Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор экспериментальных результатов и теоретические модели рождения ф-мезонов 14
1.1 Экспериментальные данные по исследованию ассоциативного рождения 0-мезонов со странными частицами 14
1.2 Теоретические модели адронного рождения 0-мезонов 16
1.2.1 Модель кварк-глгоонного слияния 16
1.2.2 Правила кваркового счета 18
1.2.3 Модель FRITIOF 19
2 Эксперимент ЭКСЧАРМ 22
2.1 Структура пучка 22
2.2 Спектрометр ЭКСЧАРМ и его основные элементы . 23
2.2.1 Нейтронный монитор 25
2.2.2 Спектрометрический магнит СП-40А 26
2.2.3 Пропорциональные камеры 27
2.2.4 Сцинтилляционные годоскопы 28
2.2.5 Система идентификации заряженных частиц . 29
2.2.6 Адронный калориметр 31
2.3 Система запуска установки (триггер) 32
2.4 Система сбора и контроля данных 35
3 Программное обеспечение эксперимента 37
3.1 Обработка первичной информации 38
3.2 Отбор событий для физического анализа 42
3-3 Моделирование экспериментальных условий 47
3.4 Моделирование рождения в инклюзивных процессах . 50
3.5 Геометрический аксептанс установки 51
3.6 Эффективность пропорциональных камер 52
3.7 Эффективность триггера 53
3.8 Эффективность нейтронного монитора 54
Изучение ассоциативного рождения 0-мезонов со странными частицами 56
4.1 Изучение ассоциативного рождения 56
4.1.1 Отбор событий 57
4.1.2 Основные параметры исследуемых сигналов . 60
4.1.3 Оценка количества ассоциативно рожденных ф и Л 63
4.1.4 Анализ импульсных спектров и распределений по множественности заряженных частиц в событиях 65
4.1.5 Определение эффективности регистрации инклюзивного ассоциативного рождения ф\ . 68
4.1.5.1 Скорректированная модель FRITIOF . 70
4.1.5.2 Модель компаунд-частицы 71
4.1.5.3 Вычисление эффективности регистрации фА 77
4.1.6 Определение сечения инклюзивного ассоциативного рождения ф и Л 81
4.2 Изучение ассоциативного рождения ф и К0/К0 . 82
4.2.1 Отбор событий 82
4.2.2 Основные параметры исследуемых сигналов 85
4.2.3 Оценка количества " ассоциативно рожденных ф и Ks 86
4.2.4 Анализ импульсных спектров и распределений по множественности треков в событиях 90
4.2.5 Определение эффективности регистрации инклюзивного ассоциативного рождения фК$ 91
4.2.5.1 Скорректированная модель FRITIOF 91
4.2.5.2 Модель компаунд-частицы 93
4.2.5.3 Вычисление эффективности регистрации фК5 94
4.2.6 Определение сечения инклюзивного ассоциативного рождения фК/К 96
4.3 Сравнение результатов с существующими экспериментальными данными 98
5 Проверка согласованности полученных результатов с правилом ОЦИ 99
Заключение 103
Литература 105
- Экспериментальные данные по исследованию ассоциативного рождения 0-мезонов со странными частицами
- Система идентификации заряженных частиц
- Моделирование рождения в инклюзивных процессах
- Анализ импульсных спектров и распределений по множественности заряженных частиц в событиях
Введение к работе
Экспериментальные исследования рождения 0-мезонов -легчайших мезонов со скрытым ароматом, в адронных взаимодействиях позволяют прояснить закономерности, связанные с образованием ароматов в адронных процессах, понять механизмы рождения резонансов со скрытыми ароматами во взаимодействиях частиц, не содержащих соответствующих цветных валентных кварков.
