Исследование процессов е + е- →4 π в области энергии 2Е=0,98 - 1,38 ГэВ с детектором СНД

• Автор: Шарый, Вячеслав Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 77 с.

Оглавление

Введение

1 Детектор, коллайдер, эксперимент

1.1 Коллайдер ВЭПП-2М

1.2 Детектор СНД

1.3 Трековая система детектора СНД

1.3.1 Калибровка и контроль параметров трековой системы

1.3.2 "Быстрые" калибровки параметров газовой смеси .

1.3.3 Параметры трековой системы

1.4 Эксперименты с детектором СНД

2 Анализ экспериментальных данных
2.1 Кинематическая реконструкция событий
2.2 Отбор событий
2.3 Выбор модели промежуточных состояний конечной системы 4-х пионов
2.4 Измерение сечений процессов е+е_ —У Ап
2.5 Вклад фона при отборе процессов е+е_ —> 4тг
2.5.1 "Пучковый" фон
2.5.2 Резонансный фон в процессе е+е~ —► 7г+7г“2тг0
2.6 Систематические погрешности
3 Обсуждение результатов
4 Заключение
Литература
А Определение параметров промежуточных состояний

Введение
Электрон-позитронный накопитель ВЭПП-2М более 25 лет работал в Институте ядерной физики СО РАН, г. Новосибирск [1]. ВЭПП-2М позволял исследовать процессы электрон-позитронной аннигиляции с интегральной светимостью рекордной для е+е~ коллайдеров в в диапазоне энергии 0,4 - 1,4 ГэВ. Физические исследования на ВЭПП-2М ведутся с 1974 года. За это время сменилось несколько поколений детекторов. В значительной степени современные таблицы элементарных частиц в части, касающейся векторных мезонов в области энергии около 1 ГэВ, базируются на данных, полученных на ВЭПП-2М [2]. С 1995 года на коллайдере ВЭПП-2М проводятся эксперименты со Сферическим нейтральным детектором (СНД) [3], [4], универсальным современным детектором элементарных частиц для экспериментов на е+е~ коллайдерах при низких энергиях. Физическая программа детектора включает в себя исследования распадов радиационных и редких распадов векторных мезонов ш,р, ф,, измерение сечений аннигиляции электрон-позитронной пары в адроны е+е~ —> 2тг, Зтг, 4тг, 5л, КаК^, К+К~,..., во всей доступной области энергии, проверку квантовой электродинамики в процессах е+е~ —V Зу, е+е-7,47, е+е~77,... поиск редких распадов Ка и 77-мезонов и другие процессы.
Одним из важных направлений исследований с детектором СНД является изучение электрон-позитронной аннигиляции в четыре я-мезона в диапазоне энергии 1,0-1,4 ГэВ. Интерес к процессам е+е- аннигиляции в 2л+2л~, л+л~2л° вызван несколькими причинами. В диапазоне энергии 1-2 ГэВ сечение процессов е+е~ —» 4л является доминирующим и определяет адронный вклад в поляризацию вакуума в этом диапазоне энергии. Этот вклад необходимо учитывать при расчете аномального магнитного момента мюона а(1. Так, в работе [5] проводится оценка вкладов различных областей энергии в расчет аномального

магнитного момента мюона. Вклад области 0.81-1,40 ГэВ составляет (112,85 ± 1,33(стат.) ± 5,49(сист.)) • 1СГ10. Последний результат колла-борации g-2 по измерению аномального магнитного момента мюона [6]: аДэксп.) = (11659 202± 14±6) ■ 10-10 отличается от расчетного значения ам(теор.) на величину ад(эксп.) — ом(теор.) = (43 ± 16) ■ 1СГ10. При дальнейшем увеличении экспериментальной точности измерений аномального магнитного момента мюона, для сравнения экспериментального и расчетного значений потребуется знание вклада области энергии 0,81— 1,40 ГэВ с точностью 5-10%.
Вклад этой области энергии также существенен для определения зависимости эффективной константы тонкой структуры от энергии. Эффективная константа тонкой структуры определяется как
где а — постоянная тонкой структуры, А а — вклад поляризации вакуума, состоящий из вкладов лептонной и адронной частей, s — квадрат энергии. В работе [5] расчетный адронный вклад диапазона энергии 0,81 - 1,40 ГэВ составляет (13,81 ± 0,15 ± 0, 79) • 1СГ4. При этом полный адронный вклад составляет Да = 0,0280 ± 0,0007. Величина постоянной тонкой структуры при энергии, равной массе Z-бозона Mz = 91,1888 ГэВ составляет а(М|)-1 = 128,896 ± 0,090 [5], что соответствует параметру Аа(М|) = 0,0594 ± 0,0007. Таким образом, точное измерение процессов электрон-позитронной аннигиляции в адроны в этой области энергии необходимо для дальнейшего уменьшения ошибки в определении адронного вклада в поляризацию вакуума и уменьшения ошибки в определении эффективной константы тонкой структуры.
Одна из важных теоретических идей — гипотеза сохранения векторного тока, впервые была сформулирована Y.S. Tsai в 1971 году [7] и подтверждена Н.В. Thacker и J.J. Sakurai [8]. Эта гипотеза позволяет связать спектральную функцию щ(д2) распада г-лептона, т -> h^uT с

3. 7г(1300)тг
4. ар
5. а2(1320)тг
Для процесса е+е_ -> 7г+7г_27г° при энергии больше массы фмезона разрешены следующие промежуточные состояния:
1. аж
2. а1(1260)7Г —> рптг
3. а1(1260)7г —У (Т7Г7Г
4. Л1(1170)тг
5. р+р~
6. тг(1300)тг
7. ар
8. а2(1320)тг
Для того, чтобы проводить сравнение экспериментальных распределений не только с вышеуказанными промежуточными механизмами, но и учесть возможную интерференцию между ними, был использован следующий подход к моделированию матричных элементов процессов четырех-пионной аннигиляции.
Проводилось моделирование процессов е+е~ -> 27Г+27Г" , е+е” —>• 7г+7г_27г° методом Монте-Карло для равномерного распределения по лоренц-инвариантному фазовому объему. Для каждого события вычислялись матричные элементы по формулам, приведенным в [31,32,12] для всех вышеперечисленных механизмов. Матричный элемент вычислялся как сумма матричных элементов отдельных процессов с относительными