'

Поиск криптоэкзотического члена антидекуплета пентакварков

Понравилась презентация – покажи это...





Слайд 0

Поиск криптоэкзотического члена антидекуплета пентакварков (Предложение ИТЭФ-ПИЯФ) И.Г. Алексеев, В.П. Канавец, Б.В. Морозов, В.В. Рыльцов, Д.Н. Свирида ПЕРВАЯ ЧАСТЬ (В.П. Канавец) Обоснование информации о Определение квантовых чисел ? эксперименты “formation” типа чувствительность к ВТОРАЯ ЧАСТЬ (Д.Н. Свирида) Постановка экспериментов


Слайд 1

В.П. Канавец , Д. Свирида 2 Открытие ? + Знаменательное событие последних лет в физике элементарных частиц - наблюдение экзотического бариона с положительной странностью ?+ В кварковых моделях этот барион должен состоять минимум из 5 кварков - ? пентакварк. Особенность: масса 1540 МэВ и узкая ширина <15 МэВ были предсказаны до экспериментального наблюдения. Приятно, что ИТЭФ получил одно из первых подтверждений этой частицы. Ожидаемые последствия этого «потенциального открытия» очень серьезны: прогресс в понимании динамики сильного взаимодействия; новая теоретическая барионная спектроскопия; новая экспериментальная барионная спектроскопия ультравысокого разрешения ? значительный подъем теоретической и экспериментальной активности на этом поле: много экспериментальных работ на существующем материале с больших установок, предложения новых специальных экспериментов, например на нуклотроне в Дубне.


Слайд 2

В.П. Канавец , Д. Свирида 3 Свойства ? + Что такое ?+, каковы квантовые числа? Наиболее популярная модель: принадлежность к экзотическому пентакварковому антидекуплету со спин/четностью 1/2+ Подтверждена наблюдением ?-(1860) и ?0(1860) Таблица данных о ?+ и ?(1860) Нужно найти недостающие члены этого декуплета. Поиск (1650) это и есть цель нашего предложения.


Слайд 3

В.П. Канавец , Д. Свирида 4 Сведения о Парциально-волновой анализ упругого ?-p??-p рассеяния. Группа GWU - Arndt et al. В P11-волну вносился резонанс с варьируемыми m, Г, Гel. Сравнивалось ?2 описания данных с учетом и без учета резонанса. В двух областях вблизи 1690 и вблизи 1730 МэВ обнаружено уменьшение ?2 при включении резонанса Гel<0.5 МэВ, Г<30 МэВ. Здесь резонанс или два узких резонанса могут присутствовать. Совсем новая работа из BNL (STAR Collaboration) Система KS0?, инвариантная масса 1734, ширина Г?4.6?2.4 МэВ, статистическая значимость S/?B=5.15, для полупериферических событий S/?B=19/?10.6=5.93 Интерпретация авторов: член антидекуплета 1/2+ член октета 1/2+ со странностью -2, содержащего Ропер-резонанс член нового октета пентакварков 1/2+ N0(1710) член 27-плета со спин/четностью 3/2+, возникающего в результате нарушения SU(3)-симметрии в первом порядке. N0


Слайд 4

В.П. Канавец , Д. Свирида 5 Наше предложение Очевидный недостаток этих экспериментальных данных – отсутствие информации о квантовых числах резонанса (например, странность равна 0 или -2) Мы предлагаем искать в экспериментах «FORMATION» типа, т.е. В прямом канале реакций: ?-p??-p и ?-p?KS0?. Тогда странность равна 0, а квантовые числа обнаруженной нерегулярности могут быть найдены стандартными средствами ПВА анализа. Масса резонанса и разрешение по массе определяются величиной начального импульса и его разбросом. Область поисков необходимо ограничить с самого начала Квантовые числа 1/2+ или 3/2+ Диапазон масс 1600 - 1750 МэВ Ширина Г<30 МэВ, достижимый минимум Г определяется экспериментальным разрешением по импульсу пучка (1-2) МэВ/c Ожидается низкая упругость, т.е. Гel/Г резонанса ? необходима высокая чувствительность эксперимента. Теоретические оценки Гel=2 МэВ, ГK?=1 МэВ, Г=(10-15) МэВ.


