит 96 страниц текста, включая 1 таблицу, 33 рисунка и список цитируемой литературы из 92 наименований.

0.1 Содержание работы „ .

Во введении обоснована актуальность темы исследования, описана модернизированная установка "ИСТРА-М", излагаются проблемы, поставленные и решенные в процессе ее модернизации. Сформулированы цели работы и описывается структура диссертации.

Первая глава

представляет собой краткий обзор, в котором изложена проблема создания проволочных камер для работы в пучках высокой интенсивности. Анализируются и формулируются основные требования при разработке таких детекторов и приводятся методы решения возникающих проблем.

Во второй главе описывается конструкция и некоторые параметры узкозазорных пучковых пропорциональных камер установки с малым количеством вещества, предназначенных для работы в пучке интенсивностью > 10тсек-1. Камеры разрабо-танны в принципиально новом технологическом подходе. Их назначение состоит в измерении импульса частиц пучка, а также (совместно с дрейфовыми камерами) в восстановлении вершины распада. Предложенный принцип позволил создать пучковый детектор с малым количеством вещества, приемлемый для эксперимента по изучению редких распадов К-мезонов при высокой интенсивности пучка.

Ii отличие от традиционного подхода к изготовлению проволочных камор, н данном варианте отсутствует рамочная структура. Положение )лек гродон определяется металлическими стержнями 2 и 3 (рнс.1), изготовленными in калиброванного прутка промышленного изготовления, который обладает высокой однородностью по диаметру-

В технологии, реализован новый метод фиксации сигнальных проволок. На стержень 2 (рис.1) плотно, "виток к витку" наматывается спираль 1 in медной проволоки с изолирующим лаковым покрытием, в результате чего со мается точная "гребенка для намотки сигнальной плоскости с высокой 1 мкм) однородностью шага. H процессе намотки сигнальные проволоки укладываются в пазы спирали, чем гарантируется высокая точность шага и плоскостность сигнального >лекгрода.

Для модернизированного варианта установки "ИС'ГРЛ-М" было пзгоювлена серия из шести однокоордина тпых модулей пучковых камер, имеющих следующие основные геометрические характеристики :

• Расстояние между анодными п ка тодными плоскос тями -1.5 ± 0.005 мм

• Шаг анодных проволок -1.1 ±0.001 мм

• Чувствительная площадь - 110 х 1Л0 mmj

» Число анодных проволок - 118

• Диаметр анодных проволок - 0.02 мм

в Толщина катодных электродов :лавсаи + углеродный слой -0.025 мм

Рис. 0.2: Общий вид пучковых пропорциональных камер установки "ИСТРА-М"

• Поверхностное сопротивление катода - 400 Ом/см2

Общий вид пучковых пропорциональных камер установки "ИСТРА-М" показан на рис. 2. Геометрия расположения пропорциональных камер и мониторных счетчиков пучковой части установки представлена на рис.3. Две У-плоскости камер были установлены перед пучковым магнитом для измерения угла входа заряженного К-мезона по основной компоненте отклонения в магнитном поле. За магнитом установлены два дуплета (Х-У), регистрирующие трек заряженной частицы в пучке.

Широкое плато (более киловольта) эффективности и устойчивый характер работы камеры в большом диапазоне изменения рабочего напряжения является результатом высокой точности межэлектродных расстояний, достигнутых путем применения нового технологического подхода, а также использованием газовой смеси СГ4+20 %\-С4Н10, обладающей хорошими гасящими свойствами и лавсана с углеродным покры-

СП-Зб

Рис. 0.3: Геометрия расположения пропорциональных камер и мониторных счетчиков пучковой части установки.

No.chan.x Ю3

mV, 50 Q

200

50

100

150

0

28

3.3

3.8:Uc..kV

Рис. 0.4: Зависимость амплитуды сигналов от напряжения при облучении пучковой камеры источниками 90Sr и 55Fe

