Измерение сечений и асимметрий рождения пар тау-лептонов, определение поляризации и поиск аномальных тензорных взаимодействий в распадах тау в эксперименте ДЕЛФИ на ускорителе ЛЭП

• Автор: Бойко, Игорь Романович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 97 с. : ил

Содержание
1 Введение
2 Теория

2.1 Стандартная модель

2.2 Тау-лептон

2.3 Измерение параметров Z-peзoнaнca

3 Эксперимент ДЕЛФИ на ускорителе ЛЭП

3.1 Ускоритель ЛЭП

О О ГЛ________________ ТТТРТТ/ТЧТЛ'

о.б С7Л1лдсримсшгильис1>1 уиччшишиь гм 14*

3.3 Сбор и предварительная обработка данных в эксперименте ДЕЛФИ

3.3.1 Триггерная система
3.3.2 Система сбора данных
3.3.3 Предварительная обработка данных
3.4 Основные физические процессы на ЛЭП-
3.5 Моделирование установки
4 Отбор событий рождения пар тау-лептонов
4.1 Отбор данных по состоянию установки
4.2 Принципы отбора тау-лептонов на ЛЭП-
4.3 Отбор треков и фотонов
4.4 Критерии отбора событий рождения тау-пар в центральной части установки
4.5 Отбор событий в торцевой части установки
5 Измерение сечения рождения и зарядовой асимметрии пар тау-лептонов
5.1 Определение сечения рождения тау-пар и оценка уровня остаточного фона
5.2 Определение зарядовой асимметрии вперед-назад
5.3 Оценка систематических погрешностей
5.3.1 Систематическая погрешность измерения сечения рождения тау-пар
5.3.2 Систематическая погрешность измерения зарядовой асимметрии
5.4 Результаты измерений сечения и зарядовой асимметрии рождения тау-пар и их интерпретация
6 Измерение поляризации тау-лептонов
6.1 Метод измерения поляризации
6.2 Отбор адронных распадов тау-лептонов
6.2.1 Отбор в центральной части установки

6.2.2 Отбор в торцевой части установки
6.2.3 Результаты отбора адронных распадов
6.3 Процедура определения поляризации тау-лептонов
6.4 Интерпретация измерений в рамках Стандартной модели
6.5 Поправки и систематические погрешности
6.6 Результаты измерения поляризации тау-лептонов и их
интерпретация
7 Поиск аномального тензорного взаимодействия тау-лептонов
7.1 Теоретическая модель
7.1.1 Лептонные распады
7.1.2 Полуадронные распады
7.2 Отбор событий
7.3 Метод измерения аномального тензорного взаимодействия
7.3.1 Лептонные распады
7.3.2 Полуадронные распады
7.4 Оценка систематических погрешностей
7.5 Результаты измерения аномального тензорного взаимодействия .
8 Заключение

1 Введение
Целью диссертационной работы являлось экспериментальное определение сечения и зарядовой асимметрии рождения пар тау-лептонов в электрон-позитронной аннигиляции
при энергиях 2-ре:юнанса, измерение средней поляризации тау-лептонов и ее угловой зависимости, а также поиск аномального тензорного взаимодействия тау-лептонов.
Исследования, положенные в основу диссертационной работы, были выполнены автором в эксперименте ДЕЛФИ в течение 1995-2000 гг.
Научная новизна исследования. Впервые с высокой точностью были измерены параметры Z-peзoнaнca в канале т+г_ и поляризация тау-лептонов, рождающихся в распадах 2-бозонов, что позволяет определить параметры Стандартной модели электрослабого взаимодействия. Кроме того, впервые экспериментально поставлено ограничение сверху на силу аномального тензорного взаимодействия тау-лептонов, допускающего наличие производных в лагранжиане взаимодействия.
Практическая ценность. Полученные результаты с высокой точностью подтвердили корректность предсказаний Стандартной модели электрослабого взаимодействия. Объединение всех измерений параметров Е-резонанса дает верхнюю оценку массы Хиггс-бозона приблизительно 200 ГэВ/с2, что позволяет оптимизировать параметры установок, проектируемых для открытия и изучения Хиггс-бозона.
Автором была разработана и осуществлена процедура физического анализа данных эксперимента ДЕЛФИ. В частности, был проведен отбор событий рождения пар тау-лептонов, отбор адронных распадов тау-лептонов, определение сечений и зарядовых асимметрий рождения пар тау-лептонов и поляризации тау-лептонов, а также аномального тензорного взаимодействия тау-лептонов. Для каждого из измерений была разработана процедура оценки систематических погрешностей. Кроме того, автором была разработана процедура интерпретации измерения поляризации тау-лептонов с учетом вклада радиационных поправок. Полученные результаты и разработанные процедуры использовались членами коллаборации ДЕЛФИ в дальнейшем физическом анализе.
Результаты, выносимые на защиту:
- Разработка метода отбора рождений пар тау-лептонов в эксперименте ДЕЛФИ;

Рис. 6: Распределение наблюдаемой энергии. Закрашенной гистограммой показан фон от столкновений виртуальных фотонов, заштрихованной гистограммой - прочие источники фона.
виртуальных фотонов составляет лишь малую долю энергии пучковых частиц, причем последние после испускания фотона не меняют направления, и потому не регистрируются в установке. Таким образом, в двухфотонных событиях наблюдаемая энергия значительно меньше, чем наблюдаемая энергия, характерная для тау-пар, см. рис. 6.
Критерий 4 предназначен для отсева процессов ее —► ее и ее —*■ др. В этих процессах импульсы регистрируемых частиц почти в точности равны импульсам пучковых частиц, в то время как в результате распадов гау-лептонов значительную долю кинетической энергии уносят нейтрино. Разделение сигнала и фона при помощи комбинации импульсов Рга^ показано на рис. 7. Фоновые события сконцентрированы в районе Рга.д, = х/2, а основная часть тау-пар имеет значительно меньший радиальный импульс.
Критерий 5 аналогичен критерию 4 и предназначен для дополнительного отсева событий ее —■» ее. В этих событиях энергия, регистрируемая в электромагнитном калориметре, практически равна суммарной энергии пучковых частиц (с точностью до разрешения установки), а в распадах тау часть энергии уносят нейтрино, и, кроме того, часть тау-лептонов распадается на мюоны и пионы, которые дают малый отклик в НРС. Распределение переменной Егал показано на рис. 7.
Критерии 6 и 7 отсеивали фон космических лучей, которые проходили через установку равномерно по всему ее объему, в то время как треки от распадов