Изучение рождения J/ Ψ-мезона и его семейства в столкновениях тяжелых ионов в экспериментах на SPS CERN

• Автор: Джубеллино Паоло
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 49 с. : ил.; 20х15 см

Аннотадия
Работа, изложенная в настоящей диссертации, состоит из двух больших частей, в которых отражен главным образом личный вклад автора в получение экспериментальных результатов крупной международной коллаборации. Хронологически они соответствуют работе по созданию и установке новой детектирующей системы эксперимента NA50, а затем по получению и анализу данных этого эксперимента, в частности, измерению аномального подавления рождения 7/^-мезонов в столкновении свинца со свинцом при энергии 158 ГэВ/нуклон.
Начальный этап работы освещен во второй части диссертации. Кремниевая детектирующая система NA50 является во многих отношениях принципиально новой и прогрессивной. В своем нынешнем исполнении она легла в основу получивших весьма высокую оценку кремниевых детектирующих систем экспериментов ATLAS и CMS на создаваемом LHC. Так, впервые система кремниевых детекторов должна работать в радиационной обстановке, где излучение превышает 1 Мрад. Кроме того, высокая производительность операций, которая диктуется малыми величинами поперечных сечений рождения чармония и членов его семейства, требует экстремально быстрого считывания с мертвым временем меньше, чем 40 наносек. Система из 14000 каналов потребовала, следовательно, полностью новой системы VLSI считывания, которая была развита лично диссертантом вместе с техникой сборки, установки и тестирующим оборудованием. Детектор продемонстрировал абсолютную способность работать при параметрах, заложенных при создании, и доказал, что является существенным инструментом получения и анализа данных эксперимента NA50.
Результаты измерения сечений рождения чармония и членов его семейства в столкновениях свинца со свинцом привели к удивительному экспериментальному результату. До Wax пор, вплоть до изучения столкновений серы с вольфрамом, все данные хорошо описывались простой моделью, в которой вновь рожденное состояние очарованных кварка и антикварка поглощается, находясь еще в предрезонансном состоянии адронной среды. Результаты по взаимодействию свинца со свинцом обнаруживают вместо этого дополнительный подавляющий фактор (называемый аномальным J/ф подавлением) с очень высокой статистикой. Данные, собранные NA50 в течении сеансов 1996 года, благодаря большой статистике позволили проводить внутреннюю проверку поведения сечений рождения J/'ф в зависимости от образца Pb-Pb-столкновений, классифицированных по центральности от самых периферических до самых центральных. В этих измерениях, которые свободны от многих неоднозначностей, существующих при сравнении со столкновениями различных ионов, наблюдается очень резкое изменение зависимости от прицельного параметра вблизи значения 8.5 Ф. В то время, как более периферические взаимодействия совместны с кривой, основанной на картине поглощения, которая хорошо описывает данные, полученные с более легкими ядрами-снарядами, центральные события показывают дополнительное сильное аномальное подавление.

вторичных частиц на один квадратный миллиметр детектора множественности очень велико и эффекты радиационных повреждений очень важны. Детектор NA50 сконструирован на основе этих идей.
5. Впервые были собраны и опубликованы данные по исследованию инверсии типа проводимости кремния индуцированным излучением. На их основе впервые была показана независимость поведения инвертированного кремния от исходной стойкости материала и получены данные по обратному обжиговому поведению инвертированного кремния. Эти результаты лежат в основе операционной моды кремниевых детекторов NA50, которые содержались при низкой температуре (—18°С) между сеансами. Идея получила распространение и будет, в частности, использована в коллаборациях ATLAS и CMS, кремниевые детекторы которых будут работать при низкой температуре.
6. Впервые было продемонстрировано, что изоляция детектирующей системы сохраняется после инверсии типа кремния, что гарантирует функциональность детектирующих элементов по этому параметру.
7. В эксперименте NA50 впервые была использована как радиационно стойкая, так и радиационно нестойкая электроника. Это позволило не только сравнить их работу, но и впервые наблюдать в высоко-энергетическом эксперименте эффекты локальной большой ионизации и дефекты, индуцированные излучением в цифровой электронике. Эти результаты исключительно важны при планировании экспериментов, которые будут работать в условиях жесткого излучения. Они были использованы при разработке трекера, в копла-борации CMS.
8. На основе опыта, приобретенного в NA50 как с точки зрения экспериментальной техники, так и с точки зрения физических результатов, была предложена идея и развита концепция детектора эксперимента ALÏCE на строящемся LHC. В частности, было впервые предложено использование трекинга в большом объеме, находящемся в очень слабом магнитном поле, как наиболее эффективный путь работы в случае очень большого числа частиц, появляющихся в этом объеме. Была развита конструкция внутренней трековой системы детектора ALICE полностью основанная на кремниевых детекторах и использующая три различных технологии с целью адаптации к условиям меняющейся плотности треков на различных расстояниях от вершины. Была проведена разработка кремниевых детекторов специально для случая работы в условиях очень высокой плотности треков.
9. Разработана конструкция универсального кремниевого дрейфового детектора, опирающаяся на новейшие исследования качества материалов, специальную конструкцию электродов и оригинальные алгоритмы, позволяющие извлекать практически максимальную информацию из детекторов. Развита новая эффективная концепция сборки детекторных модулей, основанная на широком использовании легких (алюминий-каптон) гибких микрокабелей. Она используется уже в эксперименте STAR на RHIC в BNL.
10. На основе опыта работы в NA34 (HELIOS), характерной чертой которого был наиболее тщательный анализ событий и всестороннее измерение их характеристик, был предложен подход к изучению загрязнений, связанных с перерассеяниями. В частности, анализ данных, полученных на экстремально тонких мишенях (200 мк), и сравнение с аналогичными данными на более толстых мишенях, привели к более глубокому пониманию результатов измерений и позволили предложить новую интерпретацию сложного поведения (наблюдающегося подавления) сечения рождения чармония при высоких плотностях энергии. Было показано, что в первых измерениях загрязнение фрагментами перерассея-ния приводило к учету событий, в которых поперечная энергия оказывалась больше, чем была на самом деле. Данные, полученные во время сеансов 1998 года с тонкими мишенями, подтвердили правильность подхода и тем самым фундаментальную важность двухступенчатой структуры измерений эффекта подавления.
Апробация работы. Основные результаты работы опубликованы в ведущих зарубеж-