тием в качестве катода. Углерод обладает более высокой работой выхода по сравнению, с алюминием, который обычно используется как катодное покрытие в проволочных детекторах со сплошным катодом, а также способствует лучшей светоизолиро-ванности камеры, что в совокупности приводит к низкому уровню шумов детектора. В новой технологии, в отличие от рамочной структуры, отсутствует диэлектрик между высоковольтной и сигнальной плоскостями что исключает дополнительный источник шумов, обусловленный накоплением заряда и поляризацией диэлектрика. Конфигурация камеры и специфика ее работы, характеризуются расширенной областью лавинообразования и, следовательно, высоким (до 107) значением коэффициента газового усиления без перехода в самогасящийся стримерный режим. Получение высокого усиления в камере возможно без использования магической смеси, для которой характерен высокий уровень старения. Расширенность области лавинообразования, свойственная лавинным счетчикам, подтверждается поведением амплитуды при облучении камеры источниками 90SY и 55Fe (рис.4). Несмотря на большую разницу в первичной ионизации, производимой этими источниками ( ~ в два раза), начиная с некоторого напряжения, амплитуда сигнала от 905V сначала сравнивается, а затем превосходит амплитуду от 55Fe.

Временной джиттер в камере изменяется от 8 не (FWHM) при напряжении 2400 В до 5 пс при напряжении 2800 В. Дальнейшее увеличение напряжения практически не приводит к' его изменению. Координатная точность с учетом многократного рассеяния в воздухе и веществе черенковских счетчиков составляет а = 320 микрон, что сответствует ее теоретическому значению для камеры с данным шагом. Анализ разностей углов входа и выхода пучкового К-мезона из магнита при включенном и выключенном магнитном поле позволил впервые сделать оценку импульсного разброса пучка на установке, который составил Ар/р = 4.5%(FWHM) [6]. Мягкая компонента в пучке, исключалась при off-line обработке данных. Изучение загрузочных характеристик камер показало, что камеры не теряют эффективности при загрузках вплоть до максимально достижимой (2 х 107сек-1) на канале 4а ускорителя У-70. Эффективность не зависит также от местопрохождения частиц в камере. Наилучшая фокусировка пучка оказалась возможной при загрузке 6.5 х 106сек-1, при этом плот-

ность потока частиц составила 2.3 х 10есек_1сл2. В течение трех рабочих сеансов 1992 и 1994 года камеры продемонстрировали надежную работу. При интегральной загрузке « 10ичастиц/см^ каких-либо эффектов старения не наблюдалось.

В третьей главе описываются технологическая оснастка и дрейфовые камеры с линейно распределенным потенциалом. Приведены результаты исследования их характеристик методом теней в лабораторных условиях, а также в условиях эксперимента. Описана предложенная автором новая технология изготовления дрейфовых камер и конструкция камер такого типа, изготовленных и запущенных на установке "ИСТРА-М". Описывается метод создания нечувствительной зоны предложенный и внедренный на всех дрейфовых камерах установки, который обеспечил высокую эффективность регистрации вторичных частиц, вылетающих под малыми углами к оси пучка.

Геометрия дрейфовой ячейки камеры с распределенным потенциалом показана на рис.5. Полеформирующие плоскости 2 намотаны проволокой из бериллиевой бронзы диаметром 100 мкм с шагом 2 мм. Сигнальные проволоки 1 из золоченого вольфрама диаметром 20 мкм натянуты силой 20 г. Дрейфовая ячейка ограничена потенциальными проволоками из бериллиевой бронзы 1 диаметром 100 мкм. Расстояние между полеформирующими плоскостями в камере 6 мм, дрейфовый зазор - 20 мм. Резистор До определяет разность потенциалов между сигнальной и ближайшей к ней полефор-мирующей проволокой, что в свою очередь определяет газовое усиление в камере. Соотношение между резистором Яо и суммарным сопротивлением делителя напряжения залает дрейфовое поле в камере.

Благодаря способу создания электрического поля с помощью полеформирующих и потенциальных проволок, в ячейке камеры отсутствуют области со слабым полем. В основной области дрейфового промежутка поле однородно, увеличиваясь только вблизи сигнальной и потенциальной проволок. Таким образом, использование газовой смеси, для которой скорость дрейфа достигает насыщения уже при малых значениях электрического поля (и 500-700 В/см), обеспечивает линейность дрейфовой характеристики и, следовательно, существенно упрощает процедуру калибровки ка-

сГ

Рис. 0.6: Схематический вид (а) п конструкция (б) дрейфовой камеры, пчготовлешюй по ноной технологии (в одном объеме две камеры).

мер такого типа.

