Наблюдение рождения J/ ψ во взаимодействиях мюонных нейтрино с нуклонами, обусловленных нейтральным током

• Автор: Цукерман, Илья Ильич
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 82 с. : ил

Содержание
Введение
1 Рождение с-кварков в ^-взаимодействиях
1.1 Рождение с-кварков в УдСС-взаимодействиях
1.2 Рождение J/ф в ^NC-взаимодействиях
1.2.1 Прямое рождение J/ф
1.2.2 Непрямое рождение J/ф
2 Установка CHORUS
2.1 Эксперимент CHORUS и поиск J/ф
2.2 Нейтринный пучок
2.3 Калориметр
2.3.1 Электромагнитная часть калориметра
2.3.2 Адронная часть калориметра
2.3.3 Калибровка и физические характеристики калориметра
2.4 Мюонный спектрометр
2.4.1 Магниты
2.4.2 Дрейфовые камеры
2.4.3 Камеры со стриммерными трубками
2.4.4 Сцинтилляторы
2.4.5 Калибровка и физические характеристики спектрометра
2.5 Триггеры для отбора событий в калориметре
3 Общая методика обработки и моделирования
^-событий в CHORUS
3.1 Методика МС-моделирования ^-взаимодействий
3.2 Методика обработки зарегистрированных событий
3.2.1 Методика реконструкции треков в мюонном спектрометре
3.2.2 Методика восстановления вершины событий
3.2.3 Методика восстановления кинематики событий
4 Предварительный отбор димюонных событий
4.1 Мотивация создания массива DST
4.2 Формирование DST для димюонных событий
4.2.1 Визуальный просмотр массива димюонов NIKHEF
4.2.2 Создание промежуточного массива, обогащенного димюонами .
4.2.3 Создание окончательного массива DST
4.2.4 Формирование DST для МС-событий

5 Физический анализ димюонных событий
5.1 Отбор димюонных событий и их характеристики
5.1.1 Критерии отбора димюонов, связанных с чармом
5.1.2 Димюоны одного знака и тримюоны
5.1.3 Характеристики траекторий мюонов в спектрометре
5.1.4 Кинематика вершины 2д-событий
5.2 Кинематический анализ отобранных д+д~-событий
5.3 Отбор событий-кандидатов распада J/ф —> д+/С
6 Определение сечения i^NC-рождении J/ф
6.1 Нейтринный поток и число г^СС-событий
6.2 Эффективность регистрации и выделения ,7/^-событий
6.2.1 Эффективность детектора CHORUS
6.2.2 Эффективность реконструкции событий J/ф Д+Д~
6.2.3 Триггерная эффективность
6.2.4 Эффективность кинематических отборов событий J/ф —» .
6.3 Сечение г^МС-рождения J/ф
Заключение
Благодарности
Список литературы

