Разработка и применение методов геометрической калибровки детекторов в эксперименте Ceres/Na45 и выделение резонансов в ядро-ядерных взаимодействиях при энергии 158 АГэВ по адронным каналам распада

В современной экспериментальной физике высоких энергий одна из актуальных задач — поиск указаний па частичное восстановление киральной симметрии в горячей и плотной ядерной материи. Этому посвящен эксперимент CERES/NA45. Основной задачей эксперимента является регистрация и изучение электрон-позитронных пар е+ев ядро-ядерных взаимодействиях в диапазоне псевдобыстроты 2.l.

Работа основана на анализе данных, полученных во время сеанса в октябре 2000 года эксперимента CERES/NA45 на ускорителе SPS в ЦЕРНе. Изучались ядро-ядерные взаимодействия. Неподвижная золотая мишень облучалась пучком ядер свинца при энергии 158 АГэВ.

Автор принял участие в сеансах по набору данных в ноябре 1999 года и в октябре 2000 года. Полученная статистика сеанса 2000 года составляет 29 млн. событий с центральными взаимодействиями (-14.5 Тб) и 3 млн. событий с периферическими взаимодействиями (-1.5 Тб). При этом автор участвовал в on-line мониторинге качества набираемых данных.

Автор установил, настроил, адаптировал весь комплекс объектно-ориентированного С++ программного обеспечения эксперимента CERES/NA45 на PC-ферме в Дубне для обработки данных.

Автор участвовал во всех этапах обработки данных, в том числе и в мониторинге на этапе создания DST в формате ROOT-дерева.

Перед тем как изучать и анализировать физические процессы как результат ядро-ядерного взаимодействия, необходимо решить важную задачу — улучшить качество реконструкции событий, т. е. улучшить разрешение установки по импульсу, а следовательно и по эффективной массе, чтобы разрешение было близким к проектпой величине.

Геометрическая калибровка детекторов в целом и отдельных блоков детектора в частности является одной из составляющих частей работы по улучшению разрешения. В части геометрической калибровки автором были выполнены следующие работы (см. гл. 2):

1. предложен и реализован быстрый метод геометрической калибровки детекторов [8], который позволил с высокой точностью определить геометрические положения детекторов (см. 2.5);

2. определение геометрического положения одного детектора относительно другого поочередно: а) силиконового детектора SiDC2 относительно силиконового детектора SiDC 1, б) детектора ТРС относительно силиконовых детекторов SiDC;

3.

введение

поправок на геометрическое положение каждого из 13 мишенных дисков (см. 2.1);

4. усовершенствование способа расчета углов треков с учетом кривизны зеркала детектора RICH2, что позволило улучшить эффективность мэтчинга между детекторами SiDC и ТРС на 10% (см. 2.3.2);

5. предложен и реализован метод многостороннего детального анализа качества реконструкции событий: качества фитирования треков, качества расчета электрического и магнитного полей в детекторе ТРС (см. 2.3.1).

Выполненные работы в комплексе с другими работами, но калибровке спектрометра позволили улучшить качество реконструкции событий.

На текущий момент импульсное разрешение составляет ~ 4%.

Кроме этого в данной работе автором были проведены следующие исследования:

I. Восстановлен спектр эффективных масс р (770)° —" п+к-. Исследованы возможные отражения в данный спектр посредством моделирования на основе модели UrQMD 1.3.

Получены количественные оценки рождения резонанса р (770)° —" 71+л-. Число р°-мезонов на реальное событие в аксептансе спектрометра CERES составило величину 1.10±0.20. Это значение находится в хорошем соответствии с моделированными данными, полученными с помощью UrQMD 1.3 (0.97±0.02). Расхождение между реальными и моделированными данными составляют величину, приблизительно равную одной ошибке.

Применение ограничения на угол эмиссии распадной частицы в системе покоя резонанса, соответствующего спин-четности р (770)°-мезона (У =1″), усиливает статистическую значимость эффекта до 6.8 стандартных отклонений, уменьшая при этом фон более чем на порядок.

Значение массы и ширины р (770)°-мезона, полученные на реальных данных, следующие: М=743±-29 МэВ/с2- Г=140±-47 МэВ/с2. Эти величины достаточно близки к данным из «Review of Particle Physics»: M=769±0.8 МэВ/с2- Г = 150.2±0.8 МэВ/с2.

Получена величина инверсного параметра наклона (температуры) Т (inverse slope parameter) для р (770)°-мезона: Т = 182±29 МэВ. 2. Полученные значения массы и ширины для А° (М=1112±-3.2 МэВ/с2, Г=6.2±-0.3 МэВ/с2) и К°-мезона (М=489±-4.5 МэВ/с2, Г=22±-1.5 МэВ/с2) говорят о том, что систематический сдвиг по эффективной массе в пределах статистических ошибок отсутствует.

3. Определено отношение я+/ядля реальных данных. Полученное значение 0.915±0.015 находится в хорошем согласии с данными других экспериментов.

4. Восстановлен спектр эффективных масс Д++(1232) —> я+р.

Получена количественная оценка числа Д++ изобар на реальное событие в аксептапсе спектрометра CERES, которая составила величину 1.13±0.16. Количество Д++ изобар на одно событие в аксептансе спектрометра CERES, полученное с помощью модели UrQMD 1.3, следующее: 1.00±0.02.

Расхождение между реальными и моделированными данными составляют величину, приблизительно равную одной ошибке. Статистическая значимость эффекта — 6.95 стандартных отклонений. Значение массы и ширины Д++(1232) -изобары, полученные на реальных данных, следующие: М=1251±-26 МэВ/с2- Г=108±-29 МэВ/с2. Эти величины достаточно близки к данным из «Review of Particle Physics»: M=1230−1234 МэВ/с2- Г=115−125 МэВ/с2.

Получена величина инверсного параметра наклона (температуры) Т (inverse slope parameter) для Д++(1232)-изобары: Т- 204±6.4 МэВ.

5. В пределах точности смещение массы и изменение ширины р (770)°-мезона и Д++(1232)-изобары не наблюдается.

6. Выполненные работы в комплексе с другими работами по калибровке экспериментальной установки позволили получить качественные физические результаты, касающиеся исследований азимутальных корреляций («flow») заряженных частиц в периферических взаимодействиях [6], флуктуаций поперечного импульса (среднего значения) [6], корреляций тождественных частиц (тгж) [7], анализа Лгиперона [16], анализа ф-мезона [25], дилептонного анализа [44], выделения J++(1232) изобары, р (770)°-мезона [45] по адронному каналу распада.

Заключение

.

Автор принял участие в сеансах, но набору данных в ноябре 1999 года и в октябре 2000 года. Полученная статистика сеанса 2000 года составляет 29 млн. событий с центральными взаимодействиями (-14.5 Тб) и 3 млн. событий с периферическими взаимодействиями (~1.5 Тб). При этом автор участвовал в on-line мониторинге качества набираемых данных.

Автор установил, настроил, адаптировал весь комплекс объектно-ориентированного С++ программного обеспечения эксперимента CERES/NA45 на PC-ферме в Дубне для обработки данных.

Автор участвовал во всех этапах обработки данных, в том числе и в мониторинге на этапе создания DST в формате ROOT-дерева.

В работе анализировались ядро-ядерные Pb+Au взаимодействия при энергии 158 АГэВ.

Перед тем как изучать и анализировать физические процессы как результат ядро-ядерного взаимодействия, необходимо решить важную задачу — улучшить качество реконструкции событий, т. е. улучшить разрешение установки по импульсу, а следовательно и по эффективной массе, чтобы разрешение было близким к проектной величине.

Геометрическая калибровка детекторов в целом и отдельных блоков детектора в частности является одной из составляющих частей работы по улучшению разрешения. В части геометрической калибровки автором были выполнены следующие работы (см. гл. 2):

1. предложен и реализован быстрый метод геометрической калибровки детекторов [8], который позволил с высокой точностью определить геометрические положения детекторов (см. 2.5);

2. определение геометрического положения одного детектора относительно другого поочередно: а) силиконового детектора SiDC2 относительно силиконового детектора SiDC 1, б) детектора ТРС относительно силиконовых детекторов SiDC;

3.

введение

поправок на геометрическое положение каждого из 13 мишенных дисков (см. 2.1);

4. усовершенствование способа расчета углов треков с учетом кривизны зеркала детектора RICH2, что позволило улучшить эффективность мэтчинга между детекторами SiDC и ТРС на 10% (см. 2.3.2);

5. предложены и реализованы подходы многостороннего детального анализа качества реконструкции событий: качества фитирования треков, качества расчета электрического и магнитного полей в детекторе ТРС, качества выполненной геометрической калибровки (см. 2.3.1).

