Введение к работе
Актуальность темы.
Конверсионные распады векторного мезона V на псевдоскалярный мезон Р и лептонную пару /+/~ (V —> Р1+1~, где I — е,/і) тесно связаны с соответствующими радиационными распадами V на Р и фотон у {V —> -Р7)) поскольку в случае конверсионного распада виртуальный фотон 7* переходит в /+/"~-пару. Аналогично, конверсионные распады псевдоскалярного мезона Р на фотон у и лептонную пару /+/~ (Р —> 1+1~у), часто называемые Далиц распадами, связаны с его радиационным распадом на два фотона (Р —> 77,)-
В конверсионных распадах квадрат инвариантной массы лептонной пары M2nv(l+l~) = q2, равный квадрату массы излученного виртуального фотона, не равен нулю, как для обычных радиационных распадов. Изучение спектра М{пь(1+1~) позволяет определить переходные форм-факторы fp(q2, q2,) псевдоскалярных мезонов Р в зависимости от передач импульса qf. В разных постановках эксперимента производится изучение /р(<7?! ?!) в различных областях по qf, в конверсионных распадах доступны значения:
P-^l+1-y : q2 = О, 4М2 < q\ < МД;
V -> P/+Z- : 9? = М, 4М2 < 9І < (Mv - МР)2.
Существуют различные теоретические модели для описания поведения fp(q2,q2)- Согласно модели векторной доминантности (МВД), хорошо описывающей целый ряд явлений в физике низких и средних энергий, изаимодействие фотонов с адронами происходит через виртуальные век-горные мезоны. Для изучения зависимости переходных формфакторов от передачи импульса q2 распады на пару мюонов предпочтительнее, чем распады на е+е~-пару, так как их влияние становится заметным при достаточно больших значениях инвариантной массы лептонной пары. Для распадов на е+е~-пару влияние зависимости Fp(q2) от д2 незначительно, а для распадов на /j+/4~-napy зависимость Fp(q2) от q2 сказывает-:я и на ширинах этих распадов. Для изучения распадов на е+е~-пару ;уществует дополнительная экспериментальная сложность, связанная с конверсией фотонов на веществе экспериментальной установки, например, конверсия фотона от распада т] —> 77 имитирует распад г]—>е+е~у, а конверсия фотона от распада ф —> цу имитирует распад ф —> т/е+е_. К сожалению, распады на /і+/і~-пару подавлены по фазовому объему, так
что их относительные вероятности примерно на порядок меньше, чем у распадов на е+е~-пару.
Интерес к изучению конверсионных распадов связан также с быстро развивающейся в последние годы новой областью физики высоких энергий - столкновениями тяжелых ионов. Уже давно было отмечено, что информация о рождении прямых дилептонов, т.е. е+е~- и /і+/х~-пар, важна для изучения кварк-глюонной плазмы При исследовании спектров 7 и 7* (7* ~~^ е+е—, 7* —> /t+/i~) в столкновениях тяжелых ионов наблюдается превышение экспериментального числа е+е~- и ^+/л~-пар от стандартных адронных источников (7Г—»е+е~7, Ц—>e+e~j, т}' —> е+е_7, и —> 7ге+е_, р/и> -> е+е~, ф —У е+е_ и аналогичные распады в мю-онную пару), объясняемое рождением лептонных пар в кварк-глюонной плазме. Систематическая ошибка в этих исследованиях определяется, в том числе, и экспериментальной неопределенностью вероятностей конверсионных распадов, в связи с чем становится актуальным уточнение величины относительных вероятностей этих распадов.
За исключением хорошо изученного конверсионного (Далиц) распада 7г-мезона экспериментальная ситуация неудовлетворительна: для некоторых распадов имеются лишь единичные измерения с невысокой точностью или же верхние пределы, а некоторые вообще не изучены. Используя большую статистику ф-мезояоь, набранную в экспериментах с детектором КМД-2 на накопителе ВЭПП-2М, это положение можно улучшить.
Цель работы состояла в следующем:
измерение относительной вероятности ранее ненаблюдавшегося конверсионного распада ф -> 7г0е+е~;
измерение относительной вероятности конверсионного распада ф —* rje+e~ в каналах распада tj —) 77 и т}~*-Зтг;
измерение относительной вероятности Далиц распада г)—>е+е~-у.
Научная новизна работы.
Разработан и создан пакет программ первичного моделирования конверсионных распадов векторных мезонов для программы полного моделирования детектора КМД-2.
Разработана процедура разделения электронов и пионов для неколли-неарных заряженных частиц по энерговыделению в калориметре.
Впервые наблюдены события конверсионного распада распада
ф—>- 7ГЄ+Є~.
Впервые измерение относительной вероятности распада ф —У т]е+е~ проведено в канале і]—>3тг, тг -> 77-
Научная и практическая ценность работы.
Программа первичного моделирования конверсионных распадов векторных мезонов используется членами коллаборации КМД-2 при изучении конверсионных распадов ш-мезона.
Разработанный общий подход к анализу конверсионных процессов на е+е~-пару может быть использован членами коллаборации КМД-2 при изучении конверсионных распадов при энергиях, отличных от <-меэопа.
В данной работе впервые произведено наблюдение конверсионного распада распада ф —> 7ге+е-. Измеренная величина относительной вероятности согласуется с теоретическими предсказаниями.
Произведено наблюдение конверсионного распада ф —> т]є+е~ в двух различных каналах распада: г] —> 77 п ^-^Зя-0. Измерение относительной вероятности распада ф — г/е+е~ в канале, отличном от т) —> 77 > произведено впервые. Усредненное но обоим каналам значение относительной вероятности является наиболее точным из существующих измерений.
Произведено измерение относительной вероятности Далиц распада 77->е+е-7і являющееся одним из наиболее точных измерений этого распада.
Уточнение относительных вероятностей измеренных распадов должт но уменьшить систематическую ошибку в исследованиях столкновений тяжелых ионов.
Апробация работы.
Работы, положенные в основу диссертации, неоднократно докладывались и обсуждались на научных семинарах в ведущих отечественных и зарубежных центрах, таких как ИЯФ СО РАН (г. Новосибирск), Институт Пауль Шеррера (Виллиген, Швейцария), Зигенский университет (Германия). Кроме того, результаты работы докладывались на VII Международной конференции по адронной спектроскопии (г. Аптон, США, август 1997), на Сессии ОЯФ РАН (г. Москва, ноябрь, 1998), на Международном совещании по электрон-позитронным столкновениям от ф до J/ф (г. Новосибирск, Март 1999).
Структура работы.
Диссертация состоит из введения, восьми глав и заключения.
