'

Измерение двухспиновой асимметрии ALL в образовании чармония при 60 ГэВ

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Измерение двухспиновой асимметрии ALL в образовании чармония при 60 ГэВ Совещание “Ускорение поляризованного протонного пучка в У-70”, 1-2 марта 2005 А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 1

2 Аннотация Мы предлагаем измерить ALL в инклюзивном образовании ?2 и J/?, используя продольно поляризованный протонный пучок из У-70 с энергией 60 ГэВ и продольно поляризованную мишень. Наша цель – определить, какая часть спина протона переносится глюонами. Мы ожидаем значительную статистику событий с ?2 и J/? . Статистическая ошибка ALL будет достаточно маленькой, что позволит определить зависящую от спина глюонную структурную функцию в области x , где поляризация глюонов ожидается заметной. Мы ожидаем, что канал с образованием ?2 будет особенно важен для достижения этой цели. Это будет первый эксперимент по спиновым эффектам в образовании чармония в адронных взаимодействиях. Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 2

3 Содержание Введение Цели эксперимента Теоретические ожидания величины АLL в образовании чармония Экспериментальная установка Схема триггера и скорость счета Фон Точности измерений Два этапа эксперимента Заключение Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 3

4 Спиновый кризис Cегодня нет объяснения “спиновому кризису протона” , обнаруженному более 15 лет назад. Спин продольно поляризованного протона не составляется из спиральностей кварков в этом протоне. Дефицит спина в 70% или более может быть заполнен глюонами и/или орбитальным моментом партонов протона. За прошедшие 15 лет несколько экспериментов в CERN, HERA, SLAC, используя поляризованные лептонные пучки, были нацелены на изучение спинового кризиса, но измеряли при этом, в основном, поляризацию кварков. Эксперименты в RHIC через ALL в прямых гамма начинают прощупывать поляризацию глюонов, но установки STAR и PHENIX не оптимизированы для этой физики, а взять ее побочно непросто. Нужен конкретный эксперимент, нацеленный на измерение поляризации глюонов. Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 4

5 Эксперимент может быть поставлен в ИФВЭ Такой уникальный эксперимент может быть поставлен в ИФВЭ на У-70. Для этого, в первую очередь, нужны продольно поляризованный протонный пучок с интенсивностью 108 прот/цикл (если растяжка 3 сек, то до 1,5 · 108 ), ускоренный в У-70, выведенный из него и преобразованный спин-ротаторами в продольно-поляризованный ; продольно поляризованная мишень, выдерживающая такую высокую интенсивность (из Е704 ? Она в Дубне сейчас). Информация о поляризации глюонов будет получена через одновременное измерение ALL в инклюзивном образовании ?2 и J/? . Такой эксперимент мы предложили во ФНАЛе (P838) при 200 ГэВ после окончания E704. PAC Фермилаба отметил, что физика исключительно интересная, но интенсивность пучка мала – мало будет статистики. Из-за этого эксперимент не был одобрен. Мы ожидаем вместо 107/мин (P838)-> 7 · 108 /мин(109). Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 5

6 Механизмы образования чармония в адронных взаимодействиях Образование ?-состояний в адрон-адронных взаимодействиях может идти через три основные диаграммы: глюонное слияние (a); кварк-антикварковая аннигиляция (b); испарение цвета(c). (a) (b) (c) Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 6

7 Цели эксперимента Планируются измерения двухспиновой асимметрии ALL с использованием продольно поляризованного пучка и продольно поляризованной мишени в следующих реакциях : p ? + p ? -> ?2 + X и p ? + p ? -> J/? + X J/? + ? ? e+ e- ? e+ e- ? J/? (3096) JPC = 1-- ?1 (3510) JPC = 1++ ?2 (3555) JPC = 2++ Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 7

8 Двухспиновая асимметрия ALL Измеряемая асимметрия ALL определяется выражением: ALL = [ 1/(PB * PTeff)] * [ I(++) – I(+ –)] / [ I(++) + I(+ –)], где PB – поляризация пучка, PTeff – эффективная поляризация мишени, I(++) ,I(+–) – число событий с чармонием, нормированное на падающий поток, спиральности (++) и (+–) соответствуют (??) и (??), где стрелки указывают на продольное направление спинов пучка и мишени в лабораторной системе Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 8

9 Теоретические ожидания величины АLL в образовании чармония Предсказания теоретических моделей зависят от двух предположений : Величина поляризации глюонов ?G/G Механизм образования чармония в адронных взаимодействиях , опредедяющий ALL на партонном уровне( в партнон-партонном взаимодействии) Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 9

10 Поляризация глюонов ?G/G(x) в разных моделях В предлагаемом эксперименте х ~0,3, где ?G/G находится в моделях в диапозоне от 0.15 до 1 Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 10

