Прецизионные измерения сечения электрон-позитронной аннигиляции в адроны тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, доктор физико-математических наук Хазин, Борис Исаакович

• Хазин, Борис Исаакович
• доктор физико-математических наук
• 2000

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Хазин, Борис Исаакович

Введение

1 Детектор КМД

1.1 Цилиндрические пропорциональные камеры и особенности их работы при низких температурах.

1.1.1 Электрические поля и устойчивость проволочек в цилиндрической пропорциональной камере

1.1.2 Особенности работы МПК при низких температурах.

1.1.3 Конструкция МПК

1.2 Система запуска детектора КМД.

2 Детектор КМД

2.1 Дрейфовая камера.

2.1.1 Конструкция камеры.

2.1.2 Организация ячеек камеры.

2.1.3 Аналоговая электроника съема сигналов с камеры.

2.1.4 Поиск и восстановление треков заряженных частиц

2.1.5 Определение времен дрейфа.

2.1.6 Восстановление координат точек трека.

2.1.7 Поиск фрагментов трека.

2.1.8 Добавление к фрагменту новых точек и объединение фрагментов в трек.

2.1.9 Определение параметров трека частицы.

2.1.10 Пространственное разрешение камеры.

2.1.11 Поправки к расчетным изохронам.

2.1.12 Реконструкция точек в плоскости, содержащей ось пучков

2.1.13 Алгоритм восстановления треков в плоскости, содержащей ось пучков

2.1.14 Фильтрация шумовых срабатываний проволочек.

2.1.15 Влияние неточностей калибровок на систематическую ошибку восстановления г - координаты.

2.1.16 Калибровка ДК с помощью г-камеры.

2.1.17 Результаты использования Ъ-камеры для калибровок г-координаты и реконструкции треков.

2.1.18 Измерение удельных ионизационных потерь.

2.2 Ъ-камера

2.3 Электромагнитный калориметр

2.4 Магнитная система детектора КМД-2.

2.5 Система сбора данных

2.6 Система запуска детектора.

2.7 Организация анализа данных

2.8 Программа моделирования детектора.

2.9 Набор экспериментальных данных детектором

3 Измерение сечения аннигиляции е+е- —> 7г+7г~ с детектором КМД

3.1 Набор экспериментальных данных

3.2 Обработка экспериментальных данных

3.2.1 Отбор коллинеарных событий.

3.2.2 Разделение событий по квадрату массы

3.2.3 Разделение событий по двумерным распределениям средний импульс - угол вылета.

3.2.4 Определение квадрата модуля электромагнитного формфактора заряженного пиона

4 Измерение сечения аннигиляции е+е~->7г+7г- с детектором КМД

4.1 Общее описание методики измерения.

4.2 Отбор коллинеарных событий.

4.3 Разделение коллинеарных событий.

4.3.1 Функция максимального правдоподобия.

4.3.2 Определение числа фоновых событий

4.3.3 Коррекция зависимости энерговыделения от полярного угла трека

4.3.4 Параметризация энерговыделений.

4.3.5 Энерговыделение фоновых событий.

4.3.6 Энерговыделение электронов и позитронов.

4.3.7 Энерговыделение пучковых мюонов.

4.3.8 Энерговыделение пионов.

4.3.9 Результаты минимизации

4.4 Определение сечения е+е~ —>

4.4.1 Борновские сечения и радиационные поправки

4.4.2 Эффективность триггера.

4.4.3 Эффективность восстановления.

4.4.4 Поправка на потерю пионов за счет ядерных взаимодействий

4.4.5 Поправка на потерю пионов за счет распадов на лету.

4.4.6 Поправка на фон от распадов ю -> 7г+7г7г°.

4.4.7 Результаты измерений и анализ систематических ошибок.

4.5 Определение параметров р мезона и р — со интерференции.

4.5.1 Модель Гунариса-Сакураи (СЭ).

4.5.2 Модель скрытой локальной симметрии (НЬЭ).

4.5.3 Сравнение результатов с предыдущими экспериментами.

5 Измерение сечения аннигиляции е^е-—>тт+тг~тг° с детектором КМД

5.1 Изучение поведения сечения е+е~ —> 7г+7г-7г0 в области ш мезона

5.1.1 Отбор событий

5.1.2 Определение числа событий.

5.1.3 Определение сечения процесса —>• 7г+7г~7г°.

