Измерение дифференциальных сечений электророждения π°-мезона во внерезонансном кинематическом диапазоне на детекторе CLAS тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.23, кандидат физико-математических наук Бедлинский, Иван Николаевич

• Бедлинский, Иван Николаевич
• кандидат физико-математических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Бедлинский, Иван Николаевич

Список иллюстраций.

Список таблиц.

Введение

Глава 1. Обобщенные партонные распределения(ОПР)

1.1. Введение в обобщенные партонные распределения(ОПР) . 2G

1.2. Реакции, дающие доступ к изучению ОПР.

1.3. Электророждение 7г° и доступ к поперечным ОПР

Глава 2. Экспериментальная установка.

2.1. Введение.

2.2. Ускоритель.

2.3. Детектор CLAS

2.4. Внутренний Калориметр (1С).

Глава 3. Обработка данных эксперимента.

3.1. Эксперимент el-dvcs.

3.2. Форматы данных

3.3. Стадии обработки данных.

Глава 4. Физическая обработка реконструированных данных

4.1. Отбор данных для анализа.

4.2. Базовый отбор событий.

4.3. Триггер.

4.4. Идентификация электронов

4.5. Восстановление триггерного времени.

4.6. Идентификация протона.

4.7. Идентификация фотонов, зарегистрированных во Внутреннем Калориметре(Ю).

4.8. Идентификация фотонов, зарегистрированных в Электромагнитном калориметре.

4.9. Поправки.

4.10. Отбор событий ер —>■ е'р'тт0.

4.11. Общие геометрические обрезания.

4.12. Обрезания на эксклюзивность.

4.13. Определение кинематических бинов.

4.14. Вычитание подложки.

Глава 5. Аксептанс.

5.1. Генератор Монте-Карло.

5.2. Программный пакет CLAS Géant Simulation(GSIM).

5.3. Постпроцессор GSIM.

5.4. Добавление шумов в события Монте-Карло

5.5. Реконструкция событий Монте-Карло.

5.6. Анализ событий Монте-Карло.

5.7. Статистика Монте-Карло.

5.8. Порог аксептанса.

Глава 6. Радиационные поправки.

Глава 7. Вычисление дифференциальных сечений

7.1. Светимость.

7.2. Поправки на размер бииа.

7.3. Абсолютная нормализация.

7.4. Поток виртуальных фотонов.

7.5. Учет относительной ширины распада 7г°

7.6. Вычисление сечений.

Глава 8. Структурные функции.

Глава 9. Наклоны по t.

Глава 10. Изучение систематических неопределенностей

10.1. Общий подход к оценкам неопределенностей в конкретном бине

10.2. Систематические неопределенности восстановления триггер-ного времени.

10.3. Систематическая неопределенность, внесенная длиной мишени

10.4. Систематические неопределенности добавления шумов в Монте-Карло

10.5. Систематические неопределенности, внесенные обрезанием на недостающую массу к системе еуу.

10.6. Систематические неопределенности, внесенные обрезанием на недостающую энергию к системе ер

10.7. Систематические неопределенности, внесенные обрезанием на инвариантную массу двух фотонов.

10.8. Систематическая неопределенность расчета светимости

10.9. Согласованность результатов, полученных в разное время.

10.10.Систематическая неопределенность, внесенная геометрическими обрезаниями на электрон и протон

10.11.Систематическая неопределенность сечений, вызванная использованием разных калориметров для регистрации фотонов

10.12.Систематическая неопределенность радиационных поправок

10.13.Систематическая неопределенность абсолютной нормализации

10.14.Систематическая неопределенность, внесенная идентификацией протона.

10.15.Систематическая неопределенность, внесенная обрезанием на энергию фотона в ЕС.

10.16.Сводка систематических ошибок.

Глава 11. Сравнение структурных функций, измеренных в эксперименте, с предсказаниями ОПР моделей.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Измерение дифференциальных сечений электророждения π°-мезона во внерезонансном кинематическом диапазоне на детекторе CLAS»

Актуальность работы связана с необходимостью построения модели нуклона, включаяющей в себя корреляции между поперечными пространственными распределениями кварков и их продольными импульсными распределениями.

Одной из важных задач современной физики высоких энергий является изучение внутренней структуры нуклона и описание этой трехмерной структуры в терминах кварковых и глюонных полей. Использование заряженных частиц в качестве зондов позволяет нам заглянуть внутрь нуклона. Изучение процессов глубоко-неупругого рассеяния позволило получить много информации о продольных импульсных распределениях кварков. Эксперименты, в которых изучались эксклюзивные процессы, были успешно обработаны и интерпретированы с помощью моделей Редже, которые основаны на адрон-ных степенях свободы [3, 4]. Однако в течение предыдущего десятилетия механизм, описываемый через диаграммы типа „хэндбэг", стал основным теоретическим подходом для изучения кварковой и глюониой структуры, с помощью глубоко-виртуального комптоновского рассеяния или глубоковиртуального электророждения мезонов. В этом подходе кварковые распределения параметризованы в терминах обобщенных партонных распределений (ОПР). ОПР несут информацию как о продольных импульсных распределениях партонов, так и об их поперечных пространственных распределениях. Развернутая программа, сфокусированная на изучении структурных функций нуклона, проводится сейчас в лаборатории им. Т. Джефферсона на установке CLAS. В настоящей работе изучается электророждение 7г°-мезона при взаимодействии пучка электронов с энергией 5.75 ГэВ с жидко-водородной мишепыо. Фейнмановская диаграмма реакции образования 7г°-мезона в реакции ер —> е'р'-к0 изображена на рис. 1. на протоне

Цель диссертационной работы. Данная диссертация посвящена анализу эксперимента el-dvcs на установке CLAS и измерению дифференциальных сечений электророждения 7г°-мезона в кинематическом диапазоне W>2 GeV. Измеренные сечения позволили проверить предсказания ОПР моделей [1, 2]. Основные этапы исследования:

• отбор событий реакции ер —> е'р'ттизмерение ее дифференциальных сечений как функции кинематических переменных Q2, f, хв, ф

• извлечение структурных функций от + ctlt, отт

• сравнение полученных структурных функций с имеющимися предсказаниями ОПР моделей.

Кинематические переменные

Для описания конечного состояния системы в реакции ер —» е'р'-к0 использовались следующие переменные:

• Q2 = —g2 = —(ре — Pc')2 ~ 2ЕЕ'(1 — cos6), квадрат 4-импульса виртуального фотона с отрицательным знаком, где рс и ре/ - 4-импульсы

Рис. 2. 07,. угол между лептонными и адронными плоскостями. Первая плоскость определяется векторами импульсов начального и рассеянного электрона. Вторая- векторами импульсов 7г°-мезона и рассеянного протона начального и рассеянного электронов, Е - энергия электронного пучка, Е' - энергия рассеянного электрона, в - полярный угол рассеянного электрона;

• хв = = лабораторной системе), переменная Бьсркена, Р, д -4-импульсы протона и виртуального фотона, V — Е — Е' переданная энергия;

• £ = (Р — Р')2- квадрат 4-импульса, переданного протону, Р и Р' 4-импульсы мишени и рассеянного протона;

• ф или фь, угол между лептонными и адронными плоскостями, (смотри рис. 2). Этот угол определен в соответствии с Трентовской конвенцией [5].

Научная новизна. Дифференциальные сечения электророждения 7г°-мезона были измерены в широком кинематическом диапазоне (~)2 и хв

22 см. рис. 7.1), где мировые данные до этого отсутствовали или были ограничены. Были извлечены структурные функции от + еох, glt, &тт и сравнены с современными ОПР моделями.

Практическая значимость. Результаты, изложенные в диссертации, используются для проверки предсказаний современных ОПР моделей [1, 2] и уточнения параметров Редже моделей [3, 4]. Результаты будут включены в феноменологические модели, такие как SAID [6].

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

• измеренные дифференциальные сечения электророждения 7г° в ~ 1800 кинематических точках;

• структурные функции ат + 60"l> olt, <?тт\

• сравнение структурных функций с предсказаниями ОПР моделей, в котором было показано, что указанные модели достаточно хорошо описывают экспериментальные данные;

• показано что электророждение псевдоскалярных мезонов дает доступ к изучению поперечных ОПР.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях:

• GPD/Exclusivc Processes Working Group Meeting, Ньюпорт-Ньюс, США, 27 февраля 2007 г.,

• Exclusive reactions at high Momentum transfers, Ныопорт-Ныос, США, 21-24 мая 2007 г.,

• XII Workshop on High Energy Spin Physics, Дубна, 5 сентября 2007 г.

• Third Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of the American Physical Society and The Physical Society of Japan, Гавайи, США 13-17 октября, 2009 г.,

• The 4th Workshop on Exclusive Reactions at High Momentum Transfer, Ныоиорт-Ныос, США 18-21 мая 2010 г.,

• 35th International Conference on High Energy Physics, Париж, Франция 22-28 июля 2010 г.,

• International Workshop on Hard Meson and Photon Production, Трепто, Италия 25-30 октября 2010 г.,

• Workshop on probing small-size configurations in high-t photo/'electropro-duction, Ньюпорт-Ньюс, США, 25-26 марта 2011 г.,

• XIX International Workshop on Deep-Inelastic Scattering and Related Subjects (DIS 2011), Ныопорт-Ньюс, США, 11-15 апреля 2011 г.,

• XIV Workshop On High Energy Spin Physics DSPIN-11 Дубна, 20 -24 сентября, 2011 г.,

• CLAS Collaboration Meeting, Ньюпорт-Ньюс, США, 22-25 февраля 2012 г.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 4-х печатных работах, из них 3 статьи опубликованы в рецензируемых журналах [7-9], 1 статья в сборнике трудов конференции [10].

Личный вклад автора. Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяющим. Все представленные в диссертации результаты получены лично автором.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 11 глав, заключения, библиографии и 10 приложений. Общий объем диссертации 292 страницы, из них 176 страниц текста, включая 98 рисунков. Библиография включает 36 наименований на 5 страницах.

Заключение диссертации по теме «Физика высоких энергий», Бедлинский, Иван Николаевич

Заключение

Дифференциальные сечения электророждения 7Г° были измерены в ~1800 кинематических бинах. В большинстве бинов сечения были измерены впервые.

Оценены систематические неопределенности измеренных сечений.

Извлечены структурные функции в 15 кинематических бинах по (ф2, хъ) и 7 бинах по t . Было произведено сравнение этих функций с предсказаниями двух современных ОПР моделей в б бинах.

Найдено, что эти модели достаточно хорошо описывают имеющиеся данные. Указанные модели предполагают, что вклад продольных ОПР в электророждение псевдоскалярных мезонов подавлен и основную роль играют поперечные ОПР. То, что предсказания моделей описывают данные, может указывать на то, что в электророждении псевдоскалярных мезонов можно получить доступ к изучению поперечных ОПР.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Бедлинский, Иван Николаевич, 2013 год

1. Goloskokov S.V., Kroll P. Trans versity in hard exclusive electroproduetion of pseudoscalar mesons // European Physical Journal A: Hadrons and Nuclei. 2011. Vol. A47. P. 112.

2. Goldstein G. R., Gonzalez Hernandez J. O., Liuti S. Flexible Parametrization of Generalized Parton Distributions from Deeply Virtual Compton Scattering Observables // Physical Review D. 2011. Vol. D84. P. 034007.

3. Läget J.-M. Unitarity constraints on neutral pion electroproduction // Physical Letters B. 2011. Vol. B695. P. 199-204.

4. Kaskulov M., Gallmeister K., Mosel U. Deeply inelastic pions in the exclusive reaction p(e,e' pi+)n above the resonance region // Physical Review D. 2008. Vol. D78. P. 114022.

5. Bacchetta A., D'Alesio U., Diehl M., Miller C. A. Single-spin asymmetries: the Trento conventions // Physical R,eview D. 2004. Vol. D70. P. 117504.

6. Arndt R. A., Briscoe W. J., Strakovsky I. I., Workman R. L. SAID partial wave analysis facility // Physical Review C. 2002. Vol. 66. P. 055213.

7. Bedlinskiy I., Kubarovky V., Stoler P. et al. "Measurement of Exclusive 7T° Electroproduction Structure Functions and Their Relationship to Transversity GPDs-// Physical Review Letters. 2012. Vol. 109. P. 112001.

8. De Masi R., Garson M., Zhao B. et al. Measurement of e p -> e p piO beam spin asymmetries above the resonance region. // Physical Review C. 2008. Vol. 77. P. 042201.

9. Girod X., F, Niyazov R. A., Avakian H. et al. Deeply Virtual Compton

10. Scattering Beam-Spin Asymmetries // Physical Review Letters. 2008. Vol. 100. P. 162002.

11. Goeke K., Polyakov M., Vanderhaeghen M. Hard exclusive reactions and the structure of hadrons // Progress in Particle and Nuclear Physics. 2001. Vol. 47. P. 401.

12. Ahmad S., Goldstein G. R., Liuti S. Nuclear Tensor Charge from Exclusive 7T° electroproduction // Physical Review D. 2009. Vol. D79. P. 054014.

13. Goloskokov S. V., Kroll P. An attempt to understand exclusive tt+ electroproduction // European Physical Journal C: Particles and Fields. 2010. Vol. C65. P. 137. URL: http://arxiv.Org/abs/arXiv:0906.0460.

14. Airapetian A. et al. Single-spin azirnuthal asymmetry in exclusive electroproduction of 7r+ mesons on transversely polarized protons /'/' Physical Letters B. 2010. Vol. B682. P. 345-350.

15. Hoodbhoy P., Ji X. Helicity-Flip Off-Foward Parton Distributions of the Nucleón // Physical Review D. 1998. Vol. D58. P. 054006.

16. Dichl M., Hagler P. Spin densities in the transverse plane and generalized transversity distributions // European Physical Journal C: Particles and Fields. 2005. Vol. C44. P. 87.

17. Gockeler M., et al. Transverse spin structure of the nucleón from lattice QCD simulations // Physical Review Letters. 2007. Vol. 98. P. 222001.

18. Mecking B. The CEBAF Large Acceptance Spectrometer // Nuclear Instruments h Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors, and Associated Equipment. 2003. Vol. 503/3. P. 513.

19. Mestayer M. D., Carman D. S. The CLAS drift chamber system // Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors, and Associated Equipment. 2000. Vol. 449. P. 81 111.

20. Adams G., Burkert V., Carl R. The CLAS Cherenkov detector // Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors, and Associated Equipment. 2001. Vol. 465. P. 414-427.

21. Amarian M., Asryan G., Beard K. et al. The CLAS forward electromagnetic calorimeter // Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors, and Associated Equipment. 2001. Vol. 460. P. 239-265.

22. Smith E. S., Carstens T., Distelbrink J. The time-of-flight system for CLAS // Nuclear Instruments & Methods in Physics Research, Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors, and Associated Equipment. 1999. Vol. 432. P. 265-298.

23. Burkert V., Elouadrhiri L., Garson M., Stepanyan S. CEBAF experiments 01-113 and 06-003.

24. CLAS. CEBAF Inner Calorimeter, for Nuclear Instrrumentation and Methods.

25. Blobel V. The BOS System. Universität Hamburg, 2003. URL: http:// www.desy.de/~blobel/bosman.pdf.

26. Niyazov R., Stepanyan S. CLAS Note 2005-007 DVCS Calorimeter Prototype Reconstruction and Calibration Procedures: Tech. rep.: JLAB, 2005.

27. Osipenko M., A. Vlassov A., Taiuti M. CLAS Note 2004-020 Matching between the electron candidate track and the Cherenkov counter hit: Tech. rep.: JLAB, 2004.

28. Kubarovsky V. Private communications.

29. Park K. et al. Cross Sections and Beam Asymmetries for ep —>• enir+ in the Nucleoli Resonance Region for 1.7 < Q2 < 4.5 GeV2 // Physical Review C: Nuclear Physics. 2008. Vol. C77. P. 015208.

30. Wollin E. GSIM User's Guide Version 1.1. 1996. URL: http://www.jlab. org/Hall-B/document/gsim/userguide.html.

31. Ungaro M., Li J. CLAS Note 2003-006 Procedure for Drift Chamber inefficiencies: Tech. rep.: JLAB, 2003.

32. Afanasev A., Akushevich I., Burkert V., Joo K. QED radiative corrections in processes of exclusive pion electroproduction // Physical Review D. 2002. Vol. 66. P. 074004.

33. Ungaro M., Joo K. CLAS-NOTE: 2010-006 Meson electro-production Radiative Corrections based on Exclurad: Tech. rep.: JLAB, 2010.

34. Hand N. L. Experimental Investigation of Pion Electroproductiori // Physical Review. 1063. Vol. 129. P. 1834-1846.

35. Kroll P. private communications.