В рамках кварковой модели нарушенной 5ї7(3)-симметрии с идеальным смешиванием октетного (0) и синглетного (uq) состояний с нулевыми квантовыми числами гиперзаряда и изоспина 0-мезон является членом нонета векторных мезонов и представляет собой систему ss валентных кварков. В рамках параметризации физических состояний ф и ш-мезонов ф = cosd oj — sinO Wq, (1) UJ =: SinO 0 + COS$ CJO) (2)
0 = (ий + dd — 2ss)/v6, (3) щ = {uu + dd + ss)/V3 (4) это соответствует идеальному углу смешивания &ideai — 35,3. Однако, анализ соотношений масс векторных мезонов указывает на незначительное отклонение от идеального смешивания (9 — 39), что соответствует примеси нестранных кварковых пар qq в составе ^-мезона на уровне ~ 0,5%. Тем не менее, 0-мезоп представляет собой почти чистое ss состояние и, в этом смысле, является первым членом семейства векторных мезонов со скрытыми ароматами (Ф, J/Ф, т).
Динамика взаимодействия систем, составленных из кварков, отражена в правиле Окубо Цвейга Иизуки (ОЦИ) [1]. Согласно этому правилу, в сильных взаимодействиях запрещены или, строго говоря, сильно подавлены процессы, в которых происходит рождение и аннигиляция кварк-антикварковых пар, полностью входящих в состав одного адрона. Это правило было предложено на самой ранней стадии развития кварковой модели адронов: G.Zweig таким образом объяснил малую вероятность распада ф — /э-тг, не подавленного другими правилами отбора, по отношению к распаду ф —* К К в предположении, что ф- мезон с подавляющим весом находится в состоянии ss.
Рассмотрим, согласно Окубо, образование qq-n&p в адронных взаимодействиях:
А + В —» С -+- qq для q = u,d,s, (5) где адроны А, В и С содержат только легкие кварки. Правило ОЦИ в формулировке Окубо [2] требует, чтобы z = j2M{A + B^C + ss) =
М(А + В->С + ий) + М{А + B^C + dd) ' U где М(А + В —» С + qq) - амплитуды соответствующих процессов.
Это означает, что если бы ^-мезон был чистым ss-состоянием, то он не мог бы быть образован во взаимодействиях нестранных адронов.
Правило ОЦИ (6) можно переписать в терминах физически наблюдаемых состояний ф и и:
М(А + В-+С + Ф) Z + tan{9 - выы)
М{Л + В^С + ш) 1 - Ztan{9 - 6idml)' Если правило ОЦИ (6) выполнено и Z = 0, то М{А + В^С + ф)
М{А + В-+С + и) = -tan(9 - выы) : (8) __ а{А + В -+ф + Х) х 21а а ч, /пч где / - отношение фазовых объемов исследуемых реакций. Если / = 1 и 0 = 39, то отношение сечений рождения ф и ш К{ф/ш) равно
Щф/и) = 4,2-10~3. (10)
В обзоре [3] рассмотрена феноменология правила ОЦИ, приведены возможные объяснения его нарушения, а также данные об отклонении экспериментально измеренных отношений Щф/ш) от предсказанного значения (10). В частности, в нуклон-нуклонных взаимодействиях Н{ф/и))мн = (12, 78 ± 0,34) 10 . Это соответствует параметру нарушения правила ОЦИ Z/vn = (6,0 ±0,2)%.
Правило ОЦИ нашло подтверждение при исследовании ОЦИ-запрещенных распадов .//^-состояния {сс)> которые, действительно, проходят с очень малой вероятностью. Для псевдоскалярных мезонов ОЦИ-запрет не проявляется, так как из соотношения между их массами следует малое смешивание октетного и синглетного состояний, далекое от идеального (О w 11). Объяснение природы запрета правила ОЦИ и анализ случаев его нарушения - одна из ключевых задач при исследовании процессов взаимодействия кварков. Правило ОЦИ не выражается в виде закона сохранения каких-либо квантовых чисел и может выполняться в низшее порядке теории возмущений, но нарушаться в процессах более высокого порядка. Как показали результаты многочисленных экспериментов, в большинстве случаев правило ОЦИ выполняется довольно хорошо, с точностью до нескольких процентов. В то же время, имеется целый ряд экспериментальных свидетельств нарушения правила ОЦИ. При этом отклонения наблюдаемых результатов от ожидаемых могут достигать одного-двух порядков. Высказываются предположения, что эти нарушения, возможно, свидетельствуют о том, что динамика процессов гораздо сложнее, чем представляется на современном этапе. Оказалось, например, что наблюдаемое отклонение от правила ОЦИ в каналах аннигиляции с образованием 0-мезона сильно зависит от квантовых чисел начального состояния системы нуклон-антинуклон [см., например, 4, 5].
