Образование адронов, содержащих странные кварки, в ξA-взаимодействиях в эксперименте SELEX тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Тарасов, Виктор Викторович

• Тарасов, Виктор Викторович
• кандидат физико-математических наук
• 2010

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Тарасов, Виктор Викторович

1 Введение 5 Обзор экспериментальных данных

1.1 Высоковозбуждённые гиперонные резонансы

1.1.1 Эксперимент WA

1.1.2 Поиск резонансных состояний в системе рКГ экспери- 13 менте WA

1.1.3 Эксперимент SPHINX

1.1А Наблюдение резонансных состояний в системе рК~ в 15 эксперименте SPHINX

1.2. Мезоны со скрытой странностью

1.2.1 Эксперимент на 6 метровом спектрометре ИТЭФ

1.2.2 Эксперимент BES II

2 Установка SELEX

2.1. Эксперимент SELEX ускорительного центра Фермилаб

2.2. Установка SELEX

2.3 Гиперонный пучок

2.4 Пучковый спектрометр

2.5 Вершинный спектрометр

2.6 Ml спектрометр

2.7 М2 спектрометр

2.7.1 Детектор переходного излучения электронов

2.7.2 Кольцевой черенковский детектор

2.8 МЗ спектрометр

2.9 Триггер

3 Образование высоковозбуждённых:, гиперонных резонан- 40 сов в ЗГА-взаимодействинх в эксперименте вЕЬЕХ

3.1 Идентификация частиц с помощью детектора ШСН

3.2 Выбор оптимальных критериев,отбора для идентифика- 43 ции частиц

3.3 Кинематические методы идентификации частиц

3.4 Поиск адронов, содержащих странные кварки, в реакции 51 ХГ+ С(Си) —> р + К~+ X в эксперименте БЕЬЕХ

3.4.1 Нахождение разрешения установки с использованием 54 метода Монте-Карло

3.4.2 Фитирование спектров эффективных масс для системы 56 рК"

3.4.3 Исследование рождения наблюдаемых сигналов (1520, 61 1670 и 1810 МэВ/с ) при различных значениях фейнмановской переменной хР

3.4.4 Наблюдение сигнала с массой ~2100 МэВ/с в спектре 64 эффективных масс системы рК"

3.4.5 Поиск резонансных состояний в системе рК- на про- 66 тонном и пионном пучках

3.5 Поиск высоковозбуждённых гиперонных резонансов в 69 спектре р

3.6 Поиск адронов, содержащих странные кварки, в реакции 78 1Г+ С (Си) эксперименте БЕЬЕХ

4 Образование мезонов со скрытой странностью в 2ГА- 82 взаимодействиях в эксперименте БЕЬЕХ

4.1. Поиск резонансных состояний в системе К+К~

4.2, Поиск резонансных состояний в системе рК+К~

4.3 Поиск резонансных состояний в системе рф

4.4 Выводы к главе

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Образование адронов, содержащих странные кварки, в ξA-взаимодействиях в эксперименте SELEX»

Возбуждённые состояния гиперонов со странностью -1, -2, —3 плохо изучены. Кварковая модель предсказывает существенно больше возбуждённых состояний, чем наблюдается в экспериментах в настоящее время [1].

Среди странных барионов в таблицах элементарных частиц (PDG) представлены 13 Л , 9 D и 5 S резонансов, классифицируемых как известные (3 или 4 звезды). В частности, из всех £ -гиперонов почти все известные состояния с массой более 1385 МэВ/с определялись только с помощью парциально-волнового анализа, с сильно различающимися оценками значений массы и ширины. До сих пор существуют лишь две работы по прямому наблюдению в спектре эффективных масс 2* с массой более 1385 МэВ/с2 и А* с массой более 1520 МэВ/с2.

Знания о выходе странных частиц важны для диагностики нового состояния материи - кварк-глюонной плазмы. Кроме того, в последнее время в связи с поисками пентакварков возрос интерес к системе, состоящей из нуклона и К-мезона.

Цель диссертации состоит в

• Исследовании рождения высоковозбуждённых гиперонных состояний на установке SELEX ускорителя Тэватрон в реакции 2~+С(Си)—>р+К~+Х при начальном импульсе 2Г -пучка 600 ГэВ/с .

• Исследовании рождения мезонов со скрытой странностью в реакции ХГ+С(Си)—>К++К~+Х при начальном импульсе IГ -пучка 600 ГэВ/с.

• Измерении масс, ширин и относительных выходов высоковозбуждённых гиперонных состояний и мезонов со скрытой странностью.

Научная новизна исследования.

В настоящее время проводятся два экспериметна на 2Г -гиперонных пучках в ЦЕРНе и во FNAL, которые позволяют исследовать возбуждённые гиперонные состояния с различной странностью. В диссертации получены новые экспериментальные данные, которые дают возможность более глубокого .понимания физики образования возбуждённых состояний гиперонов и мезонов, содержащих странные кварки, изучения их свойств и характеристик, механизмов распада.

