Рождение резонансов в двухфотонных взаимодействиях (детектор L3)

• Автор: Левченко, Михаил Петрович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Гатчина
• Количество страниц: 86 с. : ил.

Глава 1. Введение

Глава 2. Двухфотонная физика

2.1 Теоретическое описание

2.2 Двухфотонная физика на е+е' коллайдерах

2.3 Кинематика

* 2.4 Классификация состояний в двухфотонных взаимодействиях

2.5 Рождение резонансов

Глава 3. Экспериментальная установка L3 в CERN

3.1 Коллайдер LEP

3.2 Детектор L3

3.3 Детектирование заряженных частиц в центральной трековой системе

3.3.1 ТЕС
3.3.2 Z-камера
3.3.3 FTC
3.3.4 SMD
3.4 Электромагнитный калориметр
* 3.5 Триггерная система
3.6 Запись и обработка данных
3.7 Процедура Монте Карло
Глава 4. Отбор двухфотонных событий
4.1 Используемые данные
4.2 Предварительная селекция
4.3 Основная селекция
4.4 Эффективность и массовое разрешение
Глава 5. Физические каналы в L3
с 1 + - + - + * 0 Л Л
5.1 е е-»е ел я я
* 5.3 Поиски 77с 7]ъ
5.3.1 5?с(2979)
5.3.2 »?„(??)
5.3.3 Двухфотонная ширина и сечение
Глава 6. Заключение
Список литературы

