Анализ спектров эффективных масс системы протон-антипротон в эксперименте selex



жүктеу 71.79 Kb.
Дата30.04.2016
өлшемі71.79 Kb.
түріАнализ

Анализ спектров эффективных масс системы протон-антипротон...

Г.А. НИГМАТКУЛОВ, КОЛЛАБОРАЦИЯ SELEX

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»
АНАЛИЗ СПЕКТРОВ ЭФФЕКТИВНЫХ МАСС
СИСТЕМЫ ПРОТОН-АНТИПРОТОН В ЭКСПЕРИМЕНТЕ SELEX

Представлены результаты исследования спектров эффективных масс системы протон-антипротон. Для исследования системы протон-антипротон отбирались инклюзивные реакции , зарегистрированные установкой SELEX (эксперимент E-781, Tevatron FNAL). Приведены спектры эффективных масс для системы протон-антипротон, а также сравнение со спектром эффективных масс системы протон-протон, полученным на π-пучке.
К семейству частиц, которые носят название барионы (В), принадлежат структурные элементы атомных ядер – нуклоны (N) (протон, нейтрон), а также гипероны (Y) – так называемые странные фермионы Λ, Σ, Ξ, Ω. Каждой из этих частиц также соответствует и античастица – антибарион  Существование ядерно-подобных систем было предсказано теоретически еще в 1968 году и с тех пор осуществляется их поиск.

От системы NN система отличается, во-первых, возможностью аннигиляции и, во-вторых, характером ядерных сил. По имеющимся данным представляется вполне вероятным, что притяжение между N и значительно сильнее, чем в системе NN (при одном и том же, примерно, радиусе действия сил). Поэтому, в отличие от единственного слабо связанного состояния двух нуклонов (дейтрон), в системе может существовать целый спектр связанных резонансных состояний ядерного типа (т.е. с дефектом масс, значительно меньшим 1 ГэВ, и со средним расстоянием между частицами порядка 1 фм). Фактор, мешающий возникновению таких квазиядерных состояний, есть аннигиляция: частицы могут исчезнуть раньше, чем сформируется это состояние. Важный теоретический вывод состоит в том, что аннигиляция, несмотря на большое сечение, не исключает возможности существования квазиядерных состояний. Физическая причина этого в том, что аннигиляция происходит на межчастичных расстояниях, заметно меньших радиуса квазиядерной орбиты. Теоретические оценки показывают, что аннигиляционные ширины квазиядерных уровней могут лежать в интервале от 0,1 МэВ до 100 МэВ (в зависимости от орбитального углового момента относительного движения N и – большим орбитальным моментам отвечают меньшие ширины) [1].

«Ядро» из N и имеет нулевой барионный заряд и поэтому должно проявлять себя как тяжелый (с массой около 2 ГэВ) и сравнительно «узкий» мезон, сильно связанный с каналом (т.е. легче всего образующийся при взаимодействии с водородной или ядерными мишенями).

В экспериментах, выполненных в 1978–1984 гг., наблюдались четыре узкие линии, отвечающие массам связанных состояний 1210, 1638, 1771 и 1894 МэВ [2,3]. Они считались как доказательство существования бариония. Однако после работы, выполненной на ускорителе KEK (Япония), со статистикой на порядок выше, чем в предшествовавших экспериментах, никаких узких линий со статистической значимостью более 4σ обнаружено не было [4]. Отрицательные результаты дали также эксперименты по исследованию γ-линий, проведенные на LEAR (CERN).

До недавнего времени считалось, что связанных состояний либо не существует, либо они имеют очень большую ширину (Г > 50 МэВ), либо должны лежать совсем близко к порогу (±20 МэВ), либо иметь очень малую вероятность рождения (≤ 10–4).

Однако все изменилось после результатов, полученных в 2003 году коллаборацией BES [5]. В работе показано узкое увеличение рождения пар в спектрах эффективных масс системы в пороговой области (исследовалась реакция ), что интерпретировалось как наблюдение протон-антипротонного связанного подпорогового состояния с МэВ/с2 (рис. 1). Также недавно были получены схожие данные от коллаборации Belle, о наблюдении увеличения парного рождения в реакциях следующих распадов: а) и б) .