5.1.4 Анализ систематических ошибок

5.2 Изучение поведения сечения е+е~ —»■ 7г+7г7г° в области ф мезона.

5.2.1 Выделение событий процесса ф —> 7г+7г~7г°.

5.2.2 Условия отбора и источники фона.

5.2.3 Эффективность регистрации.

5.2.4 Эффективность триггера.

5.2.5 Учет радиационных поправок.

5.2.6 Вклад разброса энергии в пучке.

6 Изучение процесса е+е- —> 4-7г

6.1 Общие характеристики процесса е+е~ —»• 7г+7г~27г°.

6.2 Предварительный отбор событий 7г+7г27г°

6.3 Кинематическая реконструкция событий 7г+7г-27г°.

6.4 Сечения процессов е+е~ —> 2тг+2п~ и е+е~ —» 7г+7г~27г°.

7 Сечения рождения пар К+К~ и К3Кь в области ф мезона

7.1 Отбор событий.

7.2 Определение сечений

8 Обсуждение результатов 166 Заключение 169 Благодарности • 171 Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Прецизионные измерения сечения электрон-позитронной аннигиляции в адроны»

После того, как в пионерских экспериментах конца шестидесятых начала семидесятых годов на встречных электрон-позитронных пучках было обнаружено, что вероятность образования адронов в конечном состоянии отнюдь не мала, измерение энергетической зависимости сечения образования адронов оказалось важнейшим источником информации, формирующим современное понимание физики элементарных частиц.

В рамках представлений наивной кварк-партонной модели, отличие сечений элек-трон-позитронной аннигиляции в пару лептонов и пару кварков связано только с различием их электрических зарядов. В этом случае отношение сечений рождения адронов и, например, мюонов, может быть записано как: где qf - заряд кварка с ароматом коэффициент 3 перед суммой соответствует трем цветовым зарядам каждого аромата, а величина сечения рождения пары мюонов определена в низшем порядке теории возмущений хорошо известным выражением: сг(е+е —» = 47го;2/35. Пока энергия е+е~ пары в ее системе центра масс далека от каких-либо резонансов или порогов рождения кварков с определенными ароматами, величина Я не должна зависеть от энергии и определяется только числом и зарядами кварков, рождение которых не противоречит закону сохранения энергии. В рамках этих представлений ниже порога рождения с-кварка ожидаемая величина Я равна 2, ниже порога рождения 6-кварка — 10/3, ниже порога ¿-кварка — 11/3 и в асимптотике достигает значения 5.

Расчеты в рамках КХД приводят к появлению пертурбативных поправок к этим оценкам. С точностью до третьего порядка по константе сильного взаимодействия а3, величина Я равна:

В соответствие с этим соотношением, точные измерения Л при высоких энергиях позволяют определять текущее значение константы сильного взаимодействия, в то время как при низких энергиях, особенно в области резонансов, резко возрастает роль непер-турбативных поправок.

Измерение адронных сечений в области энергий от порога рождения пары адронов до массы ¿^-бозона, а в последнее время и до энергий, соответствующих рождению пары ^-бозонов входило в программу экспериментов всех лабораторий, располагающих электрон-позитронными коллайдерами. Согласие этих измерений с теоретическими

1) предсказаниями является ярким подтверждением правильности гипотезы о наличии у кварков трех цветовых степеней свободы. История измерения R в области относительно низких энергий в Новосибирске, Орсэ, Фраскати, Стэнфорде и Гамбурге насчитывает уже более 30 лет [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9]. На Рис. 1 [10] приведены экспериментальные данные по величине R в области энергий ниже 10 ГэВ включая резонансы. Для энергий в системе центра масс ниже 5 ГэВ систематическая неопределенность величины R составляет в среднем около 15 %, а структура вблизи рождения чарма по-прежнему исследована недостаточно хорошо. Группа детектора DASP [11] сообщила об обнаружении узких резонансов с массами 4.04 ГэВ и 4.16 ГэВ, а детектор MARK I [12] интерпретируя свои данные наряду с резонансом массы 3.77 ГэВ указывает на широкие структуры с массами 4.04, 4.2 и 4.4 ГэВ. Наличие резонанса вблизи 4.4 ГэВ подтверждалось и более ранними данными группы PLUTO [13], хотя приводимые ими сечение и ширина резонанса отличаются от результатов MARK I. Новые измерения адронных сечений в области порога рождения чарма детектором BES в Пекине должны прояснить содержание наблюдаемой структуры.