11 ALL в модели глюонного слияния В модели глюонного слияния физически наблюдаемая ALL связана с функцией распределения поляризованного глюона в поляризованном протоне, которая выражается как G+(x) и G-(x) для двух противоположных по знаку спиральностей : ALL (xF) = ALL * [ ?G / G (x1) * ?G / G (x2) ], где x1 , x2 – доли продольного импульса протонов, переносимые глюонами, xF – фейнмановская переменная ?2 -частицы, (M ?2)2 = x1 * x2 * S, ?G / G (x) = (G+(x) – G-(x))/(G+(x)+G_(x) ), ALL – это ALL(?2) для двух полностью поляризованных глюонов. ALL = -1 в этой модели. Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 11

12 Теоретические ожидания величины АLL в образовании чармония Реакция с образованием ?2 наиболее прозрачна для теоретических интерпретаций. Теоретические модели будут однозначно проверены через измерения выходов, а также знаков и величин ALL в образовании ?2 , J/? и, возможно, ?1. Окончательное разделение событий с ?1 и ?2. будет проведено по угловым распределениям в распаде чармония. примеры моделей – разные знаки ALL : [Doncheski, Robinet] – глюонное слияние : ALL = -24% для ?2 и -18% для J/? [Contogoris] – испарение цвета : ALL = +18-42% для ?2 и J/? Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 12

13 Экспериментальная установка Эксперимент с открытой геометрией. Основные элементы : электромагнитный калориметр, пропорциональные камеры, триггерный годоскоп Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 13

14 Электромагнитный калориметр Для разделения ?1 (3510 МэВ) и ?2(3555 МэВ) критично энергетическое разрешение калориметра, особенно для распадного ?-кванта. Кинематика распада ?2 такова, что большинство ?-квантов летят вперед (<100 мрад). Если калориметр разместить на ~5м от мишени, то центральная часть калориметра (от ~10 до ~100 мрад) должна состоять из 1140 кристаллов из вольфрамата свинца (2,8?2,8 ? 22 см3) – матрица 34х34 с дырой в середине 4х4 для непровзаимодействовавшего пучка Чтобы перекрыть область углов от ~100 до ~200 мрад надо добавить 1875 счетчиков из Pb-стекла сечением 3,81 ? 3,81 см2 - матрица 50х50 с дырой в середине 25х25 для размещения PWO-кристаллов Такой комбинированный калориметр покроет область образования ?2 с высокой эффективностью по переменной хF от 0 до 0,4 (см.след. слайд). Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 14

15 Область образования ?2 , регистрируемая установкой xF-спектр ?2-частиц, попавших в апертуру установки Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 15

16 Пропорциональные камеры Между мишенью и электромагнитным калориметром располагаются пропорциональные камеры с мертвой зоной в 10 мрад в середине. Камеры вместе с калориметром (по поперечному профилю ливня) будут определять электроны/позитроны и убеждаться, что в направлении ?-квантов нет заряженных частиц. Предлагается использовать 3 четырехплоскостных (XYUV) камеры для измерения траекторий электронов/позитронов. Расстояние между проволоками 1-2 мм. Камеры должны работать при интенсивности до 5•107 /сек. Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 16

17 Триггерный годоскоп Триггерный годоскоп состоит из ~100 сцинтилляционных сегментов и размещается на расстоянии ~4м от мишени ( 1м перед калориметром). Конкретный размер сегментов определяется из условия минимизации попадания в один сегмент ?-квантов от распада ?2-мезонов и заряженных частиц для триггера на электрон/позитрон ( будет описан далее). Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 17

18 Разделение ?1 и ?2 Монте-Карло. Масса J/? реконструирована – энергии е+,е- измеряются калориметром из Pb-стекла, углы камерами. Разрешение 75 МэВ/c2. Констрейнт на массу J/?(3096 МэВ) - энергии поправляются, углы не меняются. С поправленными импульсами е+ и е- и измеренным в PWO ?-квантом определяется ?2. Разрешение лучше, чем 10 МэВ/c2 . Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 18

19 Требования на триггер Триггер на события с J/? с рT от е+ и е-. Суперблоки в калориметре. рT сигнал для суперблока. Перед калориметром триггерный годоскоп для мечения заряженных. Сегменты годоскопа соответствуют суперблокам. Требования на триггер : 2 или более электронных кандидата с рT суперблоков > 0.6 ГэВ/c ; хиты в соответствующих сегментах триггерного годоскопа ; ? рT сработавших суперблоков > 2,5 ГэВ/с. Этим требованиям удовлетворяют 88% J/? , попавших в калориметр (см. Рисунок на следующем слайде) Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 19

20 рT-корреляции е+ и е- от распада ?2 Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 20

21 Триггер Логическая диаграмма для триггера на J/?-частицу Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 21

22 Триггер Схематическая диаграмма структуры суперблоков калориметра. Пунктирные линии – ячейки калориметра. Жирные линии – границы суперблоков. Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 22