В диссертации представлены результаты эксперимента' SELEX по рождению состояний, содержащих странные кварки, с массами 1520, 1670, 1820 и 2100 МэВ/с2 в реакции S~+C(Cu)->p+K~+X и массами 1020 и 1525 МэВ/с2 в реакции L~+C(Cu)—»К++К"+Х при начальном импульсе пучка 600 ГэВ/с. Измеренные параметры гиперонных состояний и мезонов со скрытой странностью имеют наибольшую статистическую обеспеченность среди аналогичных данных, представленных в PDG.

Проведены более точные измерения масс, ширин и относительных выходов этих состояний. Впервые было показано, что в спектре эффективных масс ^ системы рК имеется состояние с массой 2100 МэВ/с .

На гиперонном пучке впервые измерены относительные выходы гиперонных состояний со странностью -1, а также мезонов со скрытой странностью. Выход состояния с массой 1670 МэВ/с" относительно Л(1520) в канале распада ij рК составил (24,92±0,45±0,48)%, состояния с массой 1820 МэВ/с" относительно Л(1520) в канале распада рК~ - (16,13±0,38±0,45)%. Выход состояния /2(1525) относительно ф°(1020) составил (10,75±0,25±0,45)% в канале распада К+К".

Практическая ценность работы.

Подавляющее большинство данных о высоковозбуждённых гиперонных состояниях, представленных в PDG, были получены с помощью метода фазового анализа. В диссертационной работе представлены данные о> рождении высоковозбуждённых гиперонных состояний и мезонов со скрытой странностью, основанные на анализе спектров эффективных масс систем рКГ и ïCK".

Сигнал в области 1520 МэВ/с соответствует известному гиперонному состоянию Л(1520). Сигналы в области 1670 и 1820 МэВ/с2 согласуются с результатами экспериментов WA89 и SPHINX (ИФВЭ). Сигналы с массами-1020 и 1525 МэВ/с2 в системе К+К~ однозначно идентифицируются как ф°(1020) и

I if

2(1525)-мезоны, соответственно. Сигнал с массой 1520 МэВ/с" в спектре рК и сигнал с массой 1020 МэВ/с2 в спектре К^К" использовались для калибровки -параметры этих сигналов согласуются с данными PDG.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и списка литературы. Объём диссертации: 99 страниц, в число которых входят 66 рисунков и 6 таблиц. Список литературы насчитывает 51 наименование.

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Тарасов, Виктор Викторович

4.4 Выводы к главе 4

Как видно из пункта 1 текущей главы, число событий в резонансе с мае-сой 1525 МэВ/с составляет порядка 29000 событий, что превышает существующие мировые данные для ./2(1525), представленные в PDG. Таким образом, существующая статистика позволяет нам уточнить мировые данные для характеристик ^-мезона.

В таблице 4.2. представлены характеристики fi -мезона, а также других, наблюдаемых нами частиц, в спектрах рК~ и К+К~.

Заключение

1. По материалам эксперимента SELEX проведена идентификация протонов и К-мезонов в реакциях 2Г + С(Си) —► р + К" + X и- 2Г + С(Си) —> К+ + К- + X с использованием RICH детектора^ подобраны оптимальные ограничения для отбора событий.

2. Путём моделирования определено разрешение установки SELEX в спектре эффективных масс системы рК~ и в спектре эффективных масс системы К+К".

3. Наблюдались высоковозбуждённые гиперонные состояния в системе рК" в области 1,52 (М = 1518,7±0,1±1 МэВ/с2, Г = 15,6±0,1±1,0 МэВ/с2), 1,67 (М = 1672,9±0,8±1,0 МэВ/с2, Г=56,6±1,6±3,0 МэВ/с2) и 1,82 (М=1809,1±1,4±1,0 МэВ/с2, Г=71,6±3,6±1,4 МэВ/с2) ГэВ/с2. Сигнал вблизи 1,52 ГэВ/с2 соответствует известному резонансу Л(1520). Сигналы вблизи 1,67 и 1,82 ГэВ/с согласуются с результатами экспериментов SPHINX 2004 года и WA89 2007 года. Наблюдаемые нами сигналы в спектре рК~ скорее всего соответствуют гиперон-ным состояниям с изотопическим спином 0.

Измеренные параметры гиперонных резонансов имеют наибольшую статистическую обеспеченность среди других экспериментальных данных представленных в PDG.

4. Определено отношение выходов гиперонных состояний Л(1670) и Л(1820) относительно Л(1520) в канале распада на рК~.