Измерение скорости дрейфа, пространственной точности дрейфовой каморы, а также дрейфовая характеристика были проведены в лабораторных условиях с помощью источника электронов !,0Яг методом теней. Пространственная точность, полученная в этих измерениях с тазовой смесыо 80%/1г+ 20(й("//|. составила <7* = 120-150 мкм, скорость дрейфа - 50 мкм/нс при дрейфовом ноле /•.',,,,. = 700 В/см. Плато эффективности дрейфовой камеры при пороге регистрации 2 микроампера, равное ~ 300 В, обеспечивает надежную рабо ту детектора в эксперимен те.

С Целью увеличения точности установки проволочных элек гродов и точности привязки плоскостей-партнеров друг к другу, уменьшения количества вещества в камере, а также обеспечения возможности включения трекового детектора в триггер на заряженные частицы, для установки "ИОТРА-М" была изготовлена серия дрейфовых камер в новом технологическом подходе. Каждый модуль представляет собой дуплет партнеров н едином тазовом обьеме, измеряющих одну н ту же координату с упрощенннои геометрией камеры без потенциальных проволок (piic.fi). Шаг сигнальных проволок в камерах равен 10.7 мм, диаметр проволоки - 20 мкм, зазор апод-качод 3 мм. Расстояние между сигнальными плоскостями в дуплете 21.3 мм.

Одним из основных элементов, к которому предъявляются высокие точностные требования (5-10 мкм), является фиксатор с пазами для металлических гюржней

с h §

1 !' i J

гч-ncs w '0,05

» 10

Рис. 0.7: Конструкция фиксатора дрейфовой камеры, изготовленной по новой технологии.

(рис.7), изготовленный из плексигласса. Положение стержней определяет положение электродов в камере.

С внутренней стороны фиксаторов в центральные пазы устанавливаются два стержня диаметром 15 мм для крепления центрального электрода, который служит одним из катодов как для одной так и для другой плоскости дуплета. Катоды изготавливаются из лавсана с углеродным покрытием толщиной 20 мкм.

С внешней стороны фиксаторов устанавливается стержень диаметром 20 мм с плотно намотанной на него по спирали медной проволокой диаметром 2 мм с изолирующим покрытием и ламелями изготовленными из фольгированного стеклотекстолита толщиной 100 мкм для пайки сигнальных проволок. Расстояние между ламелями равно шагу сигнальных проволок в камере. В процессе намотки сигнальные проволоки фиксируются в пазах между витками спирали, проходя по поверхности ламелей. В установке "ИСТРА-М" было задействовано 4 модуля камер такого типа (8 дрейфовых плоскостей). Два модуля эффективной площадью 500x500 мм2 и два 700x700 мм2.

Для обеспечения эффективной регистрации вторичных частиц, идущих под малыми углами к оси пучка в дрейфовых камерах установки "ИСТРА-М", был разработан новый метод создания нечувствительной зоны, основанный на гальваническом нанесении тонкого проводящего покрытия на сигнальную поволоку. Расчет, с учетом эмпирической зависимости 1-ого коэффициента Таунсенда от электрического поля

в

а/Р = Ае (Е/Г">, показал, что увеличение диаметра проволоки в 3-4 раза (при исходном диаметре 20 мкм) практически полностью подавляет эффективность детектора в этой области. Покрытие сигнальной проволоки из золоченого вольфрама было про-

ведено никелем с помощью стандартного электролита.

При длине омертвляемой зоны в 5 см на сигнальной проволоке из золочёного вольфрама, оптимальный ток, обеспечивший хорошее качество покрытия составил 1,25 мА (средняя катодная плотность тока = ХА/дм2). Время одного сеанса 2 часа, при этом результирующий диаметр проволоки равен 90 ±5 мкм. Проверка работоспособности предложенного метода, проведеннная на макете пропорциональной камеры размерами 128 х 128 мм2, а затем на рабочем варианте дрейфовой камеры эффективной площадью 800-480 мм2 показала, что неэффективность камеры в области прохождения пучка, равная и 10~4, обеспечивает нормальную работу камер в условиях больших загрузок. Предложенный метод не приводит к увеличению шумов на проволоке и обеспечивает резкость границ области подавления.

В четвертой главе описываются процедуры калибровки дрейфовых камер установки и всей трековой системы как целого, приводятся точностные характеристики дрейфовых камер.