В диапазоне энергий ниже Т мезона величина R измерялась с помощью детекторов MARK I, DASP, PLUTO, Crystal Ball, LENA, CLEO, CUSB и ARGUS с характерной систематической неопределенностью 5-10 %. Выше порога рождения Т мезона имеются данные экспериментов на коллайдерах PEP, PETRA и LEP с систематическими ошибками на уровне 2-7 %.

В течение последнего десятилетия был достигнут замечательный прогресс в прецизионных экспериментах по проверке Стандартной Модели (СМ). Данные четырех работающих на установке LEP детекторов настолько подробны и точны, что для проверки СМ могут быть использованы эффекты, связанные с электрослабыми радиационными поправками! В частности, косвенные методы определения массы Хиггсовского бозона шя чрезвычайно чувствительны к величине постоянной тонкой структуры при энергии, соответствующей массе Z-бозона а(М|). Большая часть неопределенности величины а(М|) связана с неопределенностью вклада легких кварков в поляризацию вакуума Aa(s) = —П' (s) при энергиях, соответствующих массе Z-бозона. Такой вклад не зависит от конкретного вида начального и конечного состояния связанных виртуальным фотоном и обычно записывается в виде a (s) = а/[1 — Aa(s)], где а = 1/137.035 989 5 (61), Да = Дaiepton + ^akíd + гДе ^aíad соответствует вкладу пяти легких кварков, a bochad - вкладу t кварка. В то время, как лептонная часть может быть посчитана достаточно точно в рамках теории возмущений, поскольку лептонная петля модифицируется лишь малыми электромагнитными поправками [14], адронная часть Аа/мл не может быть найдена из первых принципов КХД в связи с неопределенностью масс легких кварков и неприменимостью подхода теории возмущений в случае, когда квар-ковая петля модифицируется сильными взаимодействиями в режиме низких энергий. Возможность определения Aoihad основана на использовании требований аналитичности и унитарности, которые приводят к дисперсионным интегральным соотношениям вида [15, 16, 17]:

Г ds had 4тг2о; Jiml

Re]

2) s - М| - is 37Г

Другим важным параметром, для определения которого необходимы точные и подробные данные о зависимости R от энергии, является аномальный магнитный момент р,ю,Ф rs

Y's R had 0

Burkhardt, Pietrzyk '95

I i\ 11

I 15% |

15 %

• Bacci et al.

Cosme et al.

A Mark I

Pluto

O Cornell,DORIS

Crystal Ball

A MD-1 VEPP-4

0 VEPP-2M ND

O DM2

6%

3%

I I ' [ ' I ' ' I ' I ' ' ' ' I ' ' ' ' I

I I I ' i i i i ' i I ' I I i ' I relative error in continuum

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 л/s in GeV

Рис. 1: Зависимость Я от энергии в системе центра масс для л/я < 10 ГэВ. лептонов. Магнитный момент электрона ße и его гиромагнитное отношение де играли важнейшую роль в современной физике начиная со времени их открытия при изучении оптических переходов в атомах и последующего включения в дираковскую теорию электрона, которая предсказывала значение де = 2. Обнаруженное в экспериментах по атомным переходам в микроволновой области двухпроцентное отклонение от дираков-ского предсказания — де = 2.00238(10) наряду с открытием Лэмбовского сдвига 2251/2 и 22Pi/2 уровней в атоме водорода привело к созданию современной квантовой электродинамики (КЭД) и теории перенормировок. В настоящее время величина (д — 2)е измерена с точностью 4 х 10~7 % (4 ppb) при наблюдении микроволновых переходов отдельных электронов и позитронов в пеннинговской ловушке [18], в то время как расчеты на основе КЭД дают точность около 1 х Ю-9 % (1 ppb).

Аналогичным образом, гиромагнитное отношение мюона, дм, отличается от 2 в большую сторону на 0.1 %. Это обстоятельство является одним из важнейших указаний на ¡л—е универсальность, свидетельством того, что мюон ведет себя как тяжелый электрон. В последнем, наиболее точном эксперименте CERN [19, 20], величина а^ = (д — 2)м/2 была измерена с точностью 7 х Ю-4 % (7 рргп). Следует отметить, что это значение получено усреднением результатов для положительно и отрицательно заряженных мю-онов: причем статистическая неопределенность составляет основную часть приведенных ошибок. Теоретические расчеты в предположении, что мюон является тяжелым электроном, то есть участвует только в электромагнитных и слабых взаимодействиях, обеспечивают сегодня точность вычисления величины ам лучше 1 ррш: что находится в хорошем соответствии с экспериментальным результатом (3).