Выполненные работы в комплексе с другими работами по калибровке спектрометра позволили улучшить качество реконструкции событий. На текущий момент импульсное разрешение составляет ~ 4%.

Кроме этого в данной работе автором были проведены следующие исследования:

1. Полученные значения массы и ширины для А° (М=1112±-3.2 МэВ/с2, Г=6.2±-0.3 МэВ/с2) и К°-мезона (М=489±-4.5 МэВ/с2, Г=22±-1.5 МэВ/с2) говорят о том, что систематический сдвиг по эффективной массе в пределах статистических ошибок отсутствует.

2. Восстановлен спектр эффективных масс р (770)° —> л+я-. Исследованы возможные отражения в данный спектр посредством моделирования на основе модели UrQMD 1.3.

Получены количественные оценки рождения резонанса р (770)° —> л+я-. Число р°-мезонов на реальное событие в аксептансе спектрометра CERES составило величину 1.10±0.20. Это значение находится в хорошем соответствии с моделированными данными, полученными с помощью UrQMD 1.3 (0.97±0.02). Расхождение между реальными и моделированными данными составляют величину, приблизительно равную одной ошибке.

Значение массы и ширины р (770)'-мезона, полученные на реальных данных, следующие: М=743±-29 МэВ/с2- Г=140±-47 МэВ/с2. Эти величины достаточно близки к данным из «Review of Particle Physics»: M=769±0.8 МэВ/с2- Г = 150.2±0.8 МэВ/с2.

Применение ограничения на угол эмиссии распадной частицы в системе покоя резонанса, соответствующего спин-четности р (770)°-мезона (У = Г), усиливает статистическую значимость эффекта до 6.8 стандартных отклонений, уменьшая при этом фон более чем на порядок.

Получена величина инверсного параметра наклона (inverse slope parameter) Т (эффективной температуры) для р (770)°-мезона: Т = 182±29 МэВ, которая не противоречит данным других экспериментов.

3. Определено отношение к+/кдля реальных данных. Полученное значение 0.915±0.015 находится в хорошем согласии с данными других экспериментов.

4. Восстановлен спектр эффективных масс Д++(1232) —" л+р. Получена количественная оценка числа Д++ изобар на реальное событие в аксептансе спектрометра CERES, которая составила величину 1.13±0.16. Количество Д++ изобар на одно событие в аксептансе спектрометра CERES, полученное с помощью модели UrQMD 1.3, следующее: 1.00±0.02. Расхождение между реальными и моделированными данными составляют величину, приблизительно равную одной ошибке. Статистическая значимость эффекта — 6.95 стандартных отклонений.

Значение массы и ширины Д++(1232) -изобары, полученные на реальных данных, следующие: М=1251±-26 МэВ/с2- Г=108±-29 МэВ/с2.

Эти величины достаточно близки к данным из «Review of Particle Physics»: M=1230−1234 МэВ/с2- Г=115−125 МэВ/с2.

Получена величина инверсного параметра наклона (inverse slope parameter) Т (эффективной температуры) для А++(1232)-изобары: Т = 204±6.4 МэВ, которая не противоречит данным других экспериментов.

5. В пределах точности смещение массы и изменение ширины р (770)°-мезона и Д++(1232)-изобары не наблюдается.

6. Выполненные работы в комплексе с другими работами по калибровке экспериментальной установки позволили получить качественные физические результаты, касающиеся исследований азимутальных корреляций («flow») заряженных частиц в периферических взаимодействиях [6], флуктуаций поперечного импульса (среднего значения) [6], корреляций тождественных частиц (7Г7Г) [7], анализа Лгиперона [16], анализа ср-мезона [25], дилептонного анализа [44], выделения А++(1232) изобары, р (770)°-мезона [45] по адронному каналу распада.

Автор выражает благодарность Ю. А. Панебратцеву за научное руководство, В. Н. Печенову, О. В. Рогачевскому, А. П. Иерусалимову и другим коллегам, а также доктору В. Л. Любошицу за помощь в работе, полезные обсуждения и консультации. Автор также выражает благодарность коллегам из коллаборации CERES/NA45 за сотрудничество.