На первом этапе калибровка дрейфовых камер осуществлялась в эксперименте на мюошюм пучке. Пучок содержал прямые одиночные треки с малым угловым разбросом (« 8 мрад, РХУНМ) и проходил через все трековые детекторы установки. Пучковые камеры использовались в качестве внешнего реперного координатного детектора для задания общей системы координат, привязки детекторов друг к другу и восстановления передаточной функции дрейфовых камер. Анализ временных спектров и восстановленных таким методом передаточных функций показал наличие систематических ошибок в этих процедурах, которые приводили к искажениям динамического диапазона временных распределений. В процессе изучения распределений сумм временных кодов в смещенных парах дрейфовых камер было обнаружено расщепление на два пика, которое в случае дрейфовых камер с распределенным потенциалом не было постоянным для дуплета. Этот разброс был интерпретирован как технологические ошибки в положении проволок при их намотке. Полученные данным методом калибровочные константы использовались как начальное приближение для последующей итерационной процедуры извлечения дрейфовых функций, в про-цесе которой в фит были заложены в качестве искомых параметров индивидуальные положения каждой проволоки.

Итерационная процедура калибровки состоит из следующих шагов:

1. На первом шаге задается начальное приближение для калибровочных, констант.

2. Отбираются события с одиночными срабатываниями на каждой плоскости камеры и в каждой паре смещенных партнеров решается лево-правая неоднозначность.

3. Методом наименьших квадратов проводятся треки по всем исследуемым камерам для X и У проекций независимо.

4. Для каждого события строятся отклонения "предсказанных" по треку координат (точки пересечения трека с плоскостью камеры) и измеренных координат с начальным приближением дрейфовой функции. Для каждой проволоки дрейфовой камеры в результате первой процедуры обработки всей статистики с нулевым приближением дрейфовой функции строится свой функционал, имеющий следующий вид:

п(гх

К = £ {ф.- + Ь1 - [**(«/•'<! -1'0) + 4]}2 (0.1)

к=1

Здесь индекс ¡-соответствует номеру проволоки, к-номер трека, Ыгх-полное число треков, а% и 6£ - параметры трека (в данном случае по х-проекции) х=Зк(уЧ'к — 'о) + ^о " линейное представление дрейфовой функции по х-проекции, где л* = ±1 - параметр лево-правой неоднозначности, х£, - координата проволоки с номером ¡, г,- - Z-кoopдинaтa плоскости дрейфовой камеры, содержащей проволоку с номером ¡. Процедура минимизации сводится к решению системы линейных уравнений для каждого функционала. Параметры, полученные в процессе решения этих систем уравнений после первой итерации, закладываются в дрейфовую функцию, после чего процедура повторяется. Рассмотренный итерационный процесс сходится через 45 итераций, что легко контролируется как по значениям калибровочных констант так и по параметрам минимизируемой величины отклонения, которая описывается распределением Гаусса. Координатная точность дрейфовых камер, полученная в процессе итерационной калибровки составила и 200 микрон. В процессе калибровок было получено косвенное подтверждение высокой точности установки проволочных электродов для дрейфовых камер, изготовленных по новой технологии.

В пятой главе приводится описание процедуры восстановления распадов К~-мезонов на установке, в процессе которого иллюстрируются функции как трековой системы так и других ее детекторов. Приводятся точностные характеристики установки, результаты восстановления распада Кж 2 и измерения параметров фор.мфак-торов А+ и А0 в распаде К- —» \С Vтг°.

Выделение событий распадов К-мезонов осуществляется в следующей последовательности. По пропорциональным камерам РСЗ-РС5 проводится прямой трек пучкового К-мезона. Информация с У-камер РС1-РС2, стоящих перед пучковым магнитом СП-56 в совокупности с данными РСЗ-РС5 задает углы входа и выхода трека из пучкового магнита по проекции, соответствующей отклонению но главной компоненте поля и определяет импульс К-мезона. Реконструкция вторичных треков в дрейфовых камерах БС1-БС16, стоящих между распадным объемом и спектрометрическим магнитом осуществляется программой ПЭТЛА, позволяющей выделить до 6 заряженных треков по каждой проекции.

Процедура восстановления координат вершины распада х„, реализуемая в

программе ИБУЕК, сводится к минимизации следующего функционала.

