Рождение странных адронов и поляризация Л0 и Л-0 гиперонов в нейтринных взаимодействиях в эксперименте NOMAD

Перед Вами труд четырех лет моей жизни, выполненный в период с октября 1997 года по октябрь 2001 года. Пожалуй, пока что, это самое денное, что сделано мною в физике, однако, мне бы не хотелось, чтобы у читателя сложилось впечатление, что все в этой работе сделано мною. Это не так, и ниже я с удовольствием выражаю благодарность всем тем, кто так или иначе принимал участие в этой работе.

Прежде всего, я приношу извинения за обилие местоимения «я» в этом разделе: вся работа написана от скромного третьего лица (или скромных третьих лиц), поэтому, прошу рассматривать данный раздел как своеобразную компенсацию моей скромности на последующих страницах.———;

Я начал работать над измерением поляризации Л° гиперонов в эксперименте NOMAD вместе с очень скромным и эрудированным специалистом — Ю. П. Мерековым в конце октября 1997 года. В защищаемом мною анализе используется программа, осуществляющая кинематический фит V0 вершины. Эта программа является Си-версией Фортран-программы кинематического фита, использовавшейся ранее в пузырьковых камерах. Переход с языка Фортран на язык Си был осуществлен Ю. П. Мерековым, который через некоторое время решил заняться другой физикой. Хочу выразить свою искреннюю благодарность этому человеку за его помощь и всегда полезные советы и замечания.

Моя дальнейшая работа протекала в тесном сотрудничестве с к.ф.м.н. Б. А. Поповым, который является одним из авторов программы реконструкции треков в дрейфовых камерах в детекторе NOMAD. Наша программа идентификации нейтральных странных частиц и реконструкции кинематических переменных органично вошла в очень удобный пакет реконструкции и анализа данных, развитый группой физиков из LPNHE (Париж), при активном участии Бориса Попова. Будучи по образованию теоретиком, и занимаясь обработкой экспериментальных данных, я, с необходимостью, узнавал много нового о различных методах работы в эксперименте. Борис оказал мне в этом неоценимую помощь.

Со временем, у нас образовался молодой и очень дружный коллектив, занимающийся изучением физики странных и очарованных частиц в нейтринных взаимодействиях, и мне хочется поблагодарить A.B. Чуканова и Д. В. Кустова, бывших студентов-дипломников, а ныне аспирантов. Особенную благодарность я хочу выразить Артему Чуканову за реализацию нового метода измерения поляризации частиц, развитого в этой работе, и постоянную готовность развивать и совершенствовать свой код.

Лучшему пониманию вопросов, затрагиваемых в диссертации, способствовало общение со многими людьми: теоретиками и экспериментаторами, которым я считаю своим приятным долгом выразить благодарность. Речь идет о следующих людях: A.B. Ефремов, А. Коцинян, Ю. П. Мереков, В. А. Наумов, Б. А. Попов, М. Г. Сапожников, A.B. Чу-канов, M. Anselmino, I. Bigi, J. Bouchez, L. Camilleri, L. Di Leila, U. D'Alesio, V. Flaminio,.

J.-M. Gaillard, R. Jaffe, С. Lachaud, E. Leader, Z. Liang, S. Mishra, F. Murgia, S. Paul, J. Soffer, M.-T.Tran.

Анализ, защищаемый в этой работе, был бы невозможен без самоотверженного труда большого коллектива людей, задумавшего и реализовавшего эксперимент NOMAD. Всем им я выражаю свою искреннюю благодарность.

Мне доставляет также огромную радость выразить благодарность всем членам нашего дружного коллектива НЭОФЭЧ: Ю. А. Батусову, С. А. Бунятову, В. Ю. Валуеву, O. J1. Климову, Д. В. Кустову, A.B. Красноперову, Е. А. Наумовой, Ю. А. Нефедову, Б. А. Попову, В. В. Терещенко, C.B. Терещенко, A.B. Чуканову, и нашему замечательному и обаятельному секретарю Ирине Сидоркиной.