Отличие величин дм и де связано, в основном, с различием вклада лептонной поляризации вакуума. В то же время, поскольку мюон существенно тяжелее электрона, вклады в величину д более тяжелых частиц усилены в отношении ~ (тй/те)2 ~ 4х 104. Это обстоятельство, с одной стороны открывает возможность косвенного обнаружения существования неизвестных до сих пор частиц и взаимодействий путем прецизионного измерения аномального магнитного момента мюона, а с другой, создает методологические проблемы, связанные с невозможностью расчета в рамках современной теории вклада адронной поляризации вакуума в величину (д — 2)^.

Аномальный магнитный момент мюона является одной из немногих фундаментальных характеристик элементарных частиц, которые могут сосчитаны, в принципе, с любой степенью точности. Напомним, что в рамках Стандартной Модели аналогичные по степени фундаментальности характеристики частиц — их массы, заряды и константы взаимодействия — являются внешними параметрами, вносимыми в теорию из эксперимента. Таким образом, точные измерения ам являются одним из решающих тестов правильности и полноты существующих физических теорий, возможным окном в новую физику. aß-(exp) = 1 165 936(12) х Ю-9 (10 дат) ajl+(exp) = 1 165 910(11) х 10~9 (10ррт) aß(exp) = 1 165 923(8.5) х 10~9 (7 ррт),

3) aß(theor) = 116 591 628(77) х 1(Ги (0.66 ррт),

4)

Величина a^theor) определяется суммарным вкладом электромагнитных, сильных и слабых взаимодействий, причем основная часть ее неопределенности связана с существующей ошибкой определения вклада сильных взаимодействий a^{had). В литературе есть несколько оценок величины a^had), в которых значения a^had) отличаются мало, а приводимые точности расчетов существенно разнятся. Наиболее широко используемая и наилучшим образом аргументированная оценка однопетлевого вклада основывается на данных по сечению электрон-позитронной аннигиляции в адроны и заключается в вычислении дисперсионного интеграла [21] от порога рождения пары адронов до бесконечности ' , ^ /атц\2 R(s)K(s) , a^had-1 =(—-ii) / V \ 1 Jds, 5

V Ж ' Jinl s где К (s) — монотонно меняющаяся функция величиной порядка единицы во всем диапазоне интегрирования. В отличие от (2), уравнение (5) содержит дополнительную степень s в знаменателе подынтегрального выражения, что существенно увеличивает вклад малых энергий. Оценка величины a^had] 1) в этом подходе составляет [22]: a^had-1) = 7 024 (153) х Ю-11 (60.24 ± 1.31) ррт. (6)

Другой подход заключается в использовании дополнительной информации, извлекаемой при изучении адронных распадов г лептона — г* —> п^тг0^. В рамках гипотезы сохраняющегося векторного тока [23] (CVC) и в предположении изоспиновой инвариантности, изовекторная компонента сечения аннигиляции е+е~ —У тг+п~ связана со структурной функцией Vi^-^o соотношением i=i 4?та2 е+е-^тг+тг- = —Щ,тг-!г0

Следует отметить, что при этом можно определить только изовекторную компоненту сечения е+е~~ —> 7г+7Г~, в то время как в е+е~~ аннигиляции наблюдается и изоскалярная компонента. Первые результаты по измерению структурных функций Vi^-^o были получены в середине 90-х годов на детекторах ALEPH [24] и CLEO [25] с систематической ошибкой на уровне нескольких процентов. Расчет [26], объединяющий информацию экспериментов по электрон-позитронной аннигиляции и данные из адронных распадов т лептона приводит к величине a„(had] 1) = 6 951 (75) х Ю-11 (59.61 ± 0.64) ррш. (7)

Отметим еще раз, что именно сравнение с экспериментами по электрон-позитронной аннигиляции в адроны определяет уровень нарушения гипотезы CVC и изотопической инвариантности в распадах т лептона, являясь, таким образом, критерием возможности их применения для вычисления a^Çhad; 1). Приведем здесь для полноты оценки вклада высших порядков в адронную поляризацию вакуума [27]: a^had; 2) = -101(6) х Ю-11 (-0.87 ± 0.052) ррт, (8) и диаграмм типа рассеяния света на свете [28] a^(had] loi) = -79.2(15.4) х Ю'п (-0.68 ± 0.13) ррт. (9)