5. Исследована зависимость наблюдаемых сигналов в системе рК~ от фейнмановской переменной xF. Показано, что при больших значениях хР происходит относительное увеличение сигналов над фоном. При малых значениях фейнмановской переменной xF (xF<0,3) сигнал вблизи 1520 МэВ/с2 существенно уменьшается, а вблизи 1670 и 1810 МэВ/с не наблюдаются. Данное наблюдение полностью подтверждает эффект механизма лидирования в адронных взаимодействиях.

6. Впервые в спектре эффективных масс в системе рК обнаружен сигнал в области 2,1 ГэВ/с2 (М = 2125±4 МэВ/с2, Г = 17±6 МэВ/с2), который виден лишь при значении фейнмановской переменной 0,6 < xF <0,7.

7. Осуществлён поиск резонансных состояний в системе рКГ на протонном и пионном пучках, а также поиск античастиц в системе щ*на к~, р, 2Г -пучках. Амплитуда резонансных сигналов, наблюдаемых на гиперонном пучке, в данных условиях подавлена, что также наглядно подтверждает механизм лидирования.

8. В системе К+К~ наблюдались резонансы в области 1020 и 1525 МэВ/с2.

Сигнал вблизи 1,02 ГэВ/с2 (М = 1019,9±0,1 ±0,4 МэВ/с2, Г =

4,32±0,09±0,16 МэВ/с2), соответствует ф0(Ю20)-мезону, а в области 1,525 ГэВ/с2 (М = 1522±1±2 МэВ/с2, Г = 84±2±3 МэВ/с2), соответствует /2' (1525)-мезону. Число событий в сигнале /2 составляет около 29000 событий и это более чем на два порядка превышает существующие мировые данные по наблюдению fi~ мезона на пучках, содержащих странные кварки, в спектрах эффективных масс. Более того, статистическая обеспеченность резонанса/г превосходит абсолютно все другие экспериментальные данные представленные в PDG как минимум на порядок.

9. Измерено отношение выхода резонанса^(1525) относительно ф°(1020) в канале распада на К+К~.

Благодарности

Хочется выразить благодарность и признательность коллаборации 8ЕЬЕХ в лице сотрудников ФГУП «ГНЦ РФ - ИТЭФ» Долголенко А.Г., Матвеева В.А., Давиденко Г.В., Ларина И.Ф. за предоставленные данные с эксперимента, а также за их ценные замечания и указания в ходе еженедельных совещаний во ФГУП « ГНЦ РФ - ИТЭФ». Также выражаю благодарность руководству кафедры №7 НИЯУ МИФИ в лице Дмитренко В.В. и Грачева В.М. за понимание и теплое отношение, сотрудникам лаборатории фундаментальных взаимодействий в НИЯУ МИФИ, в частности Сергееву Ф.М. и Булекову О.В. за ценные замечания и содержательную критику. Особую благодарность и глубочайшую признательность хочу выразить моему научному руководителю, профессору кафедры №7 НИЯУ МИФИ Поносову А.К., который на протяжении всего моего сотрудничества с ним оказывал мне неоценимую поддержку в педагогическом и моральном плане, и без помощи которого, была бы невозможна моя диссертационная работа. Сердечно благодарю свою группу поддержки -родных и близких, за моральную помощь на всём протяжении выполнения диссертационной работы.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Тарасов, Виктор Викторович, 2010 год

1. BtBi Тарасов, ШО. Варламов (от коллаборациш SELEX) «Образование, адронов содержащих странные кварки, в ХГА-взаимодействиях в эксперименте SELEX». Известия РАН. Серия физическая. 2010. Т. 74. №4. С. 496-50 Г.

2. О.В. Булеков, В.В. Тарасов и др. Разработка программного обеспечения для физического анализа данных эксперимента SELEX. Письма в ЭЧАЯ. 2009. Т. 6, №1(150). С. 145-151.

3. Назаров П.К., Тарасов В.В. Регистрация /?в эксперименте SELEX. «Фундаментальные исследования материи в экстремальных состояниях. Физи-ка.ядра и элементарных частиц». IV конференция НОЦ СЭДЖ Сборник научных трудов. МИФИ: Москва 2006. С.30-31.

4. Коллаборация SELEX. Представлено П.О. Варламовым, В.В. Тарасовым. Образование мезона /(1525) в эксперименте SELEX. Научная сессия МИФИ-2009. Аннотации докладов. Т. 2. «Исследование материи в экстремальных состояниях». С. 260.

5. Коллаборация SELEX. Представлено П. О. Варламовым, В. В. Тарасовым. «Совместное рождение пар ф°(1020)~мезонов в эксперименте SELEX». Научная сессия НИЯУ МИФИ 2010. Аннотация докладов. Т.2. Москва 2010. С. 234.

