Измерение продольной поляризации и поперечных спин-спиновых корреляций τ-лептонов на установке L3

• Автор: Залите, Андрей Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Гатчина
• Количество страниц: 124 с.

Содержание
1 Введение з
2 т-лептон
2.1 Предыстория открытия т-лептона
2.2 Открытие т-лептона
2.3 Измерение массы т-лептона
2.4 Спин т-лептона
2.5 Измерение среднего времени жизни т-лептонов
2.6 Аномальный магнитный и электрический дипольные моменты т-лептона
2.7 Слабые дипольные моменты т-лептона
2.8 Лептонные распады т-лептонов
2.9 Адронные распады т-лептонов
2.10 Поляризация т-лептонов
3 е+е~ аннигиляция в рамках Стандартной модели
3.1 Дифференциальное сечение рождения пары фермионов ґГ
3.2 Асимметрии в процессе е+е~—?1+1~
3.3 Поперечные спин-спиновые корреляции в процессе е+е_ —> т+т~
4 Установка ЬЗ
4.1 Ускоритель ЬЕР
4.2 Установка ЬЗ
4.3 Центральный трековый детектор
4.3.1 Вершинный детектор
4.3.2 Дрейфовая камера ’’растянутого времени” ТЕС
4.3.3 2-камера
4.3.4 Торцевые камеры ЕТС
4.4 Электромагнитный калориметр
4.5 Сцинтилляционные счетчики
4.6 Адронный калориметр
4.6.1 Мюонный фильтр
4.7 Мюонный спектрометр

СОДЕРЖАНИЕ

5 Метод измерения поляризации и спин-спиновых корреляций
5.1 Измерение поляризации т-лептонов
5.1.1 Поляризация в канале т~ —> ж~ит
5.1.2 Поляризация в каналах т~ —* е~йеит и г" -»
5.1.3 Поляризация в канале т_ —> р“нг
5.1.4 Чувствительность
5.2 Измерение спин-спиновых корреляций
5.3 Моделирование событий и отклика детектора
6 Отбор событий
6.1 Выделение дилептонного потока
6.2 Идентификация частиц
6.2.1 Идентификация электронов
6.2.2 Идентификация мюонов
6.2.3 Электромагнитный и адронный ливни
6.2.4 Реконструкция 7г°-мезонов
6.2.5 Идентификация заряженных 7г-мезонов
6.2.6 Идентификация р-мезонов
6.3 Выделение каналов распада т-лептонов
6.3.1 Выделение канала распада т~ —> е~9е1;т
6.3.2 Выделение канала распада т~ —> /1~РМ1/Т
6.3.3 Выделение канала распада т~ —» тт~ит
6.3.4 Выделение канала распада т~ —» р~ьу
6.4 Отбор событий для измерения спин-спиновых корреляций
7 Измерение продольной поляризации т-лептонов
7.1 Идентификация знака заряда т-лептонов
7.2 Усреднение результатов и введение поправок
7.3 Систематические ошибки
7.4 Результаты измерений
8 Измерение спин-спиновых корреляций
8.1 Анализ экспериментальных данных
8.2 Систематические ошибки
8.3 Результаты измерений
9 Заключение
Список литературы
Глава
Введение
Теория электрослабого взаимодействия, предложенная в середине 60-х годов Вайн-бергом, Глэшоу и Саламом [1—3], не только объединила электромагнитное и слабое взаимодействия, но и сделала ряд далеко идущих предсказаний, которые за последующие десятилетия получили блестящее экспериментальное подтверждение. Прежде всего здесь следует отметить открытие нейтральных токов в середине 70-х годов коллаборацией Саг§агае11е [4]. Это открытие вскоре было подтверждено [5] и стимулировало экспериментальные и теоретические исследования структуры нейтральных токов. Анализ результатов нейтринных экспериментов в рамках теории электрослабого взаимодействия позволил оценить массы Z0- и УУ-бозонов - переносчиков слабого взаимодействия. Подлинным триумфом теории электрослабого взаимодействия следует считать экспериментальное открытие Z0- и У±-бозонов в 1983 г. коллабо-рациями Г1А1 и ИА2 на протон-антипротонном коллайдере в ЦЕРНе [6-9]. Колла-борации 11А1 и ЪТА2 зарегистрировали несколько сотен событий, соответствующих распаду УУ* —> е±ие; число зарегистрированных распадов Z0 —> с+е~ было примерно в 10 раз меньше. Впервые были измерены массы Z0- и УУбозонов: в среднем по данным обеих коллабораций ту = 81.8 ± 1.5 ГэВ, т2 = 92.6 ± 1.7 ГэВ.
Стандартная модель, которая наряду с теорией электрослабого взаимодействия включает в себя и квантовую хромодинамику, находится в прекрасном согласии со всей громадной совокупностью экспериментальных данных. Недостатком Стандартной модели является большое число свободных параметров, которые должны быть определены из эксперимента. Измерение этих параметров и проверка Стандартной модели являются важнейшими задачами физики высоких энергий. Любые1 существенные отклонения от предсказаний Стандартной модели служили бы однозначным указанием на новую физику за пределами этой модели.
С 70-х годов существенный прогресс в физике высоких энергий достигнут на электрон-позитронных коллайдерах. Здесь прежде всего следует отметить открытие с-кварка и т-лептона, а также прямое наблюдение адронных струй в е+е~-аннигиляции, наглядно подтверждающее существование кварков. Исследования, проводившиеся на электрон-позитронных коллайдерах, главным образом были направлены на проверку Стандартной модели и измерение ее параметров, а также на поиски новых частиц.