Слайд 5

В.П. Канавец , Д. Свирида 6 Немного формализма Разложение амплитуды упругого рассеяния по парциальным волнам: ?l - фаза l-волны, ?l - упругость l-волны. Парциальная амплитуда: вблизи резонанса можно записать fl(E)=flB+flr(E), где flB слабо зависит от энергии. Парциальное сечение ?l=4?(2l+1)|flB+flr|2 BW-резонанс: Упругое - упругость Реакция ?p?K? - бренчинг


Слайд 6

В.П. Канавец , Д. Свирида 7 Дж. Тейлор. Теория рассеяния Что будет наблюдаться в упругом сечении и сечении реакции? Не обязательно пик - могут быть нерегулярности другого типа.


Слайд 7

В.П. Канавец , Д. Свирида 8 Чувствительность Вклад резонанса в P11-волне в сечение в его максимуме при mr=1.7 ГэВ/c Упругое X=0.05 ?elr=0.12 mb, ?el?10 mb ?elr /?el=1.2% ? чувствительность очень мала Реакция (k=0.56 ГэВ/c, kK?=0.2 ГэВ/c) X=0.01, BR=0.1 ?K?r=0.13 mb, ?K?=0.9 mb ?K?r /? K? =15% ? превосходная чувствительность Измерение полного сечения реакции ? хороший способ. Измерение полного упругого сечения ? плохой способ. Следовательно, в упругом рассеянии надо измерять дифференциальное сечение. В этом случае резонансный эффект будет определяться интерференцией P11-амплитуды со всеми другими участвующими волнами, т.е. зависеть от X, а не от X2. Можно выбрать такие угловые интервалы, где чувствительность к P11-волне велика. Существующие ПВА позволяют получить оценку чувствительности. В избранном нами угловом интервале резонанс будет проявляться как


Слайд 8

В.П. Канавец , Д. Свирида 9 Ожидаемые результаты Надежно перекрываемый интервал параметров резонанса: Перекрываем ожидаемые экспериментально и теоретически параметры. Важное замечание Отбор событий в планируемой установке основан на использовании угловых корреляций и геометрии событий. Поэтому предельно важно иметь минимальное многократное рассеяние на пути всех участвующих частиц ? легкие камеры из материалов с большой радиационной длиной – залог успеха эксперимента.


Слайд 9

В.П. Канавец , Д. Свирида 10 Проект ЭПЕКУР (и Р) Эксперимент по поиску ПЕнтаКварка в Упругом Рассеянии (и Реакции ?–p?KS0?) Если бы исчезающее погибало, [переходя] в несуществующее, то все вещи были бы уже погибшими… Эпикур (341--270 до н.э.), из «Письма к Геродоту» Ложь и ошибка всегда лежат в прибавлениях, делаемых мыслью [к чувственному восприятию] относительно того, [что ожидает] подтверждения или неопровержения, но что потом не подтверждается [или опровергается]. Там же, <по поводу пентакварка увиденного на STARe > (Прим. ред.) Куй железо не отходя от кассы М. Слободской, Я. Костюковский, Л. Гайдай, «Бриллиантовая рука»


Слайд 10

В.П. Канавец , Д. Свирида 11 Чувствительность в упругом канале Парциальная амплитуда : В предположении Изменение упругости ? в резонансе : Изменение фазы ? в резонансе : ???2 ?2? Re fl Im fl Диаграмма Аргана для амплитуды fl


Слайд 11

В.П. Канавец , Д. Свирида 12 Чувствительность в упругом канале Чувствительность дифференциального сечения к ?? (P11) ?1.5, т.е. при ГEL/Г ? 5% изменение сечения составит 7--15% Чувствительность к ?? (P11) ? 0.2, т.е. каким бы ни было изменение фазы в резонансе, его влияние на сечение мало


Слайд 12

В.П. Канавец , Д. Свирида 13 Экспериментальные условия Дифференциальное сечение ?–p??–p 0.2 мБ/ср Величина сечения, на которую производился расчет статистики -- 0.2 мБ/ср Зависимость сечения от импульса плавная по сравнению с размером ожидаемой структуры