Двухфотонные взаимодействия на установке DELPHI (CERN)

• Автор: Поздняков, Валерий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 129 с. : ил.

Содержание
1 Введение
2 Экспериментальная установка DELPHI
2.1 Трековые детекторы
2.2 Электромагнитные калориметры
2.3 Детекторы мюонов
2.4 Особенности постановки экспериментов по изучению двухфотонных
взаимодействий
3 Структурная функция фотона
3.1 Селекция событий и оценки фона
3.2 Моделирование и сравнение с экспериментальными данными
3.3 Процедура апфолдинга (unfolding) экспериментальных данных
3.4 F.2'®ED и эффект ненулевой массы мишени
3.5 Параметризации распределения партонов в фотоне
3.6 Ацфолдинг F%'qgd и обсуждение результатов
3.7 Заключение и выводы по измерению структурной функции фотона
4 Образование г)с мезонов
4.1 Детектор и экспериментальные данные
4.2 Измерение двухфотоииой ширины Г7Т
4.3 Результаты измерения двухфотонной ширины распада г]с мезона
5 Взаимодействие высоковиртуальных фотонов
5.1 Изучение взаимодействий е+е- —> е+е- +
5.1.1 Анализ экспериментальных данных
5.1.2 Результаты
5.2 Изучение е+е- —> е+е- + hadrons взаимодействий
5.2.1 Анализ экспериментальных данных
5.2.2 Результаты

5.3 Заключение и выводы по изучению взаимодействий
высоковиртуальных фотонов
6 Образование струй в жестких 77 столкновениях
6.1 Детектор и экспериментальные данные
6.1.1 Отбор событий
6.1.2 Моделирование ‘сигнала’ и вклад фоновых событий
6.2 Анализ экспериментальных данных
6.2.1 Множественное взаимодействие партонов
6.2.2 Коррекция эффекта адронизации, аксептанс и вычитание фона
6.3 Результаты
6.4 Заключение и выводы по изучению образования жестких струй во взаимодействиях квазиреальных фотонов
7 Перспективы исследования фотон-фотонных реакций
8 Заключение
9 Литература

1 Введение
Настоящая диссертационная работа представляет экспериментальные результаты изучения взаимодействия фотонов, полученные на установке DELPHI(CERN)1
Двухфотонные реакции являются продуктивным источником информации во многих областях физики высоких энергий. Объектом исследований являются процессы квантовой электродинамики (КЭД, QED), такие как рождение лептонов; процессы глубоконеупругого электрон-фотонного рассеяния; образование ‘жестких’ струй и рождение тяжелых кварков, описываемые в рамках квантовой хромодинамики (КХД, QCD). Обширную область исследований составляет адронная спектроскопия состояний двухфотонного слияния, включая поиск новых частиц. Базовые аспекты физики фотон-фотонных взаимодействий приведены в пионерской (по данной тематике) работе [1].
Первые результаты экспериментального наблюдения реакции (е+е~ —> е+е-е+е~) были получены в Новосибирске [2] и затем подверждены во Фраскати [3]. Там же была впервые исследована реакция (е+е_ —> е+е~ц+ц~) [4].
Накопительные электрон-позитронные кольца (е+е~ storage rings) являются мощным источником виртуальных фотонов, взаимодействие которых и является объектом данного типа исследований. Таким образом, моноэнергетический е+е~ коллайдер формирует своеобразный интенсивный ‘фотонный коллайдер’ в широком спектре энергий сталкивающихся фотонов. Замечательным фактом является то, что значимая доля электронов рассеивается на относительно большие углы, что делает возможным их регистрацию и открывает новый, не доступный иным образом, класс взаимодействий - глубоконеупругое рассеяние электрона на квазиреальном фотоне.
Обобщенная диаграмма реакции (е+е_ —> е+е_ + X) приведена на рисунке 1. Налетающиеся электроны2 испускают виртуальные фотоны, которые, вследствие
1в дальнейшем в написании названий экспериментальных установок, детекторов установки, равно как и названия ускорителей, предпочтение будет отдано оригинальным (англоязычным) вариантам с целью соблюдения соответствия текста приводимым рисункам и списку цитируемой литературы.
2в рамках настоящей работы термин ‘электрон’ используется для обозначения электронов и позитронов встречных пучков ускорителя LEP. В обозначениях размерностей величин предполагается с — h — 1.

программой по критерию минимизации корреляций между ними. Моделированные события, взвешенные теми же значениями весов, должны воспроизводить экспериментальные распределения других переменных, которые будем в дальнейшем называть ‘контрольными гистограммами’. Сопоставление таких гистограмм с экспериментальными данными является дополнительным аргументом при выборе той или иной результирующей структурной функции.
Сделаем небольшое резюме об использовании процедуры анфолдинга. По сути, данная процедура находит решение ‘обратной задачи’ - матрица корреляций между истинными и измеренными значениями некоторой переменной позволяет ‘вернуть’ измеренный спектр в свое начальное распределение. Основной проблемой зачастую является нестабильность инвертирования матрицы и, как следствие, проявление нефизичных осцилляций решения, что решается методом регуляризации в программе RUN. Но так ли необходим анфолдинг в нашем случае? Ведь если есть определенный (не расширяемый) набор параметризаций и неограниченные возможности моделирования, то возможно пойти более простым путем - проводим моделирование для каждой из параметризаций и, сравнивая статистическими методами различные распределения, определяем одну или (возможно) несколько пригодных параметризаций. Однако, оба эти посылки неверны - набор существующих параметризаций не является окончательным и крайне сложно обеспечить требуемую статистику моделирования для них.
До применения алгоритма анфолдинга в конкретных экспериментальных условиях его необходимо протестировать. Опишем один из примененных тестон, проведенный на уровне сгенерированных частиц, т.е. без проведения детального моделирования, что, впрочем, совсем некритично. Некоторый набор событий был сгенерирован со слегка модифицированной ФКП параметризацией, которую обозначим как F%'fkp , а сам набор назовем ‘данные’. Другой набор, сгенерированный с равномерным по х (’единичным’) распределением F'1 (F2{x)/oiqed = 1), был использован для получения матрицы перехода от истинных к наблюдаемым значениям переменной х. Для обоих наборов был ‘промоделирован отклик установки’, т.е. были применены критерии на аксептанс установки и