Трековая система установки ВЕС. Экспериментальное исследование реакции π - А→ ηηπ - А тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

и

ф

государственный научный центр российской федерации

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИИ

I НЕР

98-74 На правах рукописи

Хохлов Юрий Анатольевич

ТРЕКОВАЯ СИСТЕМА УСТАНОВКИ ВЕС. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИИ А ттп-А

01.04.23 — физика высоких энергий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Протвино 1998

УДК 539.1.07

/

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

B.В. Куликов (ИТЭФ), кандидат физико-математических наук Ю.М. Антипов (ИФВЭ).

Ведущая организация - Институт ядерной физики МГУ (г. Москва).

Защита диссертации состоится "_" _ 1998 г. в

_ часов на заседании диссертационного совета Д 034.02.01 при Институте физики высоких энергий по адресу: 142284, г.Протвино Московкой обл.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФВЭ.

Автореферат разослан "_" _ 1998 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 034.02.01 Ю.Г. Рябов

© Государственный научный центр Российской Федерации Институт физики высоких энергий, 1998

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Изучение многочастичных состояний легких мезонов, в том числе ранее не исследовавшихся — одна из наиболее актуальных в настоящее время задач адронной спектроскопии, в первую очередь, в связи с поиском экзотических объектов квантовой хромодинамики.

Интерес к изучению системы 77777г связан в основном с тем, что благодаря предполагаемой сильной двухглюонной связи 77-мезона в ней можно ожидать проявления признаков экзотических состояний, обогащенных глюонным компонентом. Данные по структуре этой системы вносят вклад также в изучение свойств обычных мезонов.

Для всестороннего изучения подобных систем требуются адекватная постановка эксперимента и соответствующие методы анализа. Создание установки ВЕС ИФВЭ (включая трековую систему) и применение техники парциально-волнового анализа набранных на ней данных позволили провести исследование на современном уровне.

Цель диссертационной работы — экспериментальное исследование на установке ВЕС реакции

7Г~А —» Т]Т)1Г~А . (1)

Автор защищает;

1. Создание и эксплуатацию системы трековых детекторов установки ВЕС.

2. Результаты исследования реакции 7г~А —> щтг~А в экспериментальных данных, полученных на установке ВЕС.

Научная новизна и практическая ценность. Впервые проведён парциаль-но-волновой анализ системы щтт'. Определены квантовые числа резонанса в этой системе и его параметры, позволившие идентифицировать его с наблюдавшимся ранее в других системах 7г(1800). Определены наиболее вероятные характеристики резонанса в системе 7777, соответственно обозначенного /о(1460). Впервые определены значения отношений

_ БД(тг(1800) -»777771--) _ £ Д(тг(1800) -> ар (980)??)

1 ~ £Д(тг(1800) 7Г+7Г-7Г-) И 2 ~ £Д(тг(1800) /О(1460)т-)'

Полученные результаты обогащают данные по свойствам лёгких изовекторныз псевдоскалярных объектов, необходимые для классификации обычных мезонов I поиска и идентификации экзотических состояний.

Апробация работы и публикации. По результатам выполненных исследова ний опубликовано 3 работы. Основные результаты, использованные в диссертации опубликованы в виде препринтов и статей [1,2,3], докладывались на семинара: ИФВЭ и международных конференциях.

Структура диссертации. Работа изложена на 66 страницах, состоит из вве дения, трёх глав и заключения, содержит 29 рисунков и список цитируемой лите ратуры, включающий 56 наименований.

Содержание работы

Во введении отмечена важность изучения систем с повышенным содержание! 7/ (ту')-мезонов для спектроскопии лёгких мезонов. Перечислены основные экспери менты, выполненные в этом направлении. Указана новизна исследования систем! 77777т- в реакции её образования 7г~-мезонами на ядре. Отмечены характеристи ки установки ВЕС, делающие её подходящим инструментом для такого изучения Описана структура диссертации.

В первой главе кратко описана установка ВЕС, размещённая на канале 4} протонного синхротрона У-70. Канал обеспечивает транспортировку и фокусировк; пучка вторичных отрицательно заряженных частиц (преимущественно 7Г-мезонов в диапазоне импульсов ~ 25-45 ГэВ/с, с интенсивностью до ~ 2 • 106 ч/сброс Физические результаты, приведенные в диссертации, получены при импульсе 7Г~ пучка 37 ГэВ/с в сеансе 1990 года.