2 [х„ + ЬГ(гГ - г») - *П2 , ^ [у- + - --.) - г/Л2 , х -2. а2 а2 +

^ [*» + № - гу) - 4еГ , ^ [у» + № - г-) - уП2 , (0 3)

к I а1

Здесь прямые треки представляются в виде х = ах + Ьхг,у = ау + Ьуг. Параметры треков Ь£с, найденные по пучковым камерам и Ьхс,Ьус, найденные по дрейфовым камерам, служат начальными значениями при минимизации.

ХТ1 у\°1 х{ ! уТ ' координаты, зарегистрированные пучковыми и дрейфовыми камерами соответственно по X и по У проекциям. - соответствующие '/.координаты камер. Суммирование в функционале производится по 1 - для РС-камер Х-проекции, по j - для РС-камер У-проекции, по к - для БС-камер Х-проекции, по \ - для БС-камер У-проекции. Фитируемыми параметрами являются координаты вершины х„, у„, ги , а также параметры треков Начальное значение вершины при минимизации функционала берется в середине рлепадной трубы. Параметры треков а£с, арус, ахс, аус вычисляются с помощью найденных в процессе фи га координат вершины XV, г„ и параметров Ьус.

Рис. 0.8: Распределение по углу разлета 7-квантов от распада тг°-мезона в К*2 распаде.

Распределение по углу разлета 7-квантов в Л'»2-распаде, с характерным для последующего распада массивной частицы (тг°) на две безмассовых (7), значением минимального угла разлета в лабораторной системе представлено на рисунке 8. Наблюдается хорошее согласие экспериментального распределения с результатом моделирования. Теоретическое значение минимального угла разлета для импульса К-мезона 27ГэВ/с составляет и 12мрад.. Найденные параметры треков и координаты вершины, а также энергии и координаты 7-квантов, определенные спектрометрами БР1 и БР2, используются в процедуре кинематического фита для идентификации конкретных мод распада.

Для оценки импульса используется соотношение [4]

Оуг = А/(г0, г/0, х'о, у'о, (0.4)

где 6уг - угол отклонения частицы в направлении, соответствующем "главной" компоненте магнитного поля, \ = (Р)-1, Р - импульс частицы, ,т0, у0, ,т'0, у'0 - координаты трека частицы в некоторой точке г0 и их производные по г в этой точке, Г - непрерывная дифференцируемая функция. Передаточная функция спектрометрического магнита представлялась в следующем виде:

Уотхл = Ум - К = АДхо, г/О, х'0, у'0, А), (0.5)

где Ум - координата частицы, измеренная некоторой дрейфовой трубкой ДТ после магнита, У„ - координата точки пересечения трека, восстановленного дрейфовыми камерами до магнита с плоскостью этой же ДТ.

Для нахождения передаточной функции магнита использовался простейший распад К~ -+ 7Г~7Г° (КТ2) [7]. Выделялись события с восстановленной вершиной

распада и двумя ливнями в спектрометре ЭР-1. Для подавления фона отбирались события с эффективной массой двух регистрируемых 7-квантов в диапазоне т^ = (135 ± 30)МэВ/сг. Вторым критерием отбора был отбор событий на компланарность, которому должен удовлетворять любой двухчастичный распад. Для этого строилось распределение величины проекции направления К—мезона на векторное произведение направляющих векторов х~ -мезона и ж0 -мезона и отбирались события, для которых величина проекции лежала в пределах 0.000 ± 0.010. Затем для гипотезы Л'^2 проводился кинематический ЗС-фит. Фитируемыми параметрами были модули импульсов пучкового К-мезона и распадного 7г~-мезона и три кинематические переменные 7г°-мезона. Значения импульсов 7г~-мезона, полученные из фита использовались для восстановления передаточной функции магнита. Коэффициенты передаточной функции фитировались программой ТОМИЛ, при этом в качестве начальных значений хо,уо,х'0,у'0 были взяты координаты вершины распада и направление х "-мезона, полученные после фита, Л = ^--обратный импульс 7Г "-мезона

после фита со знаком ( знак "-" для отрицательно заряженных частиц ), Ум — координаты 7Г"-мезона на дрейфовых трубках ДТ после магнита.

В результате моделирования сгенерированных по фазовому объему событий К,,2, были получены следующие значения ошибок в оценках импульсов 7Г~ и Л'"-мезонов аж < ^ >= 0.022, ад- < ^ >= 0.0152, которые характеризуют точность метода восстановления передаточной функции. Полученные оценки импульса оказались состоятельными и несмещенными, что позволило использовать их для нахождения передаточной функции магнита [7].