Сумма выражений для адронных вкладов с вкладом КЭД [29], вычисленным вплоть до членов порядка (а/7г)5: a^QED) = 116 584 705.7(1,8)(0.5) х Ю-11 (±16ppb) (10) и слабых взаимодействий с учетом двухпетлевых диаграмм [30, 31, 32, 33]: a^weak) = 151(4) х Ю-11 (1.30 ± 0.03) ррт (11) дает приведенную в выражении (4) оценку величины a^theor) в рамках Стандартной Модели.

Вообще говоря, любые новые частицы и взаимодействия, которые связаны с мюо-ном или фотоном, дают вклад в По сравнению с данными установок с максимальными энергиями (LEP-II, Tevatron, LHC), измерение с точностью 0.35 ррт, как это планируется в эксперименте Е831 Брукхэйвенской национальной лаборатории, США, обеспечит сравнимую или большую чувствительность к проявлениям составной структуры мюона или W-бозона а также к суперсимметричным частицам. Структура мюона может быть обнаружена вплоть до уровня 5-10"18 см, что соответствует масштабу энергий Л = 4 ТэВ, а влияние суперсимметричных частиц может быть зарегистрированно в случае, если их массы не превышают 130 ГэВ [29].

В эксперименте Е821 [34] поляризованные мюоны от распадов пионов инжектируются в накопительное кольцо с постоянным магнитным полем и слабофокусирующими электрическими квадрупольными линзами. Поскольку разница частот прецессии спина ujs и частоты обращения мюона и>с определяется выражением е

Ша = тс то влияние электрического поля на мюоны с импульсом 3.09 ГэВ/с, что соответствует величине 7 = 29.3, отсутствует и приведенное соотношение принимает вид: еВ

Ыа = -"V тс

Таким образом, измерения ша и В позволяют определить а^. При распаде мюонов в кольце рождаются позитроны —> е+ + vf, + наиболее энергичные из которых вылетают преимущественно в направлении мюонного спина. Позитроны распада регистрируются с помощью детекторов, построенных на основе сцинтилляционных нитей прослоенных свинцом, которые позволяют измерить момент регистрации позитрона с точностью 20 пс. Число отсчетов, регистрируемых каждым из двадцати используемых в эксперименте детекторов, зависит от времени как:

Ne = Nüe-thT0[l + A eos(cuat + ф)], (12) где г0 - время жизни мюона в системе покоя. Экспоненциальная зависимость, связанная с распадами мюона модулируется частотой ша, которая определяется из аппроксимации экспериментальных данных выражением (12). Магнитное поле в кольце измеряется системой ЯМР датчиков с точностью 0.1 ррт. Обработка информации, полученной в сеансе 1998 года с мюонной инжекцией привела к результату [35, 36]: 1 165 919(6) х 10"9 (5 ррт), а „В а,.

72 - 1

13 х Е что, после усреднения с более ранними данными, приводит к величине а/л а^ехр) = 1 165 921(5) х 1(Г9 (4 ррш). (13)

К настоящему моменту на ленты в эксперименте записана информация, соответствующая точности в величине а^ ~ 1 ррт.

Как уже отмечалось, основным источником неопределенности при сравнении экспериментальной величины а/( с теоретическими предсказаниями после достижения точности ~ 1 ррт будет систематическая ошибка измерений параметра Д.

Диссертационная работа посвящена описанию экспериментов с детекторами КМД и КМД-2, в которых были проведены подробные прецизионные измерения сечений электрон-позитронной аннигиляции в адроны.

В первой главе коротко описан детектор КМД. Впервые в этом детекторе была применена методика искровых и многопроволочных пропорциональных камер, работающих при низких температурах. Подробно рассмотрены особенности работы МПК в криогенном режиме и вопросы их электростатической устойчивости для цилиндрической геометрии.

Вторая глава посвящена описанию универсального магнитного детектора КМД-2, с помощью которого в экспериментах 1992-2000 годов были измерены все адронные сечения, дающие заметный вклад в дисперсионный интеграл (5). Особое внимание уделено описанию дрейфовой камеры детектора, которая является основой его трековой системы. В этой же главе описана история набора детектором экспериментальных данных и организация системы их обработки.