23 Скорость счета триггеров Монте-Карло для суперблоков 4х4. LUND(PYTHIA) – на события накладывались требования к триггеру. Учитывались вторичные взаимодействия в мишени в GEANT3. Поляризованная протонная мишень длиной 20-см. ~ 200 запусков для 108 протонов/цикл . ~ 35% триггеров от электронов от ? -конверсии. ~ 65% триггеров от заряженных адронов, попавших в один суперблок с ?-квантом. Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 23

24 Фон Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ) При идентификации J/? по распаду е+е- , определяя инвариантную массу е+е- с помощью калориметра, основным фоном будут пары заряженных адронов (сечение в области массы J/? в ~6000 больше, чем сечение самого J/?-мезона) . 1) Поперечный профиль ливня – режекция ~ 100 на пару адронов 2) рТ1 > 0,6 ГэВ и рТ2 > 0,6 ГэВ; рТ1 + рТ2 > 2,5 ГэВ - фон для J/? ~10% (адроны и электроны конверсии) - фон для ?2 -> см.рис: (J/? + ? от ?0 )


Слайд 24

25 Точности измерений Оценка в Р838 - 1640 ?2/месяц и 9200 J/? при интенсивности пучка 2,7*107 протонов/мин. Учитывая фактор 3,5 уменьшения сечения (от 200 ГэВ до 60 ГэВ) и фактор 20 увеличения интенсивности (108 протонов/цикл при 6 цикл/мин) получим общий фактор улучшения 6. За месяц ожидается ~10 тыс. ?2 и ~55 тыс. J/?. Если предположить, например, что ?G/G = 0,55 при х=0,3 и АLL= -30%, то при поляризации пучка 70% и поляризации мишени 80% за месяц работы будут получены такие результаты : АLL= -(30±4)% и (?G/G)2=0,30 ±0,04 Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 25

26 Два этапа эксперимента Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ) На первом этапе на 14-ом канале предлагается создать и отладить установку и на протонном и пионном пучках и поляризованной мишени измерить AN в образовании ?1,?2 и J/?, а также отношения выходов ?1/?2 с целью определения механизма образования чармония. На втором этапе, после завершения работ по ускорению поляризованных протонов в У-70 и вывода пучка в новый 24-ый канал переезд в зону FODS-1 на этом канале и измерение там двухспиновой асимметрии в образовании чармония с целью определения поляризации глюонов в протоне, что поможет разрешить спиновый кризис протона.


Слайд 26

27 План работ на 14-ом и 24-ом каналах Установку можно начинать собирать на 14-ом канале. Методические работы. Определение основных параметров установки. Цель исследований на 14-ом канале – определение соотношений вкладов глюонного слияния (на протонном пучке) и кварк-антикварковой аннигиляции (на ?-пучке) в образовании чармония. Соотношения ?1/?2 при этом будут разные на р- и ?-пучках. Энергии ?-мезонов и протонов надо сделать близкими друг к другу, чтобы снизить неопределенность от энергетической зависимости сечений образования чармония, например, снизив энергию в У-70 до 50 ГэВ, но сохранив (в другом сеансе) энергию ?-мезонов 40 ГэВ с максимальной интенсивностью 3-4*106/цикл для интенсивного образования чармония. Измерения следует делать на поляризованной мишени ПРОЗА – могут быть впервые измерены односпиновые асимметрии АN. Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 27

28 План работ на 14-ом и 24-ом каналах Когда будут осуществлены ускорение на У-70 и вывод из него поляризованного протонного пучка и измерены его параметры с помощью поляриметра, установка переедет на 24-ый канал для основных измерений поляризации глюонов в продольно поляризованном протоне. Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 28

29 Заключение ? Предлагаем измерить двухспиновую асимметрию АLL в образовании чармония в эксперименте с открытой геометрией. Это позволит определить поляризацию глюонов в поляризованном протоне и приблизит к решению проблемы спинового кризиса протона. ? Для этого надо ускорить поляризованный протонный пучок на У-70 и вывести его в 24-ый канал с поворотом поперечной поляризации в продольную. ? На первом этапе, во время ускорения поляризованных протонов можно создавать и отлаживать аппаратуру на 14-ом канале, а также измерить отношение ?1/?2 на р- и ?-пучках и поперечно-поляризованной мишени ПРОЗА с целью определения механизма образования чармония и односпиновой асимметрии АN в образовании J/?, ?2 и, возможнго, ?1. Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 29

30 Backup slides Далее расположены вспомогательные слайды Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 30

31 Угловой аксептанс установки Аксептанс по углу ? от распада Распределение после поправки ?2-частиц. на аксептанс. Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 31

32 Теоретические предсказания величины двухспиновой асимметрии (модель Дончески-Робинета) (a) -ALL для ?2 (b) -ALL для J/? (a) (b) Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 32

33 Модель Кантагориса (испарение цвета) Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


Слайд 33

34 Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)


×

HTML:





Ссылка: