Изучение образования нейтральных мезонов в π-ρ-взаимодействии в области энергий P11-, S11-, D13-резонансов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Козленко, Николай Георгиевич

• Козленко, Николай Георгиевич
• кандидат физико-математических наук
• 2009

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Козленко, Николай Георгиевич

1 Введение; мотивация данного эксперимента, теоретическое обоснование.

1.1 Цель работы.

1.2 Мотивация данного эксперимента, теоретическое обоснование.

1.2.1 Образование 7г°-мозона в реакции 7т~р —> -к°п.

1.2.2 Рождение /у-мезона в реакции 7Г~р —> щ.

2 Методика измерений и описание установки.

2.1 Ускоритель Alternating Gradient Synchrotron (AGS) Брукхевенской Национальной Лаборатории (BNL).

2.2 Описание линии С6/С8 ускорителя AGS

Брукхэйвенской Национальной Лаборатории

2.3 Общая схема установки эксперимента Е913.

2.4 Описание детектора "Crystal Ball", состоящего из 672 Nal кристаллов.

2.5 Мишени.

2.5.1 Жидководородная мишень (LH2), использованная в 1998 г.

2.5.2 Полиэтиленовая мишень (СН2), использованная в 2002 г.

2.6 "Veto Barrel" сцинтилляционные счётчики.

2.7 Пучковые счётчики.

2.8 Черенковский счётчик.

2.9 Счётчики для измерения времени пролёта.

2.10 Дрейфовые камеры.

2.11 Радиационная защита установки и поглотитель пучка.

3 Электроника и система сбора данных.

3.1 Введение.

3.2 Электроника детектора "Crystal Ball".

3.3 Триггеры для запуска установки.

3.4 Система сбора данных.

4 Калибровка "Crystal Ball" детектора.

4.1 Введение.

4.2 Калибровка с использованием источника 137Cs.

4.3 Стабильность коэффициентов калибровки, полученных на источнике 137Cs.

5 Обработка данных.

5.1 "Analyzer" программа обработки данных.

5.2 Программа поиска кластеров.

5.3 Регистрация нейтронов в "Crystal Ball" детекторе.

5.4 Расчёт аксептанса установки.

6 Параметры пучка линии С6, для импульсов налетающих 7Г -мезонов от 547 МэВ/с до 747 МэВ/с.

6.1 Калибровка импульса пучка.

6.2 Определение импульса налетающих пионов с использованием кинематики реакции тт~р —г/п.

6.3 Определение зависимости недостающей массы от вычисленной инвариантной массы ?7-мезона.

6.4 Моделирование корреляции MM vs. Minv методом Монте-Карло при использовании детектора "Crystal Ball" и сравнение с данными реального эксперимента.

6.5 Дополнительные поправки к выполненной калибровке, вызванные близостью порога реакции тг~р —> г]П.

6.6 Геометрические размеры пучка; примеси электронов и мюонов; импульсное распределние пучка тг~-мезонов линии С6.

7 Результаты измерения дифференциальных сечений для процесса тт~р —> тг°тг полученные на полиэтиленовой и водородной мишенях при импульсах налетающих тт~-мезонов = 547, 600, 645, 675, 690, 703,

720, 732 и 747 МэВ/с.

7.1 Введение.

7.2 Идентификация тг°-мезонов, зарегистрированных детектором "Crystal Ball".

7.3 Дифференциальные сечения реакции тт~р —>• тг°гг при импульсе налетающих тг~-мезонов 720 МэВ/с.

7.4 Дифференциальные сечения реакции тт~р —* тг°я при импульсе налетающих тг~-мезонов 547 МэВ/с.

7.5 Дифференциальные сечения реакции тг~р —> тг°п при импульсе налетающих тг~-мезонов 600 МэВ/с.

7.6 Дифференциальные сечения реакции тг~р —» тг°п при импульсе налетающих тг~-мезонов 645 МэВ/с.

7.7 Дифференциальные сечения реакции тг~р —> тг°п при импульсе налетающих тг~-мезонов 675 МэВ/с.

7.8 Дифференциальные сечения реакции тг~р —>• тг°п при импульсе налетающих тг~-мезонов 690 МэВ/с.

7.9 Дифференциальные сечения реакции тг~р —> и°п при импульсе налетающих тг~-мезонов 703 МэВ/с.

7.10 Дифференциальные сечения реакции тг~р —> тг°п при импульсе налетающих тг~-мезонов 732 МэВ/с.

7.11 Дифференциальные сечения реакции тт~р — тг°п при импульсе налетающих тг~-мезонов 747 МэВ/с.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Изучение образования нейтральных мезонов в π-ρ-взаимодействии в области энергий P11-, S11-, D13-резонансов»

8.1.2 Определение числа 77-мезонов, зарегистрированных детектором "Crystal Ball".102

8.1.3 Вычисление полных сечений реакции ж~р —» г\п.107

8.2 Результаты измерения дифференциальных сечений для процесса —> г]п при импульсах налетающих 7г~-мезонов 690, 703, 720, 732 и 747 МэВ/с.108

8.3 Обсуждение полученных результатов для реакции ir~p —> rjn, сравнение с предыдущими работами, выводы.122

9 Заключение 126

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Козленко, Николай Георгиевич

Основные результаты данной работы следующие:

1. С помошью детектора "Crystal Ball" получены новые прецизионные (2%-4%) данные по дифференциальным сечениям реакции перезарядки п р —> ТГ П При импульсах налетающих тг~-мезонов = 547, 600, 645, 675, 690, 703, 720, 732 и 747 МэВ/с. Импульсный разброс налетающих тг-мезонов в пучке составлял ^r(<x) ~ 1%. Всего было получено 185 новых точек, что значительно превышает число экспериментальных точек для этой реакции имевшихся до этого в мировой базе данных в этом импульсном интервале.

2. Результаты эксперимента для реакции тг~р —>■ ттап не подтверждают предсказаний парциально-волнового анализа SAID FA02 в области углов вылета тг -мезона назад в системе центра масс для импульсов налетающих тг~-мезонов выше порога образования 77-мезона 685 МэВ/с. Из этого следует вывод, что необходимо проведение нового парциально-волнового анализа с использованием новых данных по перезарядке и по образованию г/-мезонов.

3. Получены полные и дифференциальные сечения реакции п р —tjti при импульсах налетающих тг"~-мезонов Pv = 690, 703, 720, 732 и 747 МэВ/с, превышающие по точности все предыдущие эксперименты (статистические ошибки меньше 5%, систематические ошибки 5%). Всего представлено 100 новых экспериментальных точек по дифференциальным сечениям реакции тг~р —> rjn.

4. Предсказания парциально-волнового анализа SP06 по дифференциальным сечениям реакции тг~р ipi систематически отличаются от наших данных примерно на 10%-15% в меныпую сторону, хотя форма сечений совпадает. Это снова указывает на необходимость выполнить новый парциально-волновой анализ с использованием новых данных.

5. Полученные данные указывают на существенный рост вклада D-волны в дифференциальные сечения реакции тг~р rjn в области импульсов налетающего 7г~-мезона от порога образования //-мезона 685 МэВ/с до 750 МэВ/с, который можно объяснить присутствием D13 (1520)-резонанса (Р~ = 739 МэВ/с) в этой области.

6. В ходе проведения эксперимента проведена наладка и энергетическая калибровка детектора "Crystal Ball", состоящего из 672 кристаллов Nal. Была создана, установлена и отлажена система мониторных пучковых счетчиков используемая для определения числа падающих на мишень тг~-мезонов.

7. Усовершенствована программа "Analyser" для проведения обработки результатов эксперимента. Разработана программа для моделирования эксперимента методом Монте-Карло и рассчитаны аксептансы для 2 реакций на 9 импульсах для Н2 и СН2 мишеней.

Б л агодарно сти

Выражаю благодарность моему научному руководителю, профессору д.ф.-м.н. Круглову Сергею Павловичу за помощь и поддержку в подготовке диссертации. Лопатину Игорю Владимировичу за редакторские правки и советы для улучшения качества и стиля диссертации.

Выражаю благодарность всем членам коллаборации "Crystal Ball" за высокий профессиональный уровень и совместную работу при проведении эксперимента и получения экспериментальных данных. Персонально выражаю благодарность профессору Майклу Садлеру за сотрудничество, обсуждения результатов и неоднократную финансовую поддержку моего участия в эксперименте.

Выражаю благодарность сотрудникам лаборатории мезонной физики за их советы и помощь. А также многим сотрудникам Отделения Физики Высоких Энергий, принимавших участие в обсуждении и решении проблем, при необходимости оказывающих помощь лентами, дисковым пространством, терминалами.

Также хочется выразить благодарность группе Computing за предоставление возможности обрабатывать данные на вычислительных ресурсах не уступающим мировым аналогам в то время.

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований и Министерством промышленности, науки и технологий РФ, US DOE, NSF, NSERC, Volkswagen Stiftung.

9 Заключение

После проведения эксперимента, обработки и анализа полученных данных, результаты данной работы обсуждались на семинарах Лаборатории мезонной физики и на семинарах Отделения физики высоких энергий ПИЯФ. Основные результаты работы были также представлены на конференциях:

• Meson 2000 Workshop, Cracow, Poland, 19-23 May 2000.

• Конференция по физике элементарных взаимодействий, декабрь 2001 г., ИТЭФ, Москва.

• The 9th Int. Conference on Hadron Spectroscopy (Protvino, Russia, 25 August-1 September 2001).

• The 10th Int. Symposium on meson-nucleon physics and the structure of the nucleón (Beijing, China, 29 August-4 September 2004).

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Козленко, Николай Георгиевич, 2009 год

1. S.P. Kruglov, V.V. Abaev, N.A. Bazhanov et al. Investigation of nN scattering in LNPI. ttN Newsletter 4 (1991) 1^34.

2. M.E. Sadler. Pion-Nucleon Experimental program at LAMPF. In Proceedings of International Conference on Meson and Nuclei at Intermediate Energies, Dubna, 1994 (World Sci., Singapore, 1994), p. 3-12.

3. J.F. Martin, J. C. Sleeman, R. M. Brown et al. Polarization measurements in ~+p elastic scattering from 0.60 to 2.65 GeV/c Nucl. Phys. В 89 (1975) 253-286.

4. И.В. Лопатин. Измерение дифференциальных сечений 7гр-рассеяния с перезарядкой в области низколежащих Рц, Su и /^з-резонансов. Ядерная Физика 65, N2 (2002) с. 260-268.

5. C.B. Chiu, R.D. Eandi, А.С. Helmholz et al. Pion-Proton Charge-Exchange Scattering from 500 to 1300 MeV. Phys.Rev 156 (1967) 1415-1426.

6. W. Deinet, H. Miiller, D. Schmitt et al. Differential and total cross sections for 7Г-+P-+ r) + n from 718 to 1050 MeV/c. Nucl. Phys. Bll (1969) 495-504.

7. R.M. Brown, A.G. Clark, P.J. Duke et al. Differential cross-section measurements in 7r~p charge exchange scattering from 620 to 2730 MeV/c. Nucl. Phys. В 117 (1976) 12-49.

8. F. Bulos, C.A. Bordner, P. Bastien et al. Charge-exchange and production of 77 mesons and multiple neutral pions in 7г~р reactions between 654 and 1247 MeV/c. Phys. Rev. 187, N5 (1969) 1827-1843.

9. R.B. Chaffee, Differential cross-section measurements for тг~р —► т.п from 880 to 1130 MeV/c. thesis LBL #1060 (1972).

10. J. Feltesse, R. Ayed, P. Bareyre et al. The reaction тг~р —> щ up to p* = 450 MeV/c: experimental results and partial-wave analysis. Nucl. Phys. B93 (1975) 242-260.