На рис.9 приведены распределения, характеризующие точностные параметры установки ИСТРА-М. Спектр недостающей массы 7г°-мезона в Л'х2 распаде, восстановленный магнитным спектрометром установки, представлен на рис.9в. > = 0.132ГэВ/с2, = 0.015ГэВ/с2. Импульс К-мезона был получен из кинематического ЗС-фита и составил рд- = 27ЛГэВ/с, <?(рк) = 0Л9ГэВ/с (рис.9а). Распределение по эффективной массе К-мезона без учета информации о его импульсе с использованием данных 7-спектрометра Бр-1 и магнитного спектрометра установки, показано на рис. 96, < Мк >= 0А95ГэВ/с2, <т(Мк) = 0.025ГэВ/с2. Распределение по эффективной массе 7г°-мезона представлено на рис.9г.

< Му7 >= 0.136ГэВ/с2, о(М-п) = ОШоГэВ/с2. Точность востановления импульса для событий с двумя и более срабатываниями в плоскостях дрейфовых трубок по У-проекции ст(^) = 0.023.

Средние значения эффективных масс К~ и 7г°-мезонов, а также недостающей массы х -мезона в А'„2 распаде соответствуют табличным значениям, что подтверждает работоспособность созданной трековой системы и спектрометров установки и правильность проведенных калибровочных процедур для ее детекторов.

В апреле 1992 года на установке был проведен сеанс, на котором было записано более 200 магнитных лент информации в режиме "мягкого триггера " - по крайней мере один электромагнитный ливень в 8р-1 при выделении К-мезона в триггерной системе. При обработке этого материала был выделен распад К~ -+ ¡Гик0 и проведено измерение формфакторов этого распада [8].

Отбор событий осуществлялся в следующей последовательности:

1. Отбирались события с двумя электромагнитными ливнями в Эр-1 и одной заряженной частицей, идентифицируемой как мюон [8,9]. В адронном калориметре

мюон хорошо выделяется по чисто геометрическим критериям. В отличие от адрона, который дает широкий ливень, мюон приводит к срабатываниям только тех ячеек НС, через которые проходит трек заряженной частицы. Требовалось

(а) ГэВ (б) ГэВ

ге

Рис.9 Распределения (для распада К~ —> тг-тт°): (а) — по импульсу Л'~-мезона, (б) — по массе Л'~-мсчона, (в) — по недостающей массе — мезона, (г) — по эффективной массе

2х 7-квантов.

срабатывание по крайней мере в пяти секциях НС по каждой проекции X и У и их соответствие пространственному треку частицы. В Бр-1 мюон дает малое энерговыделение (< 0.7 ГэВ) в одном или двух стеклах электромагнитного калориметра [9].

2. Проводился фит вершины и оценивался импульс мюона в лабораторной системе. На рис.10 приведен всаИег-р1о1 событий с \2¡п<1{ < 5. Наблюдается континуум

в области М-,.

: т*0 11 Л/т;« •

: 0.

3. Проводился кинематический 2с-фит на гипотезу К —> /г распада со следующими ограничениями: = тщ ±40МэВ и « 0 ± 0.0GFjB2.

На распределении событий, прошедших фнт на Л'^з-гипотезу (Р{\2) > 1%), на Далитц-плоскости, показанном на рис. 11а наблюдается пик в области максимальных значений кинетических энергий мюона и 7г°-мсзона Эти события интерпретируются как фоновые от Л'^-распада с последующим распадом пиона по каналу тг -+ /;"~гл

4. Для подавления этого фона проводился кинематический 4с-фит на К,i гипотезу. На рис.11 б показано распределение на Далитц-плоскости после отбрасывания событий, прошедших этот фит с Р{х2) ^

Рисунок 10. Распределение событий-каиди.датоа на плоскости то2

На рис.12 представлен Далнтц-плот для отобранных с учетом аксептанса установки событий А'^з-распада. Хорошая статистическая обеспеченность плота свидетельствует о высокой эффективности регистрации распадов, что в свою очередь явля-гтся следствием высокой энергии К-мезонов, при которой продукты распада летят под малыми (< 60 мрад) в лабораторной системе углами. Плотность распределения событий на Далитц-плоскостн представляется в следующем виде.