Мы проводим исследование спектров эффективных масс системы на установке SELEX в реакции . SELEX (E-781) – это эксперимент на пучке с фиксированной мишенью, проводимый в Национальной Лаборатории им. Ферми (Fermi National Acceleration Laboratory, FNAL).

У




Minv(), ГэВ/c2

Рис. 1. Спектр эффективных масс системы

протон-антипротон из распадов  [5]

становка SELEX разделяется на спектрометры или участки, где в промежутке между отклоняющими магнитами в отсутствии магнитного поля заряженные частицы свободно летят вперед. Магнитное поле внутри магнитов отклоняет заряженные частицы, что позволяет получить информацию об их импульсе [6]. Положение треков частиц определяется информацией, получаемой с пропорциональных камер (Proportional Wire Champers или PWC) и кремниевых детекторов (Silicon Detectors или SD). Кольцевой черенковский детектор (Ring Imaging Cherenkov Detector или RICH) и детекторы переходного излучения помогают определить тип проходящей заряженной частицы. Положение трека после RICH-детектора определяется с помощью векторных дрейфовых камер (Vector Drift Chambers или VDC). Нейтральные частицы детектируются в электромагнитных калориметрах Фотон (PHOTON) и адронном калориметре (NCAL) [7].

Кольцевой черенковский детектор эксперимента SELEX был основным источником идентификации частиц. В RICH частицы проходили 10-метровый цилиндр, заполненный газом Ne. Поскольку релятивистские частицы двигаются быстрее, чем скорость света для данной среды, испускаются черенковские фотоны, которые отражаются от сферических зеркал и образуют кольца на детектируемой поверхности. Программы обработки RICH определяют вероятность, с которой данный трек может быть ассоциирован с определенной частицей, нормированную на гипотезу наибольшей вероятности. Информация о треке, пришедшая извне RICH, дает представление о его импульсе и положении центра кольца. Частицы с разными массами должны иметь разные импульсы, измеренный радиус сравнивается с предполагаемым. Формируется функция вероятности (likelihood) для описания, насколько близко предсказанный радиус соответствует измеренному [6]. Затем они нормируются на самую большую вероятность, которая принимается равной единице. Проверяются гипотезы, что данная частица – протон, каон, пион или другая фоновая частица.

Для отбора протонов и антипротонов на их треки накладывались следующие ограничения:


  • по информации от пучкового детектора переходного излучения выбирались события, полученные на π-пучке;

  • импульсы протонов и антипротонов лежат в диапазоне от 80 до 180 ГэВ/c;

  • не менее 5 сработавших ФЭУ в RICH-детекторе, что соответствует хорошей идентификации частицы в детекторе;

  • вероятность быть фоновой частицей в RICH-детекторе не должна превышать 5 %;

  • исключались протоны и антипротоны, принадлежащие V0;

  • отклонение трека от пучка в вершинном детекторе не превышает 10 мкм.

После обработки всей статистики эксперимента и наложения всех ограничений были получены спектры эффективных масс на π-пучке (рис. 2). Идентифицировано 16716 пары протон-антипротон, удовлетворяющих всем критериям отбора. Также накладывалось ограничение по pt  > 0,5 ГэВ/c , что соответствует «большим» поперечным импульсам. Вследствие ограниченности pt в продольном направлении будет происходить образование новых частиц [8]. Иначе говоря, в продольном направлении происходит развитие и последующий распад виртуальных состояний, обуславливающий генерацию новых частиц.

В




Minv, ГэВ/c2

Рис. 2. Спектр эффективных масс системы

протон-антипротон, полученный на π-пучке


Minv(), ГэВ/c2

Рис. 3. Спектр эффективных масс системы

протон-протон, полученный на π-пучке

поперечном направлении импульс передается ядру А и распре­деляется между ядерными нуклонами. Развивающиеся при этом процессы определяются в основном свойствами ядерного вещества и его возбуждениями [8].

В спектре видно увеличение парного рождения в пороговой области, что может свидетельствовать о наличии подпорогового связанного состояния.