При анализе и попытках объяснения наблюдаемых случаев нарушения правила ОЦИ предлагаются различные теоретические модели. Например, существует модель так называемой внутренней странности [6], предполагающая наличие примеси ss-пары в составе нуклона, которая может обеспечить рождение ^-мезона в NN или^ NN взаимодействиях без нарушения правила ОЦИ. Возможно (см. [7]), среди наблюдаемого набора конечных продуктов реакций, запрещенных правилом ОЦИ, часть частиц образуется в результате распада экзотических многокварковых состояний в систему фХ. На феноменологическом уровне теоретическое объяснение соблюдения правила ОЦИ [8] состоит в том, что оно обеспечивается рядом промежуточных, компенсирующих друг друга состояний. Иногда теоретически предсказываемые, нарушения правила ОЦИ обусловлены учетом лишь ограниченного ряда диаграмм.
Таким образом, любая новая экспериментальная информация по исследованию процессов, в которых возможно нарушение правила ОЦИ, позволяет выявить новые детали или прояснить существующие закономерности в сложной динамике адронных взаимодействий. К числу таких процессов относится и адронное рождение (Д-мезонов, в том числе - его ассоциативное рождение со странными частицами. Более того, в ряде случаев именно исследование рождения ^-мезонов (по сравнению, например, с таким исследованием для частиц J/ip или Т, состоящих из систем тяжелых кварков се и Ь6, соответственно) является наиболее эффективным с экспериментальной точки зрения из-за благоприятных условий их регистрации: относительно большого сечения инклюзивного рождения; большой парциальной вероятности моды распада ф —> К+К~ (49,1 ± О,8)% при малой ширине резонанса (4, 26±0,05) МэВ/с2; возможности идентифицировать ассоциативно рожденные странные частицы с помощью выделения сигналов в спектрах эффективных масс конечных состояний их распадов в заряженных модах без привлечения специальных методов идентификации.
До настоящего времени исследования характеристик ассоциативного рождения ф со странными частицами проводились в экспериментах с различными пучками (л-*, К±, р/р) в широком диапазоне энергий. В то же время в нейтронном пучке исследования ^-мезонов были выполнены только в одном эксперименте* - БИС-2 [9], проведенном на Серпуховском ускорителе У-70. Таким образом, получение новых экспериментальных данных о рождении ^-мезонов нейтронами является достаточно актуальной задачей.
Цель диссертационной работы - исследование характеристик рождения ^мезонов в реакциях с ассоциативным образованием странных частиц - Л-гиперонов и нейтральных каонов, в нейтрон-углеродных взаимодействиях, зарегистрированных в эксперименте ЭКСЧАРМ, и, на этой основе, оценка доли ассоциативного рождения ф со странными частицами в реакциях инклюзивного рождения ф. Эксперимент ЭКСЧАРМ выполнен на Серпуховском ускорителе в пучке нейтронов со средней энергией ~ 51 ГэВ. Высокое разрешение и рекордная статистическая обеспеченность сигналов от ф, Л и К0/К0 среди аналогичных исследований, обеспечили возможность достижения поставленной цели.
Научная новизна исследования
Впервые измерены сечения инклюзивного ассоциативного рождения 0-мезонов с Л-ги перонам и и нейтральными каонами в нейтрон-ядерных взаимодействиях.
Оценена доля ассоциативного рождения ^-мезонов со странными частицами, и получено ограничение снизу на суммарный вклад ОЦИ-разрешенных процессов в реакциях инклюзивного рождения ф.
Предложены новые модели рождения 0-мезонов 'В нейтрон- нуклонных взаимодействиях; показана практическая применимость для моделирования условий эксперимента ЭКСЧАРМ разработанных моделей, построенных на основе генератора мягких адронных взаимодействий FRITIOF.
Практическая ценность работы
Изучение характеристик рождения 0-мезонов со странными частицами может быть полезно для понимания механизмов рождения более тяжелых векторных мезонов со скрытыми ароматами J/ip и Т в связи со сложностью экспериментального наблюдения этих частиц, а также для определения закономерностей, проявляющихся в адронных процессах и связанных с образованием ароматов входящих в адрон кварков.
Существенно развит программный комплекс, используемый для анализа данных и моделирования эксперимента ЭКСЧАРМ.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка цитируемой литературы.
Первая глава содержит обзор результатов экспериментов по исследованию ассоциативного рождения ^-мезонов со странными частицами и проверке правила Окубо-Цвейга-Иизуки. Большинство из этих результатов позволяет утверждать, что правило ОЦИ выполняется довольно хорошо, с точностью до нескольких процентов, В то же время, имеется целый ряд экспериментальных свидетельств нарушения правила ОЦИ.
Описаны используемые в дальнейшем модели рождения адронов в инклюзивных реакциях: модель кварк-глюонного слияния, правила кваркового счета, феноменологическая модель фрагментации струн FRITIOF, предназначенная для описания адронных процессов, проходящих при малых передачах импульсов.
Во второй главе описаны условия проведения эксперимента ЭКСЧАРМ, а также соответствующая экспериментальная установка.
В третьей главе приведено описание программного обеспечения, используемого для геометрической реконструкции треков, физического анализа данных и моделирования эксперимента, а также изложена методика оценки эффективности установки при регистрации исследуемых состояний.
В четвертой главе приведены результаты исследований ассоциативного рождения <^-мезоиов с Л -гиперонами и нейтральными каонами К/К в эксперименте ЭКСЧАРМ. Определены характеристики исследуемых частиц. Эффективности регистрации инклюзивного ассоциативного рождения ф и А/К$ получены из моделирования, которое выполнено с использованием разных моделей рождения для каждой пары исследуемых частиц. Вычислены значения сечений инклюзивного ассоциативного рождения ф с Л и К/К. Проведено сравнение полученных результатов с существующими экспериментальными данными.
В пятой главе сделана оценка доли ОЦИ-разрешенного процесса слияния "морских" странных кварков в реакциях инклюзивного рождения 0-мезонов.
В заключении сформулированы основные результаты диссертации.
Апробация работы
Основные результаты диссертации доложены и обсуждены на XV Международном семинаре по проблемам физики высоких энергий "Релятивистская ядерная физика и квантовая хромодинамика", Дубна, 25 - 29 сентября 2000 г., на Научных конференциях молодых ученых и специалистов ОИЯИ в 1998, и 1999 гг., а также на научных сессиях Московского государственного инженерно-физического института (технического университета) в 1999 и 2001 гг., многократно обсуждались на рабочих совещаниях сотрудничества ЭКСЧАРМ и семинаре Лаборатории физики частиц Объединенного института ядерных исследований "Физика очарованных и странных кварков" и опубликованы в работах [10 -15].
Экспериментальные данные по исследованию ассоциативного рождения 0-мезонов со странными частицами
Длительность и равномерность сброса пучка на внутреннюю бериллиевую мишень, а также поток образованных на этой мишени нейтронов определяются и контролируются с помощью нейтронного монитора Мн. Монитор представляет собой телескоп, состоящий из трех сцинтилляционных счетчиков диаметром 10 см и толщиной 1 см каждый. Между первым и вторым (по пучку) счетчиками размещена алюминиевая пластина - конвертор толщиной 1 см (2,7 г/см ). Первый счетчик включен на антисовпадение с двумя остальными для выделения нейтральных частиц, взаимодействующих с алюминиевой пластиной. Поток нейтронов М определяется из выражения где N - число отсчетов нейтронного монитора, ем - эффективность работы нейтронного монитора. Значение параметра ем было определено из полного моделирования прохождения нейтронов пучка через установку. Это значение хорошо совпадает с полученным из его экспериментального измерения с помощью адронного калориметра, которое равно (2,7± 0,5) (подробнее в разделе 3.8).
Для определения импульсов заряженных частиц, зарегистрированных спектрометром, использовался модифицированный спектрометрический магнит СП-40А [39]. Ширина полюсов, расположенных параллельно плоскости XOZ, равна 100 см, их длина вдоль направления пучка (оси OZ) - 198 см. Зазор между полюсами в результате модификации расширен с 29 см до 49 см. При прохождении заряженных частиц через магнит их поперечный импульс в среднем изменяется на 0,45 ГэВ/с.