(а)

(Ь)

Рисунок 12. Окончательный вид Долитц-плота в разбиении использованном при анализе, (а) - до поправки на эффективность установки, (Ь) - после поправки. При фите учитывалась только область выделенная контуром.

р(Еп, Е„) ~ Afl(t) + Bf4í)f+(l) + CJÍ(I) (0.G)

де k и q 4-импульсы К и 7Г-мезонов Л,В,С - известные функции их энергий Ек■ Е„. . t = (k — q)2- квадрат переданного ленточной паре -1-нмпульса. Одна из возможных ¡бщепринятых параметризаций формфакторов /+(/) и /_(') в линейном приближении ледующая:

/о(0 = /+(*) +

М1-

/+(/) = /+( 0)[1+А+( —)] i—T/_(0 = /o(0)[l + Ao(¿)]

(0.7) (0.8)

1з экспериментальных данных извлекается информация о коэффициентах А+.Ац. Анализ ~ 3000 событий распада А'~,- распада, привел к следующим значениям этих оэффициентов:

А+. = 0.029 ± 0.02-1, А0 = 0.062 ± 0.021

(0.9) (0.10)

0 04

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Для эксперимента по изучению редких распадов К-мезонов на установке ИСТРА-М изготовлено но новой технологии 1 дуплета дрейфовых камер и 6 узкозазорных пропорциональных камер, а также 8 дрейфовых камер с линейно распределенным потенциалом.

2. На базе изготовленных проволочных детекторов создана трековая система, предназначенная для регистрации вторичных частиц, восстановления вершины распадов, организации триггера и измерения импульса заряженных частиц.

3. Методом "теней" с по.мошыо /5—источника 90Sr измерены в лабораторных условиях характеристики созданных дрейфовых камер. Получена координатная точность камер и 120 — 150 мкм. Исследованы характеристики созданных трековых детекторов в условиях эксперимента.

4. Впервые предложена и внедрена в эксперимент новая - безрамочная технология изготовления проволочных камер, обеспечивающая высокую (и 5.икм) точность установки проволочных электродов.

5. В "off-line" анализе на основе реальных данных получено подтверждение высокой точности расположения проволок в дрейфовых камерах, изготовленных по новой технологии.

6. Исследованы характеристики узкозазорных пропорциональных камер нового поколения, обладающих высоким 5не) временным разрешением и предназначенных для регистрации и измерения импульса частиц в пучке высокой интенсивности.

7. Впервые предложен и разработан метод создания локальной зоны нечувствительности в проволочных камерах, путем увеличения диаметра участка анодной проволоки тонким покрытием никелем. Метод внедрен на всех дрейфовых камерах установки и обеспечивает возможность регистрации вторичных частиц, вылетающих под малыми углами к оси пучка. При уровне подавления эффективности регистрации частиц пучка и Ю-'1 метод обладает резкими границами области нечувствительности и не приводит к росту шумов на проволоке.

8. Показана работоспособность вершинного детектора, созданного на базе разработанной трековой системы из узкозазорных пропорциональных и дрейфовых камер, при максимальной интенсивности адронного пучка 2 х 10'сск-1.

9. Измерены параметры А+,А0 в разложении векторных формфакторов в распаде К~ —► /i~i/jr°. Определенные значения этих параметров А+ = 0.029 ± 0.024, А0 = 0.062 ± 0.024 не противоречат существующим экспериментальным данным.

Диссертация написана на основе следующих опубликованных работ:

1. А.Д.Волков, Б.Ж.Залнханов, Г.Калмор, Е.В.Комиссаров, А.В.Козырев, В.З.Сердюк, В.В.Сидоркин, Дрейфовые камеры вершинного детектора. Материалы 8-го Рабочего Совещания по Нейтринному Детектору ИФВЭ-ОИЯИ, Д1,2,13-88-90, Дубна, стр.101.

2. H.Kalmar, A.G.Ketikjan, E.V. Komissarov, V.S.Kurbatov, V.Z.Serdyuk, V.V.Sidorkin, A.V.Voskanian and B.G.Zalikhanov, ,\'ew methods for constructing mul-tiwire chambers, Nucl.Instrum.Metli. vol.A307,1991, p.279.

