Изучение странных очарованных барионов и первое обнаружение барионного распада B0s

• Автор: Соловьева, Елена Игоревна
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Содержание

Содержание
Введение
1 Спектроскопия очарованных барионов
1.1 Кварковая модель для основных состояний
1.2 Возбуждённые состояния
1.3 Экспериментальный статус
2 Трёхчастичные барионные распады В-мезонов
2.1 Диаграммы распадов
2.2 Пороговый эффект и теоретические модели
3 В°-мезоны в эксперименте Belle
4 Эксперимент Belle
4.1 Ускоритель КЕКВ
4.2 Детектор Belle
4.2.1 Кремниевый детектор
4.2.2 Дрейфовая камера
4.2.3 Времяпролётная система
4.2.4 Аэрогелевый черенковский счётчик
4.2.5 Электромагнитный калориметр
4.2.6 Мюонный детектор
4.3 Идентификация заряженных частиц
5 Изучение 12° и 12’° в эксперименте Belle
5.1 Критерии отбора событий
5.2 Измерение массы 12°
5.3 Проверка сигнала 12° —> 12~7Г+
5.4 Подтверждение 12*°
5.5 Проверка сигнала 12*° —> 12°
5.6 Исследование импульсного спектра
Содержание З
6 Экспериментальное обнаружение распада В° —» Л+Ля~
6.1 Данные, использованные для анализа
6.2 Критерии отбора событий
6.3 Восстановление В°-мезона в распаде В° —> Л 6.4 Подавление фона
6.5 Процедура аппроксимации
6.6 Проверки полученного результата
6.7 Систематическая ошибка измерения и результат
6.8 Изучение двухчастичных инвариантных масс
Заключение
Благодарности
Список литературы
Список иллюстраций
Список таблиц
Введение

Введение
Этот год знаменует 40у|° годовщину открытия в 1974 году J/ф — узкого мезонного резонанса с массой 3,1 ГэВ/с2 [1]. С открытием J/ф в физике элементарных частиц началась новая эра. В последующие годы это состояние было успешно объяснено как связанное состояние, скомпонованное из тяжёлого очарованного кварка с массой тс га
1,5 ГэВ/с2 и зарядом +2/3 и его античастицы. Вскоре после открытия состояния J/ф с так называемым скрытым очарованием были обнаружены адроны с так называемым открытым очарованием, состоящие из очарованного кварка и лёгкого антикварка или пары кварков. Первый кандидат в состояния очарованных барионов был обнаружен в 1975°“ году во взаимодействиях нейтрино [2]. Вскоре за этим, в 1976 году, последовала идентификация очарованных мезонных состояний экспериментом Mark I на электрон-позитрошюм ускорителе SPEAR [3]. Оглядываясь назад, очарованные адроны, вероятно, могли были быть обнаружены на несколько лет раньше во взаимодействиях космических лучей [4].
Открытие [5] в 1977 году семейства мезонов Т было первым указанием на существование пятого кварка, прелестного кварка Ъ, с массой гп>, га 5 ГэВ/с2 и зарядом —1/3. И снова мезоны с открытой прелестью, состоящие из тяжёлого прелестного кварка и лёгкого антикварка, были обнаружены несколько позже [6].
Проект японской В-фабрики КЕКВ был одобрен японским правительством 20 лет назад, в 1994 году. И в январе того же года в Женском университете г. Нара (Япония) состоялось совещание, на котором голосованием было утверждено имя «Belle» для будущего эксперимента. Оно обыгрывало название пятого кварка (beauty), представлявшего главный интерес для В-фабрик. Это имя также можно разложить на «В-el-le», косвенно указывая на столкновения электронов (el) и их противоположностей — позитронов (le) — для рождения В-мезонов. Строительство ускорителя и детектора началось в апреле 1994го года.
В течение своей работы В-фабрика КЕКВ и эксперимент Belle смогли не только блестяще подтвердить теорию СР-нарушения в В-мезонах, но и стали богатым источником очарованных барионов как из распадов В-мезонов, так и из фрагментации е+е~ —► сс. При этом изучение очарованных барионов и их возбуждённых состояний связано с бари-онными распадами В-мезонов, особенности которых отражают свойства и слабого вза-
4 Эксперимент BELLE

схема разнесения пучков, которая отклоняет пучки, когда они покидают точку взаимодействия (IP), чтобы избежать паразитных взаимодействий. КЕКВ использовал систему, в которой два пучка сталкивались с маленьким, ±11 мрад, углом пересечения. Несмотря на то, что эта схема имела значительное достоинство - предоставляла возможность более коротких интервалов между сгустками и больше пространства, доступного для деталей детектора около точки взаимодействия — она несла и некоторый риск. При предыдущей попытке использования маленького угла пересечения в кольце DORIS в DESY [51] возникли проблемы, которые объяснялись нестабильностями пучка из-за нежелательной обусловленной углом пересечения связи бетатронного и синхротронного движений. И считалось, что этот эффект станет хуже при большем угле пересечения. Однако, в теоретическом исследовании [52] был сделан вывод, что горизонтальный угол пересечения в КЕКВ будет, на самом деле, не очень опасным. На этом основании маленький угол пересечения был введён на ранних стадиях проектирования. В конечном счёте поперечнопродольная связь, вызванная углом пересечения, была устранена посредством использования первого в мире набора сверхпроводящих резонаторов сноса, которые выравнивали направления сгустков так, что они проходили друг сквозь друга прямо [53]. Они были установлены в январе 2007го года. С резонаторами и с хроматически скорректированными в IP бета-функциями КЕКВ со временем достиг максимума светимости в 2,1 х 1034 -2~ вдвое больше первоначально планируемой цели. Технические характеристики В-фабрики в конце её работы приведены в таблице 9.
Отличной эффективности ускорителя КЕКВ было более чем достаточно, чтобы позволить эксперименту Belle подтвердить теорию СР-нарушений [50] и, кроме того, предоставить возможность для большого количества других измерений и открытий, многие из которых выходили далеко за пределы первоначальных физических целей, перечисленных в «Письме о намерениях Belle» [54]. Достижения КЕКВ стали отправной точкой для начала работы над следующим поколением В-фабрик, SuperKEKB.
4.2 Детектор Belle
Светимости, набранные экспериментом Belle при разных энергиях в системе центра масс, перечислены в таблице 10. Систематическая погрешность измерения светимости составляет около 1,4%, а статистическая ошибка мала по сравнению с систематической.