Когерентные двухфотонные процессы и образование Центавр-событий в релятивистских столкновениях тяжелых ионов

• Автор: Харлов, Юрий Витальевич
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Протвино
• Количество страниц: 107 с. : ил

Оглавление
Введение

1 Двухфотонные процессы в релятивистских столкновениях тяжелых ионов

1.1 Спектр эквивалентных фотонов и двухфотонная светимость.

1.2 Физические процессы в 77-процессах в столкновениях тяжелых ионов .

1.2.1 Фотон при высоких энергиях

1.2.2 Полное 77 сечение

1.2.3 Образование пар заряженных фермионов

1.2.4 Образование пар W+W~ ,

1.2.5 Образование мезонных резонансов

1.2.6 Образование экзотических мезонов

1.2.7 Образование суперсимметричных частиц
1.3 Генератор двухфотонных событий в столкновении тяжелых ионов TPHIC
1.4 Методы экспериментального изучения периферических столкновений
на ускорителях тяжелых ионов
1.4.1 Отличительные характеристики двухфотонных процессов в столкновении тяжелых ионов
1.4.2 Фоновые процессы
1.4.3 Триггер на двухфотонные процессы
1.4.4 Триггер на периферические процессы в эксперименте ALICE . .
1.5 Выводы
2 Модель образования Центавр-событий в столкновениях тяжелых ионов

2.1 Наблюдение Центавр-событий в экспериментах с космическими лучами
2.2 Модель образования Центавр-событий в космических лучах
2.3 Расширение модели образования Центавр-событий до энергий ускорителей тяжелых ионов
2.3.1 Эволюция Центавр-файербола
2.3.2 Варионное число Центавр-файербола
2.3.3 Масса Центавр-файербола
2.3.4 Кинематика файербола
2.3.5 Сохранение энергии в Центавр-событиях
2.3.6 Файербол странной кварковой модели
2.3.7 Распад СКМ-файербола
2.3.8 Общие характеристики Центавр-событий
2.4 Регистрация Центавр-событий на ускорителе LHC
2.5 Выводы
3 Создание и испытание прототипа детектора заряженных частиц для спектрометра PHOS эксперимента ALICE
3.1 Электромагнитный калориметр PHOS
3.2 Конструкция детектора
3.3 Испытание детектора на пучке
3.4 Анализ экспериментальных данных
3.4.1 Кластеры и амплитуды
3.4.2 Зарядовая кумулятивная функция
3.4.3 Координатное разрешение детектора
3.5 Выводы
Заключение

Введение
В связи с запуском ускорителя тяжелых ионов RHIC в БЫЛ и строительством большого адронного коллайдера LHC в ЦЕРН изучение физики тяжелых ионов при высоких энергиях вступило в новую фазу. До сих пор изучение взаимодействий тяжелых ядер при сверхвысоких энергиях было доступно в экспериментах по регистрации космических лучей. С появлением возможности столкновения тяжелых ядер в лабораторных условиях исследования приобретают более систематический характер. Основной целью изучение этих столкновений является поиск нового состояния адронной материи — кварк-глюонной плазмы, образование которого ожидается при высоких плотностях энергии и высокой температуре.
Столкновения релятивистских тяжелых ионов играет также важную роль в изучении других физических процессов. В данной диссертации рассматриваются два класса взаимодействий тяжелых ионов, не связанных с поисками кварк-глюонной плазмы.
Одним классом таких физических процессов являются ультра-периферические столкновения тяжелых ионов. При взаимодействиях ионов с прицельным параметром, больше суммы радиусов ядер, все нуклоны могут ядер взаимодействуют когерентно, при этом электромагнитное поле вокруг ядер достаточно сильно, так как его напряженность пропорциональна квадрату заряда ядра Д, а, следовательно, сечение электромагнитного взаимодействия одинаковых ядер с зарядом Д пропорционально Д4аг, где а — постоянная тонкой структуры. При достаточно большой величине заряда иона Z, сечение ультра-периферических электромагнитных процессов может стать сравнимым с сечением сильного взаимодействия. Согласно Э.Ферми [1] это электромагнитное поле вокруг ядра, действующее в течение короткого промежутка времени, может быть заменено полем излучения с соответствующим распределением частот (рис. 1). Спектр этого излучения может быть вычислен из кинематики про-

ванная в виде генератора событий ТРНІС [9]. Эта программа при заданных параметрах столкновения ионов (энергия столкновения в системе центра масс, а также заряд и масса ядер) вычисляет на двумерной решетке (W.77, Ку7) двухфотонную функцию светимости d2L11/dWdY в приближении эквивалентных фотонов в соответствии с формулами (1.6) и (1.1). Значения двухфотонной функции светимости в точках (Ж77,Ку7), не находящихся в узлах решетки, определяются интерполяцией. Инвариантная масса Ж77 и быстрота У77 двухфотонной системы берется случайным образом в соответствии с распределением d2L11jdWdY. Затем при выбранном значении М77 разыгрывается изучаемый процесс двухфотонного взаимодействия в системе центра масс 77-системы, то есть определяется состав частиц в конечном состоянии и их 4-импульсы, после чего эти 4-импульсы переводятся в лабораторную систему отсчета, то есть ту, в которой 77-система движется с быстротой }77.
Генератор TPHIC позволяет моделировать процессы 77 -» X, образования пар фермионов 77 —> //, мезонных резонансов 77 —V R, пар векторных мезонов 77 -7 ViV2, пар электрослабых калибровочных бозонов 77 —> Ж+Ж_, и пар суперсимме-тричных чарджино 77 —» XÎXÏ-
Процесс 77 —>• X. Как было показано в параграфах 1.2.1 и 1.2.2, фотон имеет сложную структуру. Для моделирования процесса 77 —> X программа TPHIC вызывает генератор PYTHIA [55], который моделирует фотоны в соответствии с разложением (1.12). Генератор TPHIC имеет интерфейс с генератором событий PYTHIA, который передает список конечных частиц, выдаваемый генератором PYTHIA в программу TPHIC.
Процесс 77 //. Для моделирования процесса образования фермион-антифер-
мионной пары необходимо задать аромат фермиона в соответствии с классификацией PDG ([31], стр.205). Импульс фермионов в системе центра масс определяется из кинематики процесса, а угол рассеяния в разыгрывается случайным образом в соответствии с дифференциальным сечением (1.15). Полное сечение процесса находится с помощью численного интегрирования дифференциального сечения методом Монте-Карло.