В третьей главе описан эксперимент по измерению сечения реакции е+е~ —> тг+п~, выполненный в 1982-1984 годах с детектором КМД. В этом эксперименте впервые форм-фактор был измерен в широком диапазоне энергий с систематической ошибкой не превышающей 2 %.

В четвертой главе подробно рассмотрена постановка эксперимента по измерению сечения реакции е+е~ 7г+7г~ с детектором КМД-2. Систематическая точность измерений в этом эксперименте составила рекордно малую величину 0.6 %.

В пятой главе описаны эксперименты с детектором КМД-2 по измерению сечений рождения конечного состояния 7г+7г7г° в области энергий ш и ф резонансов.

Шестая глава посвящена измерению сечения электрон-позитронной аннигиляции в конечное состояние с четырьмя пионами. Подробный анализ динамики этого процесса позволил надежно определить эффективность его регистрации, в результате чего сечение измерено с систематической ошибкой не превышающей 7 %.

В седьмой главе описан эксперимент по измерению сечения рождения пар нейтральных и заряженных каонов в области ф резонанса.

Полученные результаты и анализ их значимости для определения вклада адронной поляризации вакуума в аномальный магнитный момент мюона обсуждаются в восьмой главе.

Основные результаты работы приведены в заключении.

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Хазин, Борис Исаакович

Основные результаты работы заключаются в следующем:

1. В 1979 году, впервые в стране, для экспериментов по физике высоких энергий изготовлен детектор КМД, в котором магнитное поле величиной до 35 кГс создается сверхпроводящим соленоидом.

2. Разработаны цилиндрические многопроволочные пропорциональные камеры, работающие в криогенном режиме, которые обеспечили триггер детектора.

3. Впервые изучен вопрос об устойчивости проволочек в камерах цилиндрической геометрии.

4. Изучены особенности использования пропорциональных камер при низких температурах и найдены технологические решения, обеспечивающие их надежную работу в этих условиях - выбор газовой смеси и покрытия электродов.

5. В 1981-1985 годах с детектором КМД проведен цикл экспериментов, в которых сечение аннигиляции е+е~ —> 7г+7г~ измерено с систематической ошибкой 2 % в широкой области энергий - от 2 х Е = 360 МэВ до 2 х Е = 820 МэВ. В течение многих лет эти данные были основным источником о поведении формфактора заряженного пиона.

6. В 1992 году в Институте ядерной физики им. Г.И. Будкера для экспериментов на ускорительно-накопительном комплексе ВЭПП-2М построен универсальный магнитный детектор КМД-2.

7. Изготовлена дрейфовая камера, в которой наряду с дрейфовыми координатами измеряются координаты треков вдоль сигнальных проволочек методом деления заряда. Камера является основным элементом трековой системы детектора.

8. Разработаны методики калибровок параметров камеры, определяющих ее разрешение при измерении обеих координат. Достигнутые точности измерения импульсов и углов вылета треков соответствуют ожидаемым величинам.

9. В экспериментах с КМД-2, которые продолжаются до настоящего времени, на магнитные ленты записана информация, соответствующая интегральной светимости ~ 30 обратных пикобарн.

10. В экспериментальных сеансах 1994-1995 годов в 43 точках по энергии, которая определялась методом резонансной поляризации, измерено сечение реакции е+е~ —> тг+п~ с рекордно малой систематической ошибкой 0.6 %.

170

11. Аппроксимация данных о квадрате формфактора пиона моделями Гунариса-Са-кураи [114] и скрытой локальной симметрии [115] привела к следующим значениям основных параметров, характеризующим р резонанс:

Как видно из приведенных данных, точность определения всех параметров лучше, чем в Таблицах свойств элементарных частиц [113].

12. В области ш резонанса сечение реакции е+е~ —»• 7г+7г~7г° измерено в 13 точках по энергии с систематической ошибкой 1.4 %.

13. В области ф резонанса сечение реакции е+е~ —У 7г+7г~7г° измерено в 14 энергетических точках с систематической ошибкой 2 %.

14. В области ф резонанса измерены сечения процессов е+е~ -» KLKs и е+е~ —у К+К~с систематическими ошибками, соответственно, 2 % и 5 % .

15. В 19 энергетических точках в интервале энергий в системе центра масс 980 < 2 х Е < 1380 МэВ с систематической ошибкой 7 %.

16. Достигнутая точность измерения сечений отдельных каналов электрон-позитрон-ной аннигиляции в адроны позволяет определить вклад адронной поляризации вакуума в аномальный магнитный момент мюона с ошибкой 0.3 ррт. Эта результат открывает возможность поиска физических явлений вне рамок Стандартной Модели в эксперименте Е821 в БНЛ, США, где аномальный момент мюона будет измерен с точностью 0.35 ррт.

КМД-2 (94,95) PDG (98)

МэВ Гр, МэВ

Вг(ш -у Л"), % Г(р е+е~), кэВ

776.7 ±0.7 776.0 ±0.9

147.3 ±1.4 150.5 ±2.7 1.39 ±0.23 2.1 ±0.4

6.85 ±0.11 6.77 ±0.32

Благодарности

Эта работа никогда не была бы написана без участия очень многих людей. Мне бы очень хотелось, чтобы они, если придется когда-нибудь прочитать этот труд, снисходительно отнеслись к его недостаткам, ни в коем случае не виня себя в их происхождении.

В первую очередь я благодарен своим коллегам и товарищам, вместе с которыми была проделана очень большая работа по проектированию и изготовлению установок КМД и КМД-2, которые выполняли ежедневные, кропотливые обязанности по поддержанию их в рабочем состоянии, годами вели запись и последующую обработку информации. Число их безгранично - по известным обстоятельствам я должен начать с дирекции Института и закончить многочисленными студентами, учавствующими в работе в разное время. Невозможно определить, чье влияние, чей вклад в общее дело был более важен на том или ином этапе выполнения проекта, который длился 30 лет и пока еще достаточно далек от полного завершения!

Мне очень повезло работать в коллективе, который находит решения неизбежно возникающих сложных и, порой неприятных, проблем в исключительно конструктивной и доброжелательной атмосфере. Она не рождается сама по себе, и существо ее не только в том, чтобы обеспечить максимально благоприятные условия для реализации проекта с точки зрения деловой необходимости. Для ее создания нужен человек, широко смотрящий не только на физику, но и на весь окружающий мир. Этому человеку, Льву Митрофановичу Баркову, я бесконечно благодарен за всю свою жизнь в науке. Более детальное описание этого тезиса должно занять так много места, и я настолько уверен в своей неспособности правильно выразить на бумаге свое отношение к нему, что просто ограничусь уже сделанным утверждением.

Однако, кроме жизни в науке, есть еще просто Жизнь, и, поскольку я не уверен, что мне когда-либо еще представится случай письменно выражать отношение к окружающим меня людям, я хочу вспомнить здесь моего отца, который предопределил мой жизненный выбор, хочется верить, что он не был бы разочарован, увидев меня сегодня, я хочу поблагодарить мою маму, которая до сих не отчаялась сделать из меня человека. Должен сказать, нисколько не умаляя вклада моих высочайшим образом квалифицированных коллег, что главным инициатором и движителем написания этой работы была моя жена. Не нужно много слов чтобы понять, чего ей это стоило. Я очень благодарен своим детям и моим студентам. Как ни сентиментально это звучит, у меня в сознании они находятся где-то рядом. Речь идет не только об их конкретном вкладе в проделанную работу — в том, каков я есть, их влияние переоценить невозможно.

В заключение еще раз благодарю всех - научных сотрудников, инженеров, лаборантов и рабочих лаборатории 2, коллектив ВЭПП-2М, сотрудников всех лабораторий и служб, дирекцию Института без чьих усилий ни эксперименты, ни эта работа не увидели бы свет.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Хазин, Борис Исаакович, 2000 год

1. M.Kurdadze et al., Observation of the multihadron events in e+e~ collisions at the energy of 1.18 1.34 GeV, Phys.Lett. B42 (1972) 515.

2. G.Cosme et al., Hadron production by e+e" collisions at the energy 990 MeV with the Orsay storage ring, Phys.Lett. B40 (1972) 685.

3. F.Geradini et al., Multihadron production in e+e~ collisions up to 3 GeV total c.m. energy, Phys.Lett. B47 (1973) 80.

4. A.Litke et al., Hadron production by electron-positron annihilation at 4-GeV center-of-mass energy, Phys.Rev.Lett. 30 (1973) 1189.