Для меня очень дорог постоянный интерес со стороны А. Н. Валла и В. А. Наумова.

Хочется отметить очень полезные обсуждения с автором альтернативного анализа поляризации А0 и А0 гиперонов, Сирилем Лашо (Cyril Lachaud) из Парижского университета.

Я благодарен своим оппонентам A.B. Ефремову и С. Б. Нурушеву за полезные обсуждения и советы по улучшению читаемости настоящей диссертации.

Хочется поблагодарить также В. А. Беднякова, Б. А. Попова и A.B. Чуканова, которые прочли предварительную версию моей диссертации и высказали ряд полезных замечаний.

Наконец, я не мыслю выполнения этой работы без постоянной поддержки моей семьи: родителей, брата и моей жены.

Диссертация состоит из 8 глав, заключения и двух приложений, сгруппированных в четыре части: «Введение», «Реконструкция событий в эксперименте NOMAD», «Анализ данных» и «Приложения» .

Часть I Введение.

8.4 Выводы.

В этой главе были представлены результаты измерения векторов поляризации А° и А° гиперонов, рожденных в vц СС DIS событиях в эксперименте NOMAD. Обнаружена отрицательная продольная и отрицательная поперечная компоненты вектора поляризации А° гиперонов.

Модуль продольной поляризации А° увеличивается в области фрагментации мишени. Это находится в качественном согласии с предсказаниями модели поляризованной странности в нуклоне [28]. Значение продольной поляризации А° в области фрагментации тока позволяет оценить коэффициент передачи спина от и кварка к гиперону связанный с корреляцией спина фрагментирующего кварка со спином конечного адрона. Наше измерение согласуется с предсказаниями в рамках SU (6) модели с учетом промежуточных тяжелых гиперонов, распадающихся на А° в конечном состоянии, и противоречит вычислениям [33] для модели Буркардта-Джаффе.

Зависимость от рт и хр обнаруженной впервые в нейтринных экспериментах поперечной поляризации А° находится в согласии с хорошо установленной зависимостью поперечной поляризации гиперонов, рожденных в адронных экспериментах, что свидетельствует в пользу того, что мы имеем дело со схожим явлением. Третья компонента вектора поляризации А° гиперонов сопоставима с нулем. Исследована зависимость вектора поляризации от различных кинематических переменных и от типа нуклона мишени.

Вектор поляризации А° гиперонов, измеренный впервые в нейтринных экспериментах, сравним с нулевым, хотя существуют указания на противоречия с предсказаниями модели поляризованной странности в нуклоне [28] для области фрагментации мишени, и с предсказаниям для всех моделей передачи спина в области фрагментации тока, рассмотренными в работе [33].

Заключение

.

Суммируем кратко результаты, защищаемые в настоящей диссертации.

1. В дрейфовых камерах магнитного детектора NOMAD с электронным съёмом информации зарегистрировано 15 075 распадов К° мезонов, 8087 Л° и 649 Л° гиперонов, образованных в нейтринных взаимодействиях по каналу заряженного тока.

2. Предложена и реализована процедура идентификации нейтральных странных частиц на основе кинематического фита У0 вершин.

3. Предложен и реализован новый метод измерения одновременно всех трех проекций вектора поляризации, с учетом эффективности реконструкции треков и аксептанса детектора.

4. Измерены интегральные выходы К° мезонов, Л° и Л° гиперонов в upN глубоконе-упругих взаимодействиях по каналу заряженного тока:

Тко = (6.76 ± 0.06)%, = (5.04 ± 0.06)%, = (0.37 ± 0.02)%. Обнаружено отличие измеренных выходов от предсказаний модели ЛУНД [63] на уровне 4060%.

5. Измерены дифференциальные выходы К° мезонов, А0 и А0 гиперонов в u^N глу-боконеупругих взаимодействиях по каналу заряженного тока как функции Ек, W2, Q2, х, у. Дифференциальные выходы А0 гиперонов измерены впервые в u^N глубоконеупругих взаимодействиях.