Установка способна регистрировать реакции взаимодействия пучковой частищ с ядерной мишенью с образованием заряженных частиц и 7-квантов в конечно] состоянии.

Основные элементы установки ВЕС (рис.1):

- пропорциональные камеры, сцинтилляционные телескоп и вето-счётчики

и пороговые черенковские счётчики в пучковой части;

- мишень 1 из бериллия диаметром 4,5 см и толщиной по пучку 5 см;

- окружающие мишень счётчики охранной системы 2;

- расположенный после мишени сцинтилляционный пороговый счётчик 3;

- электромагнит 4 с апертурой 2,5 X 1 м2 и интегралом поля ~ 2,3 Т- м;

- система трековых детекторов магнитного спектрометра;

- расположенные после магнита сцинтилляционные вето-счетчики пучка;

- многоканальный пороговый черенковский счётчик вторичных частиц 5;

- триггерный сцинтилляционный годоскоп 6 из 224 элементов;

- ячеистый электромагнитный калориметр 7 из свинцового стекла;

- высокоскоростная система сбора данных (ССД) на основе

электроники системы МИСС.

Кратко описан слабовозмущающий триггер установки. Приведены основные характеристики электромагнитного калориметра, важные с точки зрения изучения реакций с участием 7-квантов.

Вторая глава лосвяшена системе трековых детекторов установки [1]. В системе 8 измерительных плоскостей в пучковой части и 21 плоскость в спектрометрической части, всего около 7400 каналов съема информации. Описаны проволочные камеры различных типов, составляющие основу системы, с размерами активной области от 64 х 64мм2 до ~ 2, 5 X 2м2. Отмечены особенности их конструкции, технологии изготовления и применения в составе установки ВЕС. Приведены основные характеристики детекторов.

Рассмотрены различные подсистемы, среди которых: газовая, низковольтного и высоковольтного питания, тестовая, а также электроника усиления и приема данных. Рассмотрены функционирование системы и его контроль в физических сеансах.

Приведены общие характеристики системы:

- угловой аксептанс вылета вторичных частиц до ~ 150 мрад в вертикальной плоскости и ~ 200 мрад в горизонтальной;

- угловое разрешение в вертикальной и горизонтальной плоскостях составляет: для пучковой части системы 0,12 мрад, для спектрометрической части 0,3 мрад;

- импульсное разрешение магнитного спектрометра (в горизонтальной плоскости) a{Pxz) (ГэВ/с) и 4 • Ю-4 х p2xz (ГэВ/с)2.

Полное разрешение складывается как из собственно разрешения трековой системы, так и из многократного рассеяния в веществе установки. Разрешение по эффективной массе иллюстрируется на экспериментальных данных. Оно составляет сг ~ 1,7МэВ/с2 для системы К+К~ в области массы <^(1020)-мезона и с ~ 9МэВ/с для системы 2ж+2тт в области массы /х(1285)-мезона (рис.2).

Разрешение по поперечному импульсу дифракционно образуемой системы 2тг+3тг- оценивается в 13МэВ/с.

Показано, что специфичность конфигурации распада лучкового Х-мезона на три заряженных пиона приводит к значительному ухудшению разрешения в этих событиях, потенциально интересных для калибровки установки.

Третья глава посвящена изучению на установке ВЕС реакции

Рис. 2. Спектр эффективных масс системы т+тг+7г~7Г~ в дифракционной реакции -к~А -* А(2-7г+)(37г_).

7Г

~ А —> 7Г щА

(2)

77

■ 7Г+7Г_7Г°

■77

Подробно описана процедура отбора событий для выделения требуемой реакции, исходя из её дифракционного характера. При этом уделено внимание отделению 7-квантов в калориметре от фоновых кластеров. Качество отбора продемонстрировано на распределениях событий по различным величинам. Распределение по полной энергии конечного состояния имеет характер пика на энергии пучка. В спектре эффективной массы двух 7-квантов наблюдаются отчётливые сигналы 7г°- и 77-мезонов.