5. M.Bernardini et al., The energy dependence of a(e+e~ —> hadrons) in the total center-of-mass energy range 1.2 to 3.0 GeV, Phys.Lett. B 51 (1974) 200.

6. C.Bacci et al., Total cross section for hadronic production by e+e~ annihilation in the total cm energy range 1.42 3.09 GeV, Phys.Lett. B86 (1979) 234.

7. Ch.Berger et al, First observation of production in e+e~ collisions at 13 and 17 GeV CMS energy with the PLUTO detector at PETRA, Phys.Lett. B81 (1979) 410.

8. Griegee et al, Phys.Rep. 83 (1982) 151.

9. H.Burkhart and B.Pietrzyk, Update of the hadronic contribution to the QED vacuum polarization, Phys.Lett. B356 (1995) 398.

10. R.Brandelik et al., Total cross section for hadron production by e+e~ annihilation at center of mass energies between 3.6 and 5.2 GeV, Phys.Lett. B76 (1978) 361.

11. J.L.Siegrist et al, Phys.Lett. B26 (1982) 969.

12. J.Burmeister et al, The total hadronic cross section for e+e~ annihilation between 3.1 and 4.8 GeV center of mass energy, Phys.Lett. B66 (1977) 395.

13. F.Jegerlehner, Hadronic contributions to electroweak parameters shift, Z.Phys. C32 (1986) 195.

14. N.Cabbibo and R.Gatto, Pion formfactor from possible high energy electron-positron experiments, Phys.Rev.Lett. 4 (1960) 313.

15. N.Cabbibo and R. Gatto, Electron-positron colliding beam experiments, Phys.Rev. 124 (1961) 1577.

16. J.Ellis, M.K. Gaillard, D.V.Nanopoulos and S.Rugaz, Uncertainties of the proton lifetime, Nucl.Phys. B176 (1980) 61.

17. R.Van Dyck,Jr., in Quantum Electrodynamics, ed. T.Kinoshita World Scientific, Singapore (1990) 322.

18. J.Bailey et al, Nucl.Phys. B150 (1979) 1.

19. F. J.M.Farley and E.Picasso, in Quantum Electrodynamics, ed. T.Kinoshita World Scientific, Singapore (1990) 479.

20. M. Gourdin, E. de Rafael, Hadronic contribution to the muon g-factor, Nucl.Phys. BIO (1969) 667.

21. S.Eidelman and F.Jegerlehner, Hadronic contributions to g-2 of the leptons and to the effective fine structure constant a(Mf), Z.Phys. C67 (1995) 585.

22. Y.S.Tsai, Decay correlations of heavy leptons in e+e- —> l+l~, Phys.Rev. D4 (1971) 2821.

23. R.Barate, D.Buskulic, D.Decamp et al., Measurement of the spectral functions of vector current hadronic tau decays, Z.Phys. C76 (1997) 15.

24. CLEO Collaboration, Report No. CLEO CONF97-31, EPS97, 368(unpublished).

25. M.Davier and A.Hocker, Improved determination of a(Mand the anomalous magnetic moment of the muon, Phys.Lett. B419 (1998) 419.

26. B.Krause, Higher order hadronic contributions to the anomalous magnetic moment of lepton, Phys.Lett. B390 (1997) 392.

27. M.Hayakawa, T.Kinoshita, Pseudoscalar polar terms in the hadronic light-by-light scattering contribution to muon g-2, Phys.Rev. D57 (1998) 465.

28. V.W.Hughes, T.Kinoshita, Anomalous g values of the electron and muon, Rev.Mod.Phys., Vol.71, No.2 (1999) 133.

29. T.V.Kukhto, E.A.Kuraev, A.Schiller et al., The dominant two-loop electroweak contributions to the anomalous magnetic moment of the muon, Nucl.Phys. B371 (1992) 567.

30. A.Czarnecki, B.Krause and W.J.Marciano, Electroweak fermion-loop contributions to the muon anomalous magnetic moment, Phys.Rev. D52 (1995) 2619.

31. A.Czarnecki, B.Krause and W.J.Marciano, Electroweak corrections to the muon anomalous magnetic moment, Phys.Rev.Lett. 76 (1996) 3267.

32. S.Peris, M.Perrottet and E.de Rafael, Two-loop electroweak corrections to the muon g-2; a new class of hadronic contributions, Phys.Lett. B355 (1995) 523.34 35 [3637 3839 404142 4344