6. Изучены распределения по переменным хр, p?, z, характеризующим поведение мезонов, А0 и A0 гиперонов в адронной струе, в v^N глубоконеупругих взаимодействиях по каналу заряженного тока. Найдены следующие величины: параметры асимметрии в распределениях по переменной хр и средние значения {хр), (z), параметр наклона ^-распределений.

7. Измерены выходы Е°, Е** барионов и К*4 мезонов, по отношению к выходам А0 гиперонов и мезонов соответственно, в v^N глубоконеупругих взаимодействиях по каналу заряженного тока. Обнаружено, что относительные выходы в данных меньше по сравнению с предсказаниями модели ЛУНД [63] на факторы 3.3 ±0.3 (Е*+), 1.7 ±0.3 (Е*~), 1.8 ±0.5 (Е°), что очень важно для правильной теоретической интерпретации измерения поляризации А0 гиперонов, и на факторы 2.0 ± 0.1 и 1.5 ± 0.1 для К*+ и К*~ мезонов соответственно.

8. Измерен вектор поляризации А0 гиперонов, рожденных в v^N глубоконеупругих взаимодействиях по каналу заряженного тока. Детально исследованы систематические ошибки при измерении вектора поляризации А0 гиперонов. Увеличение абсолютного значения продольной поляризации А0 гиперонов в области фрагментации мишени.

Px{xF < 0) = -0.21 ± 0.04(стат.) ± 0.02(сис.) согласуется с предсказаниями модели поляризованной странности в нуклоне [28]. Измерение продольной поляризации А0 гиперонов в области фрагментации тока дО хр > 0) позволяет оценить коэффициент передачи спина = 0.09±-0.06(стат.)±- 0.03(сис.) при (г) = 0.44. Это значение не противоречит предсказаниям наивной кварковой модели [33] и не согласуется с моделью Буркардта-Джаффе [34].

9. Впервые в нейтринных экспериментах обнаружена ненулевая поперечная поляризация А0 гиперонов, модуль которой увеличивается в области фрагментации мишени:

Ру (хр < 0) = -0.26 ± 0.04(стат.) ± 0.01(сис.).

Знак поперечной поляризации гиперонов, рожденных в области фрагментации мишени, и ее зависимость от хр и рт находятся в качественном согласии со свойствами поперечной поляризации А° гиперонов, рожденных в адронных экспериментах.

10. Обнаружена существенная зависимость продольной и поперечной компонент вектора поляризации гиперонов от типа нуклона мишени (протон, нейтрон).

11. Вектор поляризации Л° гиперонов детально изучен как функция кинематических переменных, а также переменных, описывающих поведение Л° в адронной струе.

12. Впервые в нейтринных экспериментах измерен вектор поляризации Л° гиперонов, рожденных в и^Ы глубоконеупругих взаимодействиях по каналу заряженного тока. Вектор поляризации А0 гиперонов совместим с нулевым.

Результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. P. Astier, .D. У. Naumov,. [NOMAD Collaboration], «Measurement of the Л polarization in ^ charged current interactions in the NOMAD experiment,» Nucl.Phys. B588, (2000) 3- CERN-EP/2000;111.

2. P. Astier .P. V. Naumov,. [NOMAD Collaboration], «Measurement of the Л polarization in v^ charged current interactions in the NOMAD experiment,» Nucl.Phys. B605, (2001) 3- CERN-EP/2001;028.

3. Dmitry Naumov [for NOMAD Collaboration], «Measurement of the Lambda polarization in v^ charged current interactions in the NOMAD experiment,» Proceedings of 14th International Spin Physics Symposium, October 1621, SPIN2000 (Osaka, Japan), AIP CONFERENCE PROCEEDINGS 570 (2001) 489- hep-ph/101 325.

4. Dmitry Naumov [for NOMAD Collaboration], «Л0 Polarization in ^ CC interactions in NOMAD», Proceedings of ISHEPP, XV, Dubna, September 25−29, 2000.

5. D. V. Naumov and B. A. Popov, «A Study of Strange Particle Production in CC Interactions in the NOMAD Experiment», Сообщение ОИЯИ El-2001;139 (2001).

IV.