Разработка и применение методов геометрической калибровки детекторов в эксперименте Ceres/Na45 и выделение резонансов в ядро-ядерных взаимодействиях при энергии 158 АГэВ по адронным каналам распада тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.01, кандидат физико-математических наук Печенова, Ольга Юрьевна

• Печенова, Ольга Юрьевна
• кандидат физико-математических наук
• 2005

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Печенова, Ольга Юрьевна

Введение.

Глава 1. Спектрометр CERES/NA45 и реконструкция событий (анализ данных).

1.1 Мишень.

1.2 Силиконовые детекторы SiDCl, SiDC2.

1.3 Детекторы RICH1, RICH2.

1.4 Детектор ТРС (Time Projection Camera).

1.5 Триггер.

1.6 Система сбора данных (DAQ).

1.7 Мониторинг.

1.7.1 Мониторинг во время сеанса.

1.7.2 Мониторинг во время реконструкции событий: от «сырых» данных до ROOT-дерева.

1.8 Программное обеспечение эксперимента.

1.9 Распаковка данных.

1.10 Поиск хита в силиконовом детекторе SiDC.

1.11 Поиск трека в силиконовом детекторе и реконструкция вершины события.

1.12 Процедура очистки «clean-up» и поиск хитов в детекторах RICH1 и RICH2.

1.13 Реконструкция колец в детекторах RICH.

1.14 Поиск хита в детекторе ТРС.

1.15 Поиск трека в детекторе ТРС.

1.16 Фитирование трека в детекторе ТРС.

1.17 Мэтчинг между детекторами установки.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и применение методов геометрической калибровки детекторов в эксперименте Ceres/Na45 и выделение резонансов в ядро-ядерных взаимодействиях при энергии 158 АГэВ по адронным каналам распада»

В современной экспериментальной физике высоких энергий одна из актуальных задач - поиск указаний па частичное восстановление киральной симметрии в горячей и плотной ядерной материи. Этому посвящен эксперимент CERES/NA45. Основной задачей эксперимента является регистрация и изучение электрон-позитронных пар е+е- в ядро-ядерных взаимодействиях в диапазоне псевдобыстроты 2.l<tj<2.65 при ультрарелятивистских энергиях на ускорителе SPS в ЦЕРНе. Исследование векторных мезонов р, to и Ф дают уникальную возможность изучения динамики взаимодействия тяжелых ионов при ультрарелятивистских энергиях и в частности изучения ранней стадии существования материи, которая, как предполагается, представляла собой в тот момент кварк-глюонную плазму.

Работа основана на анализе данных, полученных во время сеанса в октябре 2000 года эксперимента CERES/NA45 на ускорителе SPS в ЦЕРНе. Изучались ядро-ядерные взаимодействия. Неподвижная золотая мишень облучалась пучком ядер свинца при энергии 158 АГэВ.

Автор принял участие в сеансах по набору данных в ноябре 1999 года и в октябре 2000 года. Полученная статистика сеанса 2000 года составляет 29 млн. событий с центральными взаимодействиями (-14.5 Тб) и 3 млн. событий с периферическими взаимодействиями (-1.5 Тб). При этом автор участвовал в on-line мониторинге качества набираемых данных.

Автор установил, настроил, адаптировал весь комплекс объектно-ориентированного С++ программного обеспечения эксперимента CERES/NA45 на PC-ферме в Дубне для обработки данных.

Автор участвовал во всех этапах обработки данных, в том числе и в мониторинге на этапе создания DST в формате ROOT-дерева.

Перед тем как изучать и анализировать физические процессы как результат ядро-ядерного взаимодействия, необходимо решить важную задачу - улучшить качество реконструкции событий, т.е. улучшить разрешение установки по импульсу, а следовательно и по эффективной массе, чтобы разрешение было близким к проектпой величине.