11. W.B. Richards, C.B. Chiu, R.D. Eandi et al. Production and Neutral Decay of the 77 Meson in rrp Collisions. Phys. Rev. D1 (1970) 10-19.

12. D.M. Binnie, L. Camilleri, N.C. Debenham et al. Study of Narrow Mesons near Their Thresholds. Phys. Rev. D8 (1973) 2789-2813.

13. R. A. Arndt, W. J. Briscoe, I. I. Strakovsky ei ai.Dispersion relation constrained partial wave analysis of nN elastic and irN —> r)AT scattering data: The baryon spectrum. Phys. Rev. С 69 (2004) 035213 18 pages.

14. R. A. Arndt, W. J. Briscoe, I. I. Strakovsky, R. L. Workman. Extended partial-wave analysis of piN scattering data. Phys. Rev. С 74 (2006) 045205 14 pages.

15. G. Hohler, Pion-nucleon scattering. Landolt-Bornstein, Vol. I/9b, Part 2, 1980. edited by H. Schopper (Springer Verlag, 1983).

16. Cutkosky, R. E. Hendrick, J. W. Alcock et al. Pion-nucleon partial-wave analysis. Phys. Rev. D20 (1979) 2804-2838.

17. R. Koch and E. Pietarinen. Low-energy ttN partial wave analysis. Nucl. Phys. A336 (1980) 331-346.

18. M.E. Sadler. The Crystal Ball Multi-Photon Spectrometer: A New Facility for Baryon Spectroscopy, 7i-N Newsletter 13 (1997) 123-126.

19. S. McBonald, CB-95-003 Data Acquisition using CODA, Technical Report, The Crystal Ball Collaboration (1995).

20. Martin Clajus, Aleksandr Starostin, Chris Allgower, Kelly Craig. Electronics Layout for AGS Experiments 913/9Ц,

21. Technical Report, The Crystal Ball Collaboration (1998).

22. K. Craig, CB-00-006 Beam Momentum Calibration of the Pion Runs From 1998, Technical Report, The Crystal Bal Collaboration (2000) 15 pages.

23. S. McBonald, CB-95-011 The C6/C8 Beamline Programs and Characteristics, Technical Report, The Crystal Ball Collaboration (1995) 18 pages.

24. N.G. Kozlenko. Near-Threshold Eta-Meson Production of the Reaction тг~р rjn using the Crystal Ball Betector. Acta Physica Polonica 31 (2000) 2239-2243.

25. A.B. Gridnev and N.G. Kozlenko. Pion-nucleon scattering in the К -matrix approach. Eur. Phys. J. A 4 (1999) 187-194.

26. C. Amsler et al. (Particle Bata Group), Physics Letters B667 (2008) 1.

27. V. Abaev, V. Bekrenev, N. Kozlenko et al. Study of тг~p reactions with neutral particles in the final states using the Crystal Ball at AGS. Основные результаты научных исследований ПИЯФ 2000-2004, Гатчина, 2005, с. 95.

28. H.Г. Козленко и др. Измерение дифференциальных сечений реакции тг~р —> тг°п на полиэтиленовой мишени с помощью детектора "Crystal Ball" в диапазоне импульсов налетающих тг-мезонов от 547 МэВ/с до 750 МэВ/с. Препринт ПИЯФ-2684, Гатчина, 2006, 56 с.

29. V.V. Abaev, V.S. Bekrenev, N.G. Kozlenko et al. Experiments of Crystal Ball collaboration at BNL. PNPI, High Energy Physics Bivision. Main Scientific Activity 2002-2006, Gatchina, 2007, p. 118-124.

30. Н.Г. Козленко, В.В. Абаев, B.C. Бекренев и др. Измерение полных и дифференциальных сечений реакции тг~р 1.п с помощью детектора "Crystal Ball". Ядерная физика, т. 66 (2003) 112-115.

31. N.G. Kozlenko et al. Measurements of the total and differential cross sections of the reaction n~p —>• rjn using a polyethylene target and the Crystal Ball detector. Preprint PNPI-2542, Gatchina, 2003, 27 p.