Введение к работе
Актуальность темы
Исследования е+е~ аннигиляции в адроны при низких энергиях проводятся уже более 30 лет. Однако, несмотря на значительный прогресс, данная область все еще далека от полного понимания. Необходимы как более точные измерения параметров легких векторных мезонов р, ю и ф, так и детальное изучение свойств континуума — области вне резонансов, что позволит получить важную информацию о взаимодействии легких кварков и спектроскопии их связанных состояний.
С 1992 года в Институте ядерной физики им. Будкера ведутся эксперименты с Криогенным Магнитным Детектором (КМД-2) на накопителе со встречными электрон-позитронными пучками ВЭПП-2М в области энергий от 0.36 до 1.4 ГэВ в системе центра масс. Основу физической программы детектора составляет изучение свойств р, и и (^-мезонов и измерение адронных сечений в эксклюзивных каналах.
Процесс множественного рождения пионов в еге~ аннигиляции впервые наблюдался в экспериментах во Фраскаги и Новосибирске при энергиях 1.18-2 ГэВ. Одной из доминирующих в нем является реакция е+е~ -> 7г+ 7Г-7г+ 7г~, которая в настоящее время хорошо изучена в диапазоне энергий от 1.05 до 2.5 ГэВ. Существенно меньше информации об этой реакции имеется при энергиях ниже массы ф-мезопа.
Недостаточно изучено поведение сечения процесса е+е~ -> 4тт и в непосредственной близости от ^-мезона. В предыдущих экспериментах, проводившихся в Орсэ и Новосибирске, сечение измерялось в единичных точках при іьс^п ^ Шф. Ввиду небольшого числа зарегистрированных событий в этих экспериментах детальное изучение структуры сечения в области ^>-мезона не проводилось. В предположении, что все наблюдаемое сечение возникает из распада ф, был установлен верхний предел для вероятности распада ф -> 7г+7г-7г+7г~. Определение интенсивности данного распада является весьма интересным, так как он дважды подавлен: по правилу Цвейга и сохранению G-четности.
Редкие распады ф мезона, ф -> 7?тг+7г~ и ф -4'7г+7г_7г+7г_7Г, также нарушают правило Цвейга. Распад ф —> Г)7г+7Т~ дополнительно подавлен из-за нарушения G-четности. Эти распады не наблюдались экспериментально. В экспериментах КМД и КМД-2 были установлены верхние пределы для вероятности распадов.
Чрезвычайно интересным с точки зрения проверки кварковой модели, 5t/(3) симметрии и модели доминантности векторных мезонов является
изучение радиационных переходов между векторными и псевдоскаляр ньиіи мезонами. Редкий распад ф -> ї/y в течении многих лет оставалс. единствеїшьім магнито-дипольным переходом, не измеренным экспери ментально. В эксперименте КМД-2 впервые было произведено наблюде ние этого распада и измерена его вероятность. Позднее это измерени было подтверждено в эксперименте СНД. Улучшенное измерение вере ятности распада ф —> rf-y, основанное на полном наборе данных, запи санных в области ф мезона, было недавно представлено КМД-2. Первы предварительные результаты по измерению величины Вг(ф -> 7/7); по лученные в эксперименте KLOE, согласуются с данными КМД-2 и СНД В указанных экспериментах распад ф -> г/7 наблюдался в канал т?'7—У 7г+7Г~?7, 7] -4- 77- В виду недостаточной статистики зарегистриро ванных событий rj'-y важной задачей является изучение распада ф —» rf' в других каналах.
Цель работы состояла в следующем:
Используя высокую эффективность регистрации многотрековых со бытии на детекторе КМД-2, изучить реакцию е+е~ —> тс+тг~-7Г+тг~ і диапазоне энергий 0.6-1.06 ГэВ; определить вероятность распада ф — к+ тт~ ж+ тг~; провести поиск распадов ф —> 7]тт+тт~ и ф -4 7r+jr_7r+7r_7r изучить распад ф -» rj'-y в канале ц' -> тт+тт~т} и її -> 7Г+7г-тг0 илі 7] -> 7г+7г~7- Перечисленные процессы объединяет наличие четырех за ряженных тг мезонов в конечном состоянии, что позволяет использоват) общий подход к их анализу. Различия проявляются в фоновых условиях Это требует дополнительных методов подавления фона для каждой и: изучаемых реакций.
В задачи работы также входило включение в состав системы запуск; КМД-2 нейтрального триггера (НТ) и разработка программного обеспе чения НТ. Наличие нейтрального триггера в системе запуска детектор; КМД-2 позволяет осуществлять регистрацию чисто нейтральных собы тий. Высокая эффективность нейтрального триггера к заряженным со бытиям также позволяет проверять и контролировать эффективности заряженного триггера.
Важной задачей при анализе зарегистрированных детектором собы тий является определение координат фотонов. Разработка процедурь определения углов вылета фотонов, зарегистрированных в Csl калорії метре КМД-2, также была одной из задач диссертации.
Научная новизна работы
Измерено сечение реакции е+е~ -> 7Г+7г"~7г+тг~ в диапазоне энергий 0.6-1.06 ГэВ. В области энергий 0.6-0.97 ГэВ это сделано впервые. Впервые получена вероятность распада р —> 7r+7r-7r+7r~.
Впервые наблюдалось интерференционное поведение сечения реакции е+е~ —> 7r+-7r~7r+7r~~ вблизи ф мезона. Измерена вероятность распада ф -> 7г+7г~7г+7ґ~", нарушающего (7-четность и правило Цвейга. Заметно улучшены значения верхних пределов для вероятностей распадов
ф —! 777Г+7Г~ И $ -> 7Г+7Г~7Г+7Г~7Г.
Впервые редкий радиационный распад ф —> ij'y наблюдался в канале:
ф -Л Т]'у, Г}' —> 7Г+7Г~Г7 И ?7 —> 7Г+7Г_7Г ИЛИ Т) -> 7Г+7Г~7.
Научная и практическая ценность работы
Измерение сечения е+е~ -» тг+7г~7г+7Г_ в диапазоне энергий 0.6-1.06 ГэВ дает ценную экспериментальную информацию для дальнейшего развития понимания динамики рождения четырехпиошюго состояния при низких энергиях, как с точки зрения киральных моделей, так и феноменологических подходов.
Созданное программное обеспечение триггера, позволяющее изменять параметры триггера, контролировать его работу в ходе набора статистики, обрабатывать информацию, выдаваемую триггером в режиме off-line, а также проводить моделирование отклика нейтрального триггера с помощью общей программы моделирования детектора КМД-2, может быть использовано и в других аналогичных системах.
Разработанная процедура реконструкции координат фотонов, зарегистрированных в Csl-калориметре детектора КМД-2, может применяться в калориметрах других детекторов.
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), Национальная лаборатория во Фраскати (г.Фраскати, Италия), Лаборатории Сведберга (Упсальский университет, г.Упсала, Швеция). Кроме того, результаты работы докладывались на Международном совещании по е+е~ столкновениям от ф до J/xjj (Новосибирск, 1999), на Международной конференции по спектроскопии адронов (Фраскати, 1999) и 30-й Международной конференции по физике высоких энергий (Осака, 2000).
Структура работы
Диссертация состоит из введения, шести основных глав и заключения.