В двумерном распределении по М77) (рис.За) наблюдается пик с мак-

симумом на (МЧ,М,,). В соответствии с полученными аппаратурными ширинами на полувысоте Г для анализа брались события, лежащие в границах эллипса

\15МэВ/с2; \

м77 - м„

70 МэВ/с

2 I —

< 1

всего около 4600. Количество фона, оцененное по числу событий в области 1 < В? < 2, составляет «25%.

Описаны процедуры наложения 1С- и 2С-связей на эффективные массы систем:

^тг+тг-н = Щ И М77 = М°.

Наблюдаемое распределение событий по квадрату переданного импульса рис. ЗЬ) свидетельствует о заметном вкладе процесса когерентной дифракции на щре Ве с наклоном экспоненты и 55ГэВ~2.

о >

<и

ч

0.56

0.55

0.54

0.53

II I 1 I НО) 900101 >■ I у

а а а а а ааоаапапп я о £]•)■ ■ оаоонаоароппа - ■ а а • □ПпаоаПОПППааао!шв аоооапоОООПОПоа'ои■• а □ □ а □□□□□□□□□□ о оош

□ 0□□□□□□□□□□Пап п ооо«

□ а □ 0 □ □ШСГТПР □ а а о о д • апРОРРПМ") а а оооо

□ □□□□□Г~П I I Паапп о ч о о аоаааппП (ттпппоапо о«

о□□□□□□□□□□□опоиа о «о £_п а □□□□□□□□□□□ он""

□ □<■□□□□□□□□□□п а о а п ■ ■ о а • аПППППйПОПВа паппсппооопопп. ООО ЮЮПООО 1 I I 1

□■айааапоааооаа

□■•□паааоаоаааа

J_Ь

_1_

0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 М(2у)№/с2

Ш.веУ2

Рис. 3. (а) — 2-мерное распределение событий по М(~су), М(х+тг 7Г°) в области масс т} -мезонов; (Ъ) - ^-распределение для событий

В спектрах эффективных масс и т\т] (рис. 4а,Ь) отчётливо наблюдаются

:труктуры соответственно на 1,8 и 1,45ГэВ/с2.

> о

со

с

а> >

ш

1 1.5 2 2.5 3 3.5

1 1.6 2 2.5 М(т]Г}),СеЧ/с3

Рис. 4. Спектры эффективных масс — (а) и г}Т] — (Ъ).

Проведен парциально-волновой анализ (ПВА) системы 77777т- при < 0,15ГэВ Описана модель ПВА, набор изобар и волн ЬМт](п), использовавшихся в нём. Дл иллюстрации качества описания экспериментальных данных полученным решен! ем на рис.5 показаны реальные и смоделированные распределения по некоторы: переменным ПВА: массам систем 777т и 7777, полярному (Готтфрида-Джексона, всм и азимутальному (Треймана-Янга, фту) углам мезона.

Показано, что в области масс 77177т"" 1,5-2,0 ГэВ доминирующей является волн с Зрс = 0-+, имеющая резонансное поведение. Определены характеристики резс нанса, распадающегося преимущественно по 5-волновому каналу а^ (980)77 (рис.6а

Мо = 1850 ± 10 (стат.) ± 20 (сист.) МэВ/с2 ,

Г0 = 220 ± 30 (стат.) ± 30 (сист.) МэВ/с2 .

Структура в системе 7777 описана введением резонанса /о(1460) с Зр — 0+ параметрами

М = (1460 ± 20) МэВ/с2, Г = (100 ± 30) МэВ/с2 . Он даёт вклад в волну 0~5(/отг) (рис.бЬ). Определено отношение ВД(х-(1840) -> /о(г,,,)(1460)7Г-)

ЯЙ(тг-(1840) -> а^М

= 0,08 ±0,03.

С использованием данных эксперимента ВЕС по изучению системы щ'тг опре делено отношение

£г(тг(1840) /о(1460)тг- -» тут/У) = £г(тг(1840) /о(1460)тг- ->77777т-)

В предположении, что наблюдаемый псевдоскалярный резонанс идентичен наблюдаемым ранее на установке ВЕС 7г(1800), получено отношение

БТ-(ТГ(1800) 7Г-7Г-7Г+)

Наблюдаемые структуры сопоставлены с подобными объектами в других иссл< дованиях. Рассмотрена их возможная интерпретация.

Обсуждены другие значимые волны: 2~О(а07]), доминирующая в области 2 -—2,5ГэВ/с2 (рис.6с), и 2~ 8(а2т}) (рис.6(1).

В заключении кратко сформулированы основные результаты работы.

70

0,75 1 1.25 1.5 М(777Т-),СеУ/с2

30 20 10 0

1 1.2 1.4 1.6 1.8 М(т)7))£еЧ/с2

-1 —0.5 * 0 0.5 1

СоБ^са)

Рис. 5. Экспериментальные (точки с ошибками) и смоделированные по результатам подгонки (сплошная линия) распределения по переменным ПВА: массам систем тупг (а); щ (Ъ); полярному (с) и азимутальному ((1) углам.

1.6 1.8 2 2.2 2.4 05 (а0^)

1.6 1.8 2 2.2 2.4 2~0{о0т))

1.6 1.8 2 2.2 2.4 СГ5(^7Т)

1.6 1.8 2 2.2 2.4 2"5(а277)

Рис. 6. Значимые волны ПВА системы

Список литературы

.] Г.В. Борисов, Н.К. Вишневский, Е.В. Власов, Ю.П. Гуз, Р.И. Джелядин, A.M. Зайцев, В.В. Костюхин, С.В. Копиков, Т.А. Ломтадзе, Б.Ф. Поляков, Г.Г. Сехниаидзе, Ю.А. Хохлов, Э.Г. Цхададзе.

Трековая система установки ВЕС: Препринт ИФВЭ 98-60, Протвино, 1998.

!] D.V. Amelin, E.B. Berdnikov, S.I. Bityukov, G.V. Borisov, Yu.P. Gouz, V.A. Dorofeev, R.I. Dzhelyadin, I.A. Kachaev, A.N. Karyukhin, Yu.A. Khokhlov, G.A. Klyuchnikov, V.F. Konstantinov, S.V. Kopikov, M.E. Kostrikov, V.V. Kostyukhin, V.D. Matveyev, A.P. Ostankov, D.I. Ryabchikov, A.A. Solodkov, O.V. Solovianov, E.A. Starchenko, N.K. Vishnevsky, E.V. Vlasov, A.M. Zaitsev, G. Sehniaidze, E.G.Tskhadadze.

Study of Exotic Mesons on the VES Setup. - In: Proceedings of the 6-th Int. Conf. on Hadron Spectroscopy HADRON-95, Manchester, UK, 1995.

J] Д.В. Амелин, Е.Б. Бердников, С.И. Битюков, Г.В. Борисов, Н.К. Вишневский, Е.В. Власов, Ю.П. Гуз, В.А. Дорофеев, Р.И. Джелядин, A.B. Екимов, A.M. Зайцев, Ю.М. Иванюшенков, А.Н. Карюхин, И.А. Качаев, Г.А. Ключников, В.Ф. Константинов, С.В. Копиков, М.Е. Костриков, В.В. Костюхин, A.A. Криушин, Т.А. Ломтадзе, В.Д. Матвеев, А.П. Останков, Д.И. Рябчиков, О.В. Соловьянов, Е.А. Старченко, Ю.А. Хохлов, Э.Г. Цхададзе. Изучение дифракционной реакции it~А —► 77777т-А при импульсе Рж- = 37ГэВ/с. IHEP Preprint 95-112, Protvino, 1995; // ЯФ. 1966, т.59, вып. 6, с. 1021.

Рукопись поступила 16 ноября 1998 г.

Ю.А. Хохлов.

Трековая система установки ВЕС. Экспериментальное исследование реакции 7г~А —+ Щ1Г~А.

Оригинал-макет подготовлен с помощью системы ТАТ^Х.

Редактор Н.В.Ежела. Технический редактор Н.В.Орлова.

Подписано к печати 16.11.98. Формат 60 X 84/8. Офсетная печать. Печ.л. 1,12. Уч.-изд.л. 0,86. Тираж 100. Заказ 300. Индекс 3649. ЛР №020498 17.04.97.

ГНЦ РФ Институт физики высоких энергий 142284, Протвино Московской обл.

Индекс 3(

АВТОРЕФЕРАТ 98-74, И Ф В Э, 1998