В качестве сравнения, рассматривались спектры эффективных масс системы протон-протон полученные на пионном пучке. Рассматривалась инклюзивная реакция После обработки всей статистики, записанной на π--пучке, и отбора протонов было идентифицировано 967 пар (рис. 3). На события, как и в случае системы протон-антипротон, накладывались ограничения по pt.

Видно, что в спектре эффективных масс системы протон-протон (см. рис. 3) в пороговой области, в отличие от спектра эффективных масс системы протон-антипротон (см. рис. 2), увеличение парного рождения не наблюдается.

Поскольку в эксперименте SELEX набрана большая статистика ≈109 триггерных событий, то имеется возможность проверки существования протон-антипронного связанного состояния не только на π-пучке, но и протонном и гиперонном пучках. В дальнейшем планируется использовать и эти данные. Однако существует вероятность того, что на p- и Σ-пучках будет оказывать существенное влияние эффект лидирования кварков. Суть эффекта заключается в следующем. При взаимодействии пучковых частиц с мишенью образуется «веер» вторичных частиц. Например, когда пучковый протон попадает и взаимодействует в мишени, кварки пучковой частицы (протона) могут перейти в родившийся протон и передать ему большой импульс. Такой протон будет давать существенный вклад и влиять на конечный результат.

Также необходим тщательный анализ и пересмотр критериев отбора частиц, более жесткий отбор и исключение протонов и антипротонов, принадлежащих распадам V0, поскольку они могут вносить существенный вклад (в случае Σ-пучка странность содержится уже в пучковой частице и после взаимодействия рождается большое количество Λ-гиперонов и K-мезонов).



Таким образом, обработана статистика эксперимента SELEX, полученная на π-пучке, отобрано 16716 пар протон-антипротон. Проведено сравнение со спектрами эффективных масс системы протон-протон. Количество идентифицированных пар протон-протон составило 967. Спектр эффективных масс системы протон-антипротон, полученный нами на π-пучке в эксперименте SELEX (см. рис. 2), имеет схожий вид со спектром эффективных масс, полученным коллаборацией BES (см. рис. 1). Однако необходим более тщательный анализ полученных результатов на π--пучке. В дальнейшем планируется использовать события, полученные на p и Σ-пучках. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (проект № 08-02-01014-а).
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


  1. Шапиро И.С. // УФН. 1978. Т. 125. С. 577.

  2. Richter B., Adiels L.,Backenstoss G. et al // Phys. Lett. B. 1983. V. 126. P. 284.

  3. Adiels L. et al // Ibidem. 1984. V. 138. P. 235.

  4. Chiba M., Doi K., Fujitani T. et al. // Phys. Rev. Lett. D. 1987. V. 36. P. 3321.

  5. Bai J.Z., Ban Y., Bian J. G. et al. // Phys. Lett. B. 2003. V. 555. P. 174.

  6. Iori M., SELEX Collaboration // Nucl. Phys. Proc. Suppl. 2001. V. 93. P.109.

  7. Engelfried J., Kilmer J., RambergE. et al. // Nucl. Instrum. Meth. A. 1998. V. 409. P. 439.

  8. Никитин Ю.П., Розенталь И.Л., Сергеев Ф.М. // УФН. 1977. Т. 121. С. 3.



: data -> scientific-sessions -> 2010 -> fulltext t4
fulltext t4 -> Измерение спектров протонов и ядер гелия высоких энергий в космических лучах с помощью электромагнитного калориметра в эксперименте
scientific-sessions -> Фрактальность в адрон-адронных взаимодействиях
scientific-sessions -> А. Д. Ищенко, К. Ф. Власик, А. М. Гальпер, В. М. Грачев, В. В. Дмитренко, А. Г. Духвалов, Н. А. Иванова, С. Е. Улин, З. М. Утешев
scientific-sessions -> Применение методики интервальных расчетов для оценки погрешностей в реакторных задачах
2010 -> Методы анализа альтернатив при принятии решений
2010 -> Электрон-электронное рассеяние между уровнями ландау в квантовых ямах в сильных магнитном и электрическом полях
fulltext t4 -> Корреляции антипротонов с малым относительным импульсом в эксперименте selex




©netref.ru 2019
әкімшілігінің қараңыз

    Басты бет