Геометрическая калибровка детекторов в целом и отдельных блоков детектора в частности является одной из составляющих частей работы по улучшению разрешения. В части геометрической калибровки автором были выполнены следующие работы (см. гл. 2):

1. предложен и реализован быстрый метод геометрической калибровки детекторов [8], который позволил с высокой точностью определить геометрические положения детекторов (см. 2.5);

2. определение геометрического положения одного детектора относительно другого поочередно: а) силиконового детектора SiDC2 относительно силиконового детектора SiDC 1, б) детектора ТРС относительно силиконовых детекторов SiDC;

3. введение поправок на геометрическое положение каждого из 13 мишенных дисков (см. 2.1);

4. усовершенствование способа расчета углов треков с учетом кривизны зеркала детектора RICH2, что позволило улучшить эффективность мэтчинга между детекторами SiDC и ТРС на 10% (см. 2.3.2);

5. предложен и реализован метод многостороннего детального анализа качества реконструкции событий: качества фитирования треков, качества расчета электрического и магнитного полей в детекторе ТРС (см. 2.3.1).

Выполненные работы в комплексе с другими работами но калибровке спектрометра позволили улучшить качество реконструкции событий.

На текущий момент импульсное разрешение составляет ~ 4%.

Кроме этого в данной работе автором были проведены следующие исследования:

I. Восстановлен спектр эффективных масс р(770)° —» п+к-. Исследованы возможные отражения в данный спектр посредством моделирования на основе модели UrQMD 1.3.

Получены количественные оценки рождения резонанса р(770)° —» 71+л-. Число р°-мезонов на реальное событие в аксептансе спектрометра CERES составило величину 1.10±0.20. Это значение находится в хорошем соответствии с моделированными данными, полученными с помощью UrQMD 1.3 (0.97±0.02). Расхождение между реальными и моделированными данными составляют величину, приблизительно равную одной ошибке.

Применение ограничения на угол эмиссии распадной частицы в системе покоя резонанса, соответствующего спин-четности р(770)°-мезона (У =1"), усиливает статистическую значимость эффекта до 6.8 стандартных отклонений, уменьшая при этом фон более чем на порядок.

Значение массы и ширины р(770)°-мезона, полученные на реальных данных, следующие: М=743±29 МэВ/с2; Г=140±47 МэВ/с2. Эти величины достаточно близки к данным из "Review of Particle Physics": M=769±0.8 МэВ/с2; Г = 150.2±0.8 МэВ/с2.

Получена величина инверсного параметра наклона (температуры) Т (inverse slope parameter) для р(770)°-мезона: Т = 182±29 МэВ. 2. Полученные значения массы и ширины для А° (М=1112±3.2 МэВ/с2, Г=6.2±0.3 МэВ/с2) и К°-мезона (М=489±4.5 МэВ/с2, Г=22±1.5 МэВ/с2) говорят о том, что систематический сдвиг по эффективной массе в пределах статистических ошибок отсутствует.

3. Определено отношение я+/я- для реальных данных. Полученное значение 0.915±0.015 находится в хорошем согласии с данными других экспериментов.

4. Восстановлен спектр эффективных масс Д++(1232) —> я+р.

Получена количественная оценка числа Д++ изобар на реальное событие в аксептапсе спектрометра CERES, которая составила величину 1.13±0.16. Количество Д++ изобар на одно событие в аксептансе спектрометра CERES, полученное с помощью модели UrQMD 1.3, следующее: 1.00±0.02.

Расхождение между реальными и моделированными данными составляют величину, приблизительно равную одной ошибке. Статистическая значимость эффекта - 6.95 стандартных отклонений. Значение массы и ширины Д++(1232) -изобары, полученные на реальных данных, следующие: М=1251±26 МэВ/с2; Г=108±29 МэВ/с2. Эти величины достаточно близки к данным из "Review of Particle Physics": M=1230-1234 МэВ/с2; Г=115-125 МэВ/с2.

Получена величина инверсного параметра наклона (температуры) Т (inverse slope parameter) для Д++(1232)-изобары: Т- 204±6.4 МэВ.

5. В пределах точности смещение массы и изменение ширины р(770)°-мезона и Д++(1232)-изобары не наблюдается.

6. Выполненные работы в комплексе с другими работами по калибровке экспериментальной установки позволили получить качественные физические результаты, касающиеся исследований азимутальных корреляций ("flow") заряженных частиц в периферических взаимодействиях [6], флуктуаций поперечного импульса (среднего значения) [6], корреляций тождественных частиц (тгж) [7], анализа Л- гиперона [16], анализа ф-мезона [25], дилептонного анализа [44], выделения J++(1232) изобары, р(770)°-мезона [45] по адронному каналу распада.

Заключение диссертации по теме «Приборы и методы экспериментальной физики», Печенова, Ольга Юрьевна

Заключение

Автор принял участие в сеансах но набору данных в ноябре 1999 года и в октябре 2000 года. Полученная статистика сеанса 2000 года составляет 29 млн. событий с центральными взаимодействиями (-14.5 Тб) и 3 млн. событий с периферическими взаимодействиями (~1.5 Тб). При этом автор участвовал в on-line мониторинге качества набираемых данных.

Автор установил, настроил, адаптировал весь комплекс объектно-ориентированного С++ программного обеспечения эксперимента CERES/NA45 на PC-ферме в Дубне для обработки данных.

Автор участвовал во всех этапах обработки данных, в том числе и в мониторинге на этапе создания DST в формате ROOT-дерева.

В работе анализировались ядро-ядерные Pb+Au взаимодействия при энергии 158 АГэВ.

Перед тем как изучать и анализировать физические процессы как результат ядро-ядерного взаимодействия, необходимо решить важную задачу - улучшить качество реконструкции событий, т.е. улучшить разрешение установки по импульсу, а следовательно и по эффективной массе, чтобы разрешение было близким к проектной величине.

Геометрическая калибровка детекторов в целом и отдельных блоков детектора в частности является одной из составляющих частей работы по улучшению разрешения. В части геометрической калибровки автором были выполнены следующие работы (см. гл. 2):

1. предложен и реализован быстрый метод геометрической калибровки детекторов [8], который позволил с высокой точностью определить геометрические положения детекторов (см. 2.5);

2. определение геометрического положения одного детектора относительно другого поочередно: а) силиконового детектора SiDC2 относительно силиконового детектора SiDC 1, б) детектора ТРС относительно силиконовых детекторов SiDC;

3. введение поправок на геометрическое положение каждого из 13 мишенных дисков (см. 2.1);

4. усовершенствование способа расчета углов треков с учетом кривизны зеркала детектора RICH2, что позволило улучшить эффективность мэтчинга между детекторами SiDC и ТРС на 10 % (см. 2.3.2);

5. предложены и реализованы подходы многостороннего детального анализа качества реконструкции событий: качества фитирования треков, качества расчета электрического и магнитного полей в детекторе ТРС, качества выполненной геометрической калибровки (см. 2.3.1).

Выполненные работы в комплексе с другими работами по калибровке спектрометра позволили улучшить качество реконструкции событий. На текущий момент импульсное разрешение составляет ~ 4%.

Кроме этого в данной работе автором были проведены следующие исследования:

1. Полученные значения массы и ширины для А° (М=1112±3.2 МэВ/с2, Г=6.2±0.3 МэВ/с2) и К°-мезона (М=489±4.5 МэВ/с2, Г=22±1.5 МэВ/с2) говорят о том, что систематический сдвиг по эффективной массе в пределах статистических ошибок отсутствует.

2. Восстановлен спектр эффективных масс р(770)° —> л+я-. Исследованы возможные отражения в данный спектр посредством моделирования на основе модели UrQMD 1.3.

Получены количественные оценки рождения резонанса р(770)° —> л+я-. Число р°-мезонов на реальное событие в аксептансе спектрометра CERES составило величину 1.10±0.20. Это значение находится в хорошем соответствии с моделированными данными, полученными с помощью UrQMD 1.3 (0.97±0.02). Расхождение между реальными и моделированными данными составляют величину, приблизительно равную одной ошибке.

Значение массы и ширины р(770)'-мезона, полученные на реальных данных, следующие: М=743±29 МэВ/с2; Г=140±47 МэВ/с2. Эти величины достаточно близки к данным из "Review of Particle Physics": M=769±0.8 МэВ/с2; Г = 150.2±0.8 МэВ/с2.

Применение ограничения на угол эмиссии распадной частицы в системе покоя резонанса, соответствующего спин-четности р(770)°-мезона (У = Г), усиливает статистическую значимость эффекта до 6.8 стандартных отклонений, уменьшая при этом фон более чем на порядок.

Получена величина инверсного параметра наклона (inverse slope parameter) Т (эффективной температуры) для р(770)°-мезона: Т = 182±29 МэВ, которая не противоречит данным других экспериментов.

3. Определено отношение к+/к- для реальных данных. Полученное значение 0.915±0.015 находится в хорошем согласии с данными других экспериментов.

4. Восстановлен спектр эффективных масс Д++(1232) —» л+р. Получена количественная оценка числа Д++ изобар на реальное событие в аксептансе спектрометра CERES, которая составила величину 1.13±0.16. Количество Д++ изобар на одно событие в аксептансе спектрометра CERES, полученное с помощью модели UrQMD 1.3, следующее: 1.00±0.02. Расхождение между реальными и моделированными данными составляют величину, приблизительно равную одной ошибке. Статистическая значимость эффекта - 6.95 стандартных отклонений.

Значение массы и ширины Д++(1232) -изобары, полученные на реальных данных, следующие: М=1251±26 МэВ/с2; Г=108±29 МэВ/с2.

Эти величины достаточно близки к данным из "Review of Particle Physics": M=1230-1234 МэВ/с2; Г=115-125 МэВ/с2.

Получена величина инверсного параметра наклона (inverse slope parameter) Т (эффективной температуры) для А++(1232)-изобары: Т = 204±6.4 МэВ, которая не противоречит данным других экспериментов.

5. В пределах точности смещение массы и изменение ширины р(770)°-мезона и Д++(1232)-изобары не наблюдается.

6. Выполненные работы в комплексе с другими работами по калибровке экспериментальной установки позволили получить качественные физические результаты, касающиеся исследований азимутальных корреляций ("flow") заряженных частиц в периферических взаимодействиях [6], флуктуаций поперечного импульса (среднего значения) [6], корреляций тождественных частиц (7Г7Г) [7], анализа Л- гиперона [16], анализа ср-мезона [25], дилептонного анализа [44], выделения А++( 1232) изобары, р(770)°-мезона [45] по адронному каналу распада.

Автор выражает благодарность Ю.А.Панебратцеву за научное руководство, В.Н.Печенову, О.В.Рогачевскому, А.П.Иерусалимову и другим коллегам, а также доктору В.Л.Любошицу за помощь в работе, полезные обсуждения и консультации. Автор также выражает благодарность коллегам из коллаборации CERES/NA45 за сотрудничество.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Печенова, Ольга Юрьевна, 2005 год

1. Ф. Никитиу "Фазовый анализ в физике ядерных взаимодействий" Пер. срум. (М.: Мир, 1983)

2. Ф. Никитиу-ЭЧАЯ, 1981, т. 12, вып. 4, с. 805

3. К.Н. Мухин, О.О. Патаракин УФН, №165, стр. 841 (1995)

4. Перкинс Д. "Введение в физику высоких энергий" Пер. с англ. (М.: Мир, 1975)

5. В.В. Верещагин, K.I I. Мухин, 0.0. Патаракин УФН, №170, стр. 353 (2000)

6. D. Adamova et al. (CERES Collaboration), Nukl. Phys. A698 (2002) 253c

7. D. Adamova et al. (CERES Collaboration), Nucl. Phys. A 714 (2003) 125c

8. O. Petchenova "Fast method for geometric calibration of detectors and for checking of matching between two detectors", Nucl. Instrum. Meth. A501 (2003)375c

9. G. Agakichiev et al., (CERES Collaboration), Nucl. Phys. A714 (1999) 23c

10. V.M. Bystritsry et al., Nucl. Phys. A705 (2002) 55c

11. J. Barretteet al., (E814 Collaboration), Physics Letters B351 (1995) 93c

12. G. Ambrosini et al (NA52 Collaboration), Nucl. Phys. A610 (1996) 306c

13. G. Cattapan, L.S. Ferreira, Phys. Reports 362 (2002) 303c

14. V. Bakken, F.O. Breivik and T. Jacobsen, Nuovo Cimento 79A (1984) 73c

15. K.G. Gulamov et al, Yad. Fiz. 54 (1991) 1327

16. H. Zhang for the STAR Collaboration, nucl-ex/0403010 vl 10.03.2004

17. G. Agakishiev et al., "New robust fitting algorithm for vertex reconstruction in the CERES experiment", Nucl. Instrum. Meth. A394 (1997) 225c

18. A. Cherlin, Rehovot, private communication, 2000

19. S. Iourevich, Heidelberg, private communication, 2000

20. B. Lenkeit, Diploma thesis, Heidelberg, 1995

21. B.C. Мурзин, Jl.И. Сарычева "Физика адронных процессов" (М.: Энергоатомиздат, 1986)

22. Н. Tilsner, "Two-Particle Correlations at 40, 80 and 158 AGeV PB-Au Collisions", Ph.D. thesis, Heidelberg, 2003

23. J. Adams et al., (STAR Collaboration), nucl-ex/0307023 v2 8.03.2004

24. P. Fachini for STAR Collaboration, Nucl. Phys. A715 (2003) 462c

25. A. Marin for CERES Collaboration "New results from CERES", QM-2004, proceedings

26. J.P. Wessels for the CERES Collaboration, Nucl. Phys. A715 (2003) 607c

27. D.Adamova et al., Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 042301

28. H.Appelshauser for the CERES Collaboration, Nucl. Phys. A698 (2002) 253c

29. D. Adamova et al., Nucl. Phys. A714 (2003) 124

30. D. Adamova et al., Phys. Rev. Lett. 90 (2003) 022301

31. D. Adamova et al., Nucl. Phys. A727 (2003) 97

32. W. Schmitz for the CERES Collaboration, Jour. Phys. G28 (2002) 1861

33. H. Albrecht et al., Z. Phys. С 61,. l (1994). . -.

34. M. Derrick et al., Phys. Lett. В 158, 519 (1985)

35. Y. J. Pei et al., Z. Phys. С 72, 39 (1996)

36. V. Brobel et al., Phys. Lett. В 48, 73 (1974)

37. R. Singer et al., Phys. Lett. В 60, 385 (1976)

38. M. Aguilar-Benitez et al., Z. Phys. С 50, 405 (1991)

39. D. Drijard et al., Z. Phys. С 9, 293 (1981)

40. P.V. Chliapnikov et al., Nucl. Phys. В 176, 303 (1980)

41. F.C. Winkelmann et al., Phys. Lett. В 56, 101 (1975)

42. A. Marin et al., Nucl. Phys. A661 (1999) 673c.

43. The UrQMD user guide, July 18, 2003

44. A. Cherlin and S. Yurevich for the CERES/NA45 Collaboration, Rehovot (Israel), Heidelberg (Gennany), QM-2004, proceedings

45. Ю. Панебратцев, О. Печенова "Рождение р°-мезона в центральных Pb+Au взаимодействиях при энергии 158 АГэВ", депон. сообщ. ОИЯИ Б1-1-2005-7

46. А.М.Балдин, В.И.Гольданский, В.М.Максименко, И.Л.Розенталь «Кинематика ядерных реакций» Атомиздат, Москва, 1968, часть II, §55

47. S.M.Berman, M.Jakob Phys.Rev. В139, p. 1023 (1965)