Введение
Процессы рождения открытого чарма во взаимодействиях мюонных нейтрино, обусловленных заряженным током (г^СС), были детально изучены за последние три десятилетия многими экспериментальными группами (см., например, обзор [1]). В частности, на каждой из установок CDHS [2], CHARM-II [3], CCFR [4] и NuTeV [5] были накоплены тысячи событий, связанных с этой реакцией. Ее сечение составляет несколько процентов от полного сечения иАСС-взаимодействия. В экспериментах наблюдались т.наз. димюонные события, большая часть которых связана с распадами родившихся очарованных частиц на положительные мюоны. С их помощью удалось извлечь информацию о распределении s-кварков в нуклоне, оценить массу с-кварка и элемент Vcd матрицы Кабиббо-Кобаяши-Маскава (СКМ).
В отличие от vßCC, в г/ц-взаимодействиях, вызванных нейтральным током (i^NC), с-кварки могут рождаться только парами, и, соответственно, с гораздо меньшими сечениями. Среди этих реакций наиболее удобной с точки зрения регистрации является образование .//Ц-резонанса (скрытый чарм), распадающегося на пару мюонов. Этот редкий процесс наблюдался только в одном эксперименте группой CDHS [6] почти 20 лет назад.
Изучение vjL N С-рожден и я J/ф представляет интерес как с точки зрения сопоставления с имеющимися многочисленными данными по его элекгро- [7], мюо- [8-10] и фоторождению [11-13], так и для непосредственного исследования механизма и расчетов вероятностей формирования различных состояний чармония [ф1, ха> Ха), распадающихся на J/ф.
Эксперимент CHORUS [14] на протонном суперсинхротроне (SPS, CERN), основной целью которого был поиск нейтринных осцилляций по каналу vT, накопил очень большую статистику данных по ^-взаимодействиям в массивном калориметре. Расположенный по пучку позади калориметра мюонный спектрометр был хорошо приспособлен для регистрации мюонов и измерения их импульса. Поэтому было естественно использовать вышеуказанные данные для выделения сигнала от распада J/ф —> д+/П. Свидетельством рождения J/ф являлось бы наблюдение избытка событий в области его массы (» 3,1 ГэВ) в распределении по инвариантной массе мюонных пар.
Целью экспериментального исследования, представленного в диссертации, являлось обнаружение сигнала и оценка сечения ^NC-рождения J/ф-резонанса по зарегистрированной на детекторе CHORUS статистике нейтринных взаимодействий в калориметре.
Первым и самым трудоемким методическим этапом в решении этой задачи было осуществленное диссертантом формирование компактного массива (DST) 2д-событий, предназначенного как для поиска J/ф, так и для обнаружения и/или изучения других процессов, связанных с димюонами. Параллельно на основе существовавшего набора смоделированных методом Монте-Карло (MC) димюонных событий, обусловленных Vß- и Ц,-взаимодействиями в калориметре с образованием открытого чарма, был создан аналогичный массив MC-DST.

В результате дальнейшего детального просмотра 484 “истинных“ и 142 “спорных“ 2д-событий и нескольких сотен случайно выбранных СА1 Т-событий из полного набора данных CHORUS были выработаны следующие критерии отбора димюонов, основанные на подсчете числа сработавших сцинтилляционных счетчиков и проволочек стриммерных камер в мюонном спектрометре.
(a) Во всем спектрометре должны срабатывать не менее, чем два счетчика в более, чем 9 плоскостях сцинтиллятора из 24.
Это ограничение важно для подавления событий с одним мюоном и большой утечкой энергии адронного ливня из калориметра в спектрометр. С другой стороны, указанное требование фактически означает, что оба мюона должны пересечь не менее двух магнитов.
(b) Либо во втором, либо в третьем магните должны были сработать два или более счетчиков хотя бы в одной плоскости сцинтиллятора, что позволяло полностью избавиться от одномюонных событий с короткими ливнями.
(c) В более чем 20 пакетах стриммерных камер из 56 должны были дать сигнал по крайней мере две проволочки.
Это ограничение, которое дополняет (а), иногда приводит к отбраковке “истинного“ димюона, но зато позволяет достичь сильного подавления ненужных событий.
(d) В последних 4 блоках стриммерных камер из 7 требовалось наличие сигнала в более, чем 4 проволочках.
Этот критерий защищает от безмюонных NС-событий с очень энергичными адронными ливнями. При этом димюонные события с короткими видимыми треками отбрасывались как ненадежные.
Из 626 событий удовлетворяют указанным ограничениям 608 или (97 ± 1)% событий. При этом из к 300 случайных С ATT- событий остается лишь около 10%.
4.2.2 Создание промежуточного массива, обогащенного димюонами
На этапе 2 для каждого события подсчитывалось число активных счетчиков и сработавших проволочек стриммерных камер в спектрометре. Эта процедура, в отличие от восстановления траекторий мюонов, не требовала больших компьютерных ресурсов.
Вышеуказанным критериям (a)-f-(d) удовлетворяют, как показал компьютерный отбор, 610 тысяч событий из имевшихся 5650 тысяч19. Суммарный размер выходных файлов обогащенного массива составил 9,5 Гбайт, т.е. всего 3% от объема исходного набора данных (около 300 Гбайт).
Быстрое визуальное сканирование около 20 тысяч случайно выбранных САТТ-событий из этого набора обнаружило 232 события с “истинными” димюонами; 227 из них (98 ± 1)% оказались действительно содержащимися в обогащенном массиве.
18Оставшиеся 200 тыс. событий по техническим причинам обработать в настоящее время сложно.