Гпава 1. Введение
На старый, как мир, вопрос, из чего же состоит материя, ищет ответ сегодня физика высоких энергий. Область ее изучения - фундаментальные составляющие материи и взаимодействий между ними. Большинство экспериментальных наблюдений в физике высоких энергий и физике частиц описываются в настоящее время так называемой Стандартной Моделью. Согласно этой теории, материя состоит из кварков и лептонов, которые бесконечно малы и не могут быть разделены на более мелкие составляющие.
Между частицами материи существует четыре типа взаимодействия: гравитационное, электромагнитное, слабое и сильное.
Гравитационное взаимодействие осуществляется посредством еще не обнаруженных безмассовых гравитонов. Оно слишком слабое, чтобы играть роль на уровне отдельных частиц.
Электромагнитное взаимодействие возникает между любыми заряженными частицами и переносится фотоном, квантом, ассоциированным со светом.
Слабое взаимодействие отвечает за распад нейтронов и переносится посредством векторных бозонов W* и Z.
Сильное взаимодействие осуществляется на уровне кварков и переносится глюонами. В данном случае кварки невозможно наблюдать по отдельности, так как они образуют связанные состояния: барионы, состоящие из трех кварков, и мезоны, содержащие кварк и антикварк.
Создание первых электрон-позитронных коллайдеров в 70-х годах XX века способствовало существенному прогрессу в области физики высоких энергий. Здесь, прежде всего, следует отметить открытие с - кварка и т -лептона и прямое наблюдение адронных струй в е+е' - аннигиляции, наглядно подтверждающее существование кварков. Исследования, проводившиеся на электрон-позитронных коллайдерах, главным образом, были посвящены проверке Стандартной Модели, измерению ее параметров, а также поискам новых частиц.
В 1989 году, чтобы проверить Стандартную Модель, а в особенности, сектор электрослабого взаимодействия, был построен крупнейший электрон-позитронный коллайдер LEP в ЦЕРНе. Он проработал до осени 2000 года. В течение первых шести лет (фаза LEP1) исследования проводились на четырех экспериментальных установках: ALEPH, DELPHI, L3 и OPAL при энергиях в области масс Z - бозона. За этот период было получено большое количество результатов, подтверждающих Стандартную Модель. В частности, полученные данные свидетельствовали, что существует только три поколения легких кварков и лептонов.
Ускоренные заряженные частицы являются источниками виртуальных фотонов, поэтому электрон-позитронный коллайдер LEP может быть использован при изучении двухфотонных взаимодействий. Начиная с 1997
года, на детекторе ЬЗ в ЦЕРНе было получено большое количество данных, что позволило провести анализ различных двухфотонных конечных состояний.
В двухфотонных взаимодействиях образование конечного состояния может происходить посредством рождения коротко живущих возбужденных состояний адронов или мезонов, распадающихся в результате сильного взаимодействия. Максимумы в сечении двухфотонного рассеяния интерпретируются как появление нестабильной частицы - резонанса с определенными квантовыми характеристиками - массой, зарядом, спином, изоспином и др. Изучение образования резонансных состояний в двухфотонных взаимодействиях позволяет исследовать мезонный спектр в экспериментальных условиях, когда данные процессы доминируют над остальными.
В квантовой хромодинамике глюоны могут взаимодействовать друг с другом и формировать связанные состояния, называемые глюболами. Экспериментально существование глюболов точно не подтверждено, хотя несколько событий, которые могут быть интерпретированы как глюболы, уже наблюдалось в адронных взаимодействиях. Фотоны не могут прямо
* участвовать в образовании глюонов, но в то же время глюболы способны распадаться на два фотона. Таким образом, исследование образования резонансных состояний в двухфотонных соударениях дает важную и уникальную информацию для поисков глюбола, а также позволяет проводить * сравнение со спектром резонансов, рожденных в адронных взаимодействиях.
Данная диссертация посвящена изучению образования связанных состояний из двух кварков в двухфотонных взаимодействиях на основе анализа статистики, накопленной детектором ЬЗ за 1997-2000 годы. Двухфотонный процесс е+е'-» е+е'7*-у*-* е+е'Х, где у* - это квази-реальный фотон, излученный заряженной частицей, основное взаимодействие, происходящее при соударении
* высокоэнергетичной электрон-позитронной пары. Электрон и позитрон излучают фотоны, которые взаимодействуют друг с другом, образуя конечное состояние X. Одно из возможных конечных состояний X - это кварк-антикварк пара. Двухфотонное конечное состояние X должно иметь положительную зарядовую четность С = +1, в отличие от аннигиляционных процессов е+е'-> 7*/Ъ-+ X, где возможны рождения конечных состояний только с С = -1. Таким образом, исследование двухфотонных взаимодействий дает
* доступ к информации об эксклюзивном рождении С = +1 - мезонов. Основная цель работы - исследование конечных состояний в двухфотонных взаимодействиях и определение резонансных параметров рожденных мезонов.
Актуальность работы заключается в том, что сегодня двухфотонная физика позволяет проводить активные исследования и получать много новых данных. Сечение двухфотонного взаимодействия возрастает с увеличением энергии сталкивающихся пучков электронов и позитронов, как 1п2(Еь/те). Таким образом, становится возможным наблюдение и изучение конечных состояний с относительно низким сечением образования. Детальное изучение двухфотонных лептонных и адронных конечных состояний важно также

Массы и ширины всех исследованных резонансных состояний, полученных с помощью фитирования конечного решения, представлены в таблице 5.3. Вклад этих резонансов в сечение взаимодействия достаточно стабилен во всех опробованных фитах. На основе полученных сечений для каждого из использованного в конечном решении резонансного состояния была измерена с большой точностью двухфотонная ширина (таблица 5.3).
Статистические ошибки получены с помощью программы минимизации. Систематические ошибки, возникшие при определении масс и ширин, также оценены и приняты во внимание. Основные источники систематических погрешностей:
• Вариация критериев отбора. Конечное решение было проверено при Р( <0.05 ГэВ, чтобы проверить возможную зависимость от полного поперечного импульса.
• Неопределенности, возникающие из-за разницы в работе детектора, во время разных физических сеансов. Конечное решение проверено отдельно для данных, соответствующих каждому году работы ускорителя.
• Влияние количества резонансных состояний, включенных в конечное решение. Было проверено путем включения в конечное решение только а2 - резонансных состояний.