3. H.Kalmar, A.G.Ketikjan, E.V.Komissarov, V.S.Kurbatov, V.Z.Serdyuk, V.V.Sidorkin. A.D.Volkov, A.V.\oskanian, O.H.Voskerchjan, B.G.Zalikhanov, Development of the Method of Multiwire Detectors Working in High Rate Environment, Proc. of the Third Workshop "Phisics at UNK\p.31, Protvino. September,1990.

4. A.D.Volkov, A.V.Voskanian, O.G.Voskerchian. B.J.Zalikhanov, G.Kalmar,

A.J.Ketikian, E.V. Komissarov, V.S.Kurbatov, V.Z.Serdyuk, V.V.Sidorkin, Method for the calculation of charged particle momentum in magnetic spectrometers, Nu-cl.Instrum.Meth. vol. A306,1991, p.278.

5. А.Д.Волков. А.В.Восканян, Б.Ж.Залнханов, А.И.Иваненко, А.Ж.Кетнкян, Е.В.Комиссаров, В.С.Курбатов, С.И.Мнсютин.В.З.Сердюк, В.В.Сидоркин.

B.И.Снятков, Ю.Р.Тер-Акопов, Измерение магнитного поля спектрометрического улектромагнита установки "ИСТРА-М" . Препринт ОИЯИ Р1-94-180. Дубна.1994.

6. E.M.Gushchin, E.V.Komissarov, Yu.V.Musienko, A.A.Poblaguev, V.Z.Serdyuk and B.Zh.Zalikhanov, Fast Beam Chambers of the Set-up "ISTRA-M", Nucl.Instrum.Metli. ral.A351,1994, p.345.

7. В.М.Артемов, В.Н.Болотов, А.Д.Волков, E.H.Гущин, Г.А.Емельяненко, З.Ж.Залиханов, А.Ж.Кетнкян, Е.В.Комиссаров, В.С.Курбатов, И.Н.Семенюк, 3.3.Сердюк, В.В.Сидоркин, И.Н.Силин, С.В.Ященко, Калибровка спектрометрического магнита1 установки ИСТРА-М на физическом процессе, Препринт ОИЯИ >10-94-521, Дубна,1994.

8. В.М.Артемов, А.Д.Волков, Г.А.Емельяненко, Б.Ж.Залнханов, Е.В.Комиссаров. З.С.Курбатов, В.З.Сердюк, В.В.Сидоркин, И.Н.Силин, С.В.Ященко, В.Н.Болотов, ^.В.Веселовский, С.А.Волков, Е.Н.Гущин, В.С.Клнменко, С.В.Лаптев, В.Н.Марин, 1.Н.Семенюк, В.Л.Шматков, А.В.Восканян, А.Ж.Кетнкян, В.Ф.Константинов, Определение параметров формфакторов Д+,А0 в распаде К~ —* ц~fx0 , Препринт )ИЯИ Р1-95-330, Дубна,1995.

9. В.М.Артемов, В.Н.Болотов, С.А.Волков, А.В.Восканян, Г.А.Емельяненко, >.Ж.Залиханов, А.Ж.Кетнкян. Е.В.Комиссаров, В.С.Курбатов, С.В.Лаптев, 1.Н.Семенюк, В.З.Сердюк, В.В.Сидоркин, И.Н.Силин, С.В.Ященко. иден-пификация частиц на установке 'ИСТРА-М" , Препринт ОИЯИ Р1-95-346. Дуб-:а,1995.

10. В.Н.Болотов, А.В.Веселовскнй, С.А.Волков. ?.Н.Гниненко,Е.Н.Гущин, В.В.Исаков, О.В.Каравичев, В.С.Клименко. В.А.Лебедев. I.Н.Марин, Ю.В.Мусиенко, А.А.Поблагуев, В.В.Постоев, И.Н.Семенюк, А.Д.Волков. '».Ж.Залиханов, Е.В.Комиссаров, В.С.Курбатов, В.З.Сердюк. В.В.Гидоркнн. -I.Ф.Константинов, А.В.Восканян, А.Ж.Кетнкян, Установка ИСТРА-М для иссле-ованиз редких распадов заряженных легких мезонов , Препринт ИФВЭ 95-111, ОЭ-1УНК, Протвино, 1995.

Рукопись поступила в издательский отдел 9 января 1996 года.