6. WA89 Collaboration, Adamovich M.I., Alexandrov Yu. A., Baranov S.P. et al. // hep-ex/070244vl 27 Feb 2007.

7. SPHINX Collaboration, Antipov Yu. M., Artamonov A.V., Batarin V.A. et al. // Eur. Phys. J. A. 2004. V. 21. P. 455.

8. Okubo S. //Phys Lett. 1963. V. 5. P 163.

9. Болонкин Б.В. и др. Исследование реакции К~р —> K°s K°s Y* при импульсе 40 ГэВ/с. ЯФ. 1986. Т. 43. вып. 5. С. 1211.

10. Болонкин Б.В. и др. Препринт ИТЭФ №86, М., 1973.

11. Болонкин Б.В. и др. Препринт ИТЭФ №154, М., 1981.

12. Горин Ю.П. и др. ПТЭ, 1971,2,87.

13. Барков Б.П. и др. // Письма в ЖЭТФ, том 70 вып. 4, стр. 242-246. 1999год.

14. Jun S.Y. et al. // Phys. Rev. Lett. 2000. V. 84. P. 1857.

15. A. V. Evdokimov, M. Y. Balatz et al. The lead-glass electromagnetic calorimeter for the Fermilab E781 (SELEX) experiment. 4 may 2001.

16. J. L. Langland. Hyperon and anti-hyperon production inp-Cu interactions. PhD thesis, University of Iowa, 1996. UMI-96-03058.

17. J. Langland. Hyperon beam flux parameterization for E781 based on E497 data. H-Note 693, SELEX Internal Report, 1994.

18. U. Dersch, A.V. Evdokimov et al., SELEX Collaboration. Total cross section measurements with лГ, XT and protons on nuclei and nucleons around 600 GeV/c. Nucl. Phys. B579 (2000) 277, 94.

19. J. Lach. E781 hyperon beam and targeting system. FERMILAB-TM-2129.

20. P. Mathew, Construction and evaluation of a high resolution silicon microstrip tracking detector and utilization to determine interaction vertices. PhD thesis, Dept. of Physics, Carnegie Mellon University, 1997.

21. P. Pogodin et al., "Drift chambers of the Ml spectrometer: the detector, electronics and software". H-Note 788, SELEX Internal Report, 1997.

22. U. Dersch, A.V. Evdokimov et al., SELEX Collaboration. Total cross section measurements with nf , IT and protons on nuclei and nucléons around 600 GeV/c. Nucl. Phys. B579 (2000) 277, 94.

23. K. Volwalter, Determination of the Pion Charge Radius with a Silicon Microstrip Detector System. PhD thesis, Max-Planck-Institut fur Kernphysik, 1998.

24. Lungov L. E. Vector drift chambers database. H-Note 779. SELEX Internal Report. 1997.

25. V.Maleev et al. Description and test results for DPWC and TRD in E781, H-Note 747, SELEX Internal Report, 1995.

26. J. Engelfried et al. The E781 (SELEX) RICH detector. Nucl. Instrum. Meth. A409 (1998) 439.

27. J. Engelfried et al. The RICH detector of the SELEX experiment. Nucl. Instrum. Meth. A 433 (1999) 149.

28. J. Engelfried et al. SELEX Phototube RICH detector. Nucl. Instrum. Meth. A431 (1999) P. 439.

29. W.A. Campbell Jr. et al., NASA Reference Publication P. 1124. 1984.

30. R. Richardson and R. Schmitt, Adv. in Cryo. Eng. V. 41B (1996) P. 1907.

31. E. Dambik, D. Kline, and R. West. The Epicure Control System", Proceedings of the International Conference on Accelerator and Large Experimental Physics Control Systems (ICALEPCS 93), Berlin, Germany, 18-22 Oct 1993. Fermilab-CONF-93-288.

32. M.P. Maia et al., Nucl. Instr. and Meth. A326 (1993) 496.

33. V.A. Dorofeev et al., Physics of Atomic Nuclei 57(1994) 227.

34. A. Kulyatsev et al. E781 hardware trigger preliminary design. H-Note 676, SELEX Internal Report, 1994.

35. D. M. J. Engelfried, P. Cooper. The E781 trigger and DAQ System. H-Note 643, SELEX Internal Report, 1995.

36. U. Muller et al., Nucí. Instr. and Meth. A343 (1994) 279.

37. J. S'eguinot and T. Ypsilantis, Nucl. Instr. and Meth. 142 (1977) 377.

38. Добрецов Ю. П., Методы идентификации частиц в экспериментальной физике высоких энергий, М.: Конспект лекций, 2000.

39. Копылов Г. И. Основы кинематики резонансов. М.: Наука, 1970.

40. Гольданский В. И., Никитин Ю. П., Розенталь И. JI. Кинематические методы в физике высоких энергий. М.: Наука, 1987.

41. Тарасов В.В. // Дипломная работа. МИФИ. 2007. -45с.