Глава
Установка L3
L3 - шин из четырех детекторов, работающих на электрон-позитронном коллайдере LEP. Это универсальная установка, предназначенная для проведення исследований по широкому кругу вопросов в области физики высоких энергий. Наиболее важные результаты, полученные с помощью детектора L3, имеют непосредственное отношение к Стандартной модели. Это и проверка теоретических предсказаний, и прецизионные измерения параметре» модели.
4.1 Ускоритель LEF
Экспериментальное открытие слабого нейтрального тока - одно из важнейших подтверждений теории электрослабого взаимодействия. Коллайдер LEP {48] был предложен как инструмент для дальнейшего изучения этого взаимодействия. Его параметры были уточнены после открытия Z0- и -бозонов коллаборациями UA1 и UA2. Для проведения детальных исследований работа коллайдера LEP была разделена на два этапа. На первом этапе (1989-1995 гг.) исследования проводились в области Zu-резонанса, на втором этапе - при энергиях выше порога образования пар W-бозонов.
Кольцо электрон-позитронного коллайдера LEP находится на глубине 50 - 170 метров под землей и имеет длину 26.7 км. В туннеле диаметром 3.8 м находится вакуумная камера (диаметр 10 см), в которой ускоряются и циркулируют электродный и позитрониый пучки. Ускорительное кольцо состоит из восьми изогнутых секций длиной 2840 метров, соединенных прямолинейными участками длиной 490 метров. Четыре детектора - L3, ALEPH, OPAL и DELPHI - расположены в серединах прямолинейных участков (рис. 4.1, слева). Изогнутые секции содержат 3304 дипольных магнита (магнитное поле - 0.1 Тл), которые удерживают пучки в кольце. Потери энергии вследствие тормозного излучения компенсируются радиочастотными резонаторами, которые также используются для ускорения пучков после инжекпии. В качестве инжектора [49] используются два линейных ускорителя на 200 МэВ и 600 МэВ, за которыми следует электрон-позитроняое накопительное кольцо (ЕРА). Оттуда частицы направляются в протонный синхротрон PS, где ускоряются до энергии
3.5 ГэВ, а затем в большой протонный синхротрон SPS, откуда при достижении энер-