Магнитное поле СП-40А, в котором измерялись импульсы проходящих частиц, существенно неоднородно. Значение основной компоненты магнитной индукции, перпендикулярной плоскостям полюсов, в центре магнита составляет 0,79 Тл при токе в обмотках, равном 1000 А. Измерение магнитного поля проведено [40] трехкаиальным магнитометром Холла в автоматизированном режиме на связи с персональным компьютером.
Система управления магнита позволяет изменять гіолярность его магнитного поля (по направлению оси Y - "поле +" и в противоположном направлении - "поле -") и производить его размагничивание. Оперативный контроль за величиной магнитного поля осуществляется при помощи датчика Холла, расположенного в середине нижнего полюса магнита.
Координатная информация о прохождении заряженных частиц через спектрометр определяется с помощью системы из 11-ти многопроволочных пропорциональных камер (ПК), состоящих из 25 сигнальных плоскостей с шагом намотки проволочек - 2 мм. Восемь камер до магнита (ПК1 - ПК8) имеют по две сигнальных плоскости каждая, три камеры после магнита (А, В и С) - по три. Первая и вторая камеры имеют размеры 0,82 х 0,3 м2, с третьей по восьмую - размеры камер 1,0 х 0,6 м2. ПК5 и ПК8 служат для измерения U и V координат (проволочки сигнальных плоскостей намотаны соответственно под углами 22,5 (U-плоскость) и —22,5 (V-плоскость) к оси OY). Остальные камеры, расположенные до магнита, имеют намотку сигнальных проволочек, параллельную осям OY (Х-плоскости) и OX (Y-плоскости). Камеры после магнита имеют размеры 2,048 х 1,024 м . Первая сигнальная плоскость каждой из этих камер является X-плоскостью, вторая - Y-плоскостью, а третья - V-плоскостью. Детальные характеристики камер, расположенных перед магнитом, приведены в [37], после магнита - в [38]. Эффективности ПК сильно различались и находились в диапазоне от 90% д"о 96% для большинства плоскостей. Для большей части набранной статистики среднее число сработавших на отдельной плоскости проволочек а 9 ( 7 кластеров, т.е. групп подряд сработавших проволочек от каждой из прошедших через сигнальную плоскость заряженных частиц). Максимальное число сработавших проволочек в одной камере равно 14 (10 кластеров).
В состав спектрометра ЭКСЧАРМ входят два годоскопа сцинтилляционных счетчиков Пи Г2. Эти счетчики используются в системе запуска спектрометра и расположены между седьмой и восьмой пропорциональными камерами перед магнитом и зо последней камерой после магнита, соответственно. Годоскоп Г1 содержит 15 счетчиков с размерами 4 х 25 см2 и толщиной 0,5 см каждый. Высота счетчиков обеспечивает перекрытие телесного угла, под которым виден из мишени установки межполюсной зазор магнита СП-40А. Годоскоп Г2 состоит из 60-ти счетчиков с размерами 10 х 60 см2 и толщиной 0,5 см каждый, сгруппированных в два горизонтальных ряда по 30 счетчиков в каждом, которые расположены выше и ниже плоскости XOZ в системе координат установки. Пластины годоскопов изготовлены из твердого пластического сцинтиллятора. Эффективность срабатывания счетчиков обоих годоскопов близка к 100%. Для съема сигнала применялись фотоумножители ФЭУ-30.
Система идентификации заряженных частиц
Определение числа сработавших годоскопических полос в пропорциональных камерах определяется подсистемой "быстрый триггер" [45], построенной на основе мажоритарных схем совпадений, кратность которых устанавливается в зависимости от требуемой в эксперименте топологии события. Использованный в триггере годоскоп сцинтилляционных счетчиков Г2 был разделен пополам на Г2П и Г2Л - по 30 счетчиков справа и слева от плоскости YOZ. Условие запуска установки вырабатывалось в случае одновременного несрабатывания счетчика ан ти совпадений А (А) и срабатывания определенного числа годоскопических полос плоскостей пропорциональных камер ЗХ, 8Х, ВХ, счетчиков годоскопа Г1, счетчиков годоскопа Г2, счетчиков в каждой половине годоскопа Г2.
Во время проведения эксперимента использовались три типа триггерных схем: на прохождение через установку одной, двух и не менее заданного числа п заряженных частиц. Логические формулы для некоторых типов триггера приведены ниже: прохождение не менее одной заряженной частицы; где п - количество сработавших годоскопических элементов. При последнем из перечисленных условий запуска установки накоплена наибольшая часть экспериментального материала.
Система сбора и контроля данных спектрометра ЭКСЧАРМ предназначена для приема информации с детекторов установки, формирования на ее основе полного набора данных о событии и записи этих данных на магнитные накопители ЭВМ. Регистрирующая электронная аппаратура спектрометра для ПК1 - ПК8 до магнита, МПГЧС и сцинтилляционных годоскопов Г1 и Г2 выполнена в стандарте КАМАК и размещена в 11 крейтах. Регистрирующая аппаратура для ПК А - С, расположенных после магнита, размещена непосредственно на камерах.
Информация с ПК до магнита запоминается в 32-разрядных блоках регистрации Г2-922 [46, 37], размещенных в крейтах КАМАК, а затем с помощью спецконтроллеров СК-382 параллельно считывается в блоки памяти (БП) [38] емкостью 512К байтов каждый. Контроллер СК-382 помещен в каждый крейт. Он преобразует позиционный код, в котором запоминается информация с ПК в регистрах Г2ЧЭ22, в двоичный код номера сработавшего канала соответствующей ПК и передает полученные данные через разъем на передней панели в БП. Устройство контроллера позволяет объединять в ветвь до 7 таких блоков.
Информация с ПК А - С запоминается в платах регистрации РПК-32, размещенных на камерах, а затем, с помощью блоков БРМ-РПК (модернизированные блоки БР-РПК [38]), считывается в БП. Каждой плоскости ПК соответствуют свои блоки БРМ-РПК и БП. Информация с годоскопов Г1, Г2 и черенковских детекторов МПГЧС-14, МПГЧС-32 запоминается в блоках регистров в стандарте КАМАК, а затем для каждого события, е-помощью стандартных контроллеров типа А-1, считывается в ЭВМ/Данные с ПК о каждом событии накапливаются в блоках БП во время сброса частиц на мишень установки в одном цикле работы ускорителя, а информация с Г1, Г2 и МПГЧС считывается в ЭВМ в каждом событии. После окончания сброса частиц на мишень установки информация из блоков памяти переписывается в компьютер РС-386 и записывается на магнитные ленты типа Exatape [47]. Средняя длина передаваемого массива данных об отдельном событии равна ра 600 байтам. В пиковом режиме работы системы сбора данных за один цикл ускорителя на ленту может быть записано до 2200 событий нейтрон-ядерных взаимодействий. При этом на прием данных затрачивается « 1,5 секунды (время сброса пучка на мишень), на формирование событий и их запись на ленты - и 7 секунд при полном времени цикла ускорителя - « 9 секунд.
Управляющая ЭВМ связана сетью ETHERNET по протоколу NWLITE с другими ЭВМ (типа PC АТ-486), основные функции которых - экспресс-обработка поступающей информации. Это позволяет проводить в реальном масштабе времени контроль качества накапливаемой информации, многоуровневый контроль оборудования и хода эксперимента.
Для обработки и анализа данных эксперимента ЭКСЧАРМ использовался разработанный в ОИЯИ специальный комплекс программ, работающих на различных аппаратных платформах и в различных операционных системах. В этих программах используются пакеты отображения информации НВООК [48], HPLOT [49], а также ряд вспомогательных программ из библиотек CERNLIB [50]. Обработка и анализ экспериментальной информации проводились на компьютерах типа НР712, IBM PJSC6000 и PC Pentium. Конечный анализ спектров эффективных масс и аппроксимация сигналов проводились с помощью системы PAW [51]. Ниже приведены краткие описания используемых программ, а также оценки эффективности реконструкции и отбора событий при использовании программного обеспечения.
Моделирование рождения в инклюзивных процессах
Для учета работы отдельных проволочек из экспериментальной информации получались распределения сработавших проволочек в каждой плоскости. Из этих распределений определялись неработающие проволочки, проволочки, работающие с малой эффективностью, а также шумящие каналы.
События, сгенерированные по методу Монте-Карло, обрабатывались пользовательской программой, включенной в комплекс BISMXC, в которой смоделированные кластеры вычеркивались с учетом усредненной эффективности каждой плоскости, из каждого кластера устранялись номера неработающих проволочек и добавлялись номера шумящих проволочек.
"Учет эффективности запуска установки существен даже для состояний, формально удовлетворяющих условиям триггера. Для правильной оценки оценки етриг, необходимо также принять во внимание прохождение сопровождающих частиц. На вход установки подаются как исследуемые частицы, так и частицы сопровождения. После прослеживания всех частиц через установку моделируются срабатывания пропорциональных камер и сцинтилляционных счетчиков, на основе которых симулируется срабатывание системы запуска в соответствии с триггерыым условием. Для контроля сравниваются распределения по множественности частиц в эксперименте с моделироваыыми событиями.
В первом методе использовалось полное моделирование прохождения нейтронов через установку. При этом учитывался измеренный энергетический спектр пучка, положение внутренней мишени и направляющих коллиматоров. Пороги срабатывания счетчиков были установлены на уровне 30 фотонов. Энергия, необходимая для образования одного фотона в пластиковых сцинтилляторах, принималась равной 100 эВ, при этом учитывалась поправка Биркса для сильноионизирующих частиц. В моделировании использованы также экспериментально определенные значения эффективности светосбора в сцинтилляторах (50 %) и эффективности фотокатода ФЭУ (10 %).
Для исследования адекватности модели рассмотрены отношения количества срабатываний нейтронного монитора и детекторов, включенных в триггер установки - плоскости пропорциональных камер ЗХ, 8Х и ВХ, а также годоскопов Г1 и Г2. В большинстве случаев наблюдается хорошее соответствие экспериментальных и модельных значений. Некоторые небольшие отличия возникают за счет ложных и фоновых срабатываний детекторов в эксперименте, которые не учитывались в моделировании.
Проведенное исследование показало, что около 96% срабатываний монитора вызваны взаимодействием нейтронов пучка с алюминиевым конвертором и только 4% случаев," вызваны вторичными частицами, рожденными на других элементах установки ЭКСЧАРМ. Моделирование показало также, что учет взаимодействий нейтронов с веществом установки весьма существен и приводит к снижению эффективности монитора с 2,96% до 2,75%. Во втором методе эффективность нейтронного монитора была измерена с использованием адронного калориметра в триггерном режиме. Полученое значение (2,7 ± 0,5)% хорошо согласуется с результатами моделирования.
Исследование ассоциативного рождения 0-мезонов со странными частицами Л-гиперонами и нейтральными каонами на основе анализа экспериментальных данных, полученных с помощью спектрометра ЭКСЧАРМ, явилось естественным продолжением цикла работ по исследованию рождения / -мезоиов в эксперименте ЭКСЧАРМ [61-63].
При наборе экспериментальной информации, использованной в настоящей работе, была применена углеродная мишень толщиной 1,5 см. Система запуска установки (триггер) была нацелена на регистрацию событий, в которых по крайней мере четыре заряженные частицы прошли через спектрометр (см. раздел 2.3).
События ассоциативного рождения ( -мезонов с нейтральными частицами Л и Kg отбирались из 172 106 исходных нейтрон-углеродных взаимодействий, зарегистрированных спектрометром в одном из сеансов экспозиции установки ЭКСЧАРМ.
Анализ импульсных спектров и распределений по множественности заряженных частиц в событиях
В условиях отсутствия прямых измерений сечений ассоциативного рождения 0-мезонов с Л и К0/К0 в предшествующих экспериментах, проведено сравнение полученных в настоящей работе величин с величинами, вычисленными косвенным образом из результатов эксперимента БИС-2 [9]. Учитывая вклады процессов образования ф с Л и К/К в полное инклюзивное сечение рождения -мезонов, составляющие соответственно (20 ±4)% и (55 ± 17)%, используя приведенное в работе [9] значение сечения инклюзивного рождения ф и предполагая его линейную зависимость от атомной массы ядра мишени, можно получить значения сечений ассоциативного рождения ф с Л и К0/К0, равные (528 ± 216) мкбн/ядро 12С и (1452 ± 696) мкбн/ядро 12С, соответственно. Как видно, вычисленные таким образом сечения в пределах погрешностей хорошо согласуются с результатами, полученными в настоящей работе (см. (39) и (47) соответственно). Полученные в настоящей работе результаты могут быть сопоставлены с предсказаниями правила ОЦИ. С этой целью была оценена доля ОЦИ-разрешенных процессов ассоциативного рождения -мезонов с Л-гиперонами и каонами в полном инклюзивном рождении ф, т.е. отношение аасс к(фХ)/сг(фХ)і где 0асс.л,к(ДО1 сечение процессов ассоциативного рождения 0-мезонов с Л и каонами, о{фХ) - сечение инклюзивного рождения ф. Сечение 0"асс.л,к {фХ) является нижней границей полного сечения &асс.(фЗХ) ассоциативного рождения -мезонов со странными частицами (о"асс.л,к( Х) (ТассХфЗХ)), так как в этой величине не учтено, как минимум, рождение ф с 2і и антигиперонами (вклад таких процессов из сравнения инклюзивных сечений рождения S и антигиперонов в нуклон-нуклонных взаимодействиях с соответствующими инклюзивными сечениями рождения, например, гиперонов [67, 68] ожидается на уровне нескольких процентов). Поэтому отношение сгасс\іК(фХ)/ т(фХ) определяет ограничение снизу на суммарный вклад ОЦИ-разрешенных процессов в реакциях инклюзивного рождения ф. Принимая во внимание обязательное наличие среди X еще одной странной частицы (см., например, диаграмму на рис. 1а) где а(фЗгХ) - значения сечений инклюзивного ассоциативного рождения ф и Si} Si Є (Л, К0, і?0, К+, К ). Сечение инклюзивного рождения ф было измерено- на основе анализа исследуемой экспериментальной выборки - событий. Кандидатом в ф-мезон считалась пара треков противоположно заряженных частиц, выходящих из одной вершины и имеющих следующее ограничение на черепковский вес: Wffi ) 1,4. Минимальное расстояние между треками не должно было превышать 0,45 см, что соответствует трехкратному разрешению по этому параметру, а вершина события должна была находиться в пределах ±5 см от центра мишени вдоль оси пучка. В спектре эффективных масс комбинаций К+К , удовлетворяющих вышеперечисленным критериям отбора, четко выделяется сигнал, который можно интерпретировать как сигнал от -мезона (рис. 26). Величина сигнала, полученная из аппроксимации этого спектра функцией (26), составляет 74006 ± 654 событий. Для определения эффективности регистрации ф был использован скорректированный генератор FRITIOF. Измеренная величина сечения инклюзивного рождения 0-мезонов составила (2095 ± 407) мкбн/ядро 12С.
Учитывая результаты эксперимента БИС-2, которые позволяют сделать вывод о том, что сечение ассоциативного рождения -мезонов с К0 и К0 приблизительно равно сечению ассоциативного С учетом формулы (38), последнее выражение можно привести к измеренным в эксперименте величинам где N - количество событий рождения соответствующих частиц или их комбинаций, указанных-в скобках, б - эффективности их регистрации, полученные из моделирования с использованием скорректированного генератора FRITIOF; д = 1 .(М)Дг(А) + цwiq» 0) 72 ± 0 16 : (5о) где Вг(А) = (63,9 ±0,5) % - вероятность распада Л— р7г , Br(Ks) = (68,61 ± 0,28) % - вероятность распада /t — 7г+7г . При вычислении погрешности Я учтены как статистические, так и систематические погрешности всех величин, используемых в формуле (50). Таким образом, показано, что рождение -мезонов в нейтрон-ядерных взаимодействиях при средней энергии пучка нейтронов 51 ГэВ в основном происходит в сопровождении странных частиц, что соответствует предсказаниям правила ОЦИ. Основные результаты работы и выводы диссертации могут быть сформулированы следующим образом: 1. Впервые в нейтрон-ядерных взаимодействиях измерены сечения ассоциативного рождения -мезонов с Л-гиперонами ( тпС(фАХ)) и нейтральными каонами К0/К0 {апС(фК0/КХ)). Для полной кинематической области по хр (—1 хр 1) эти сечения составили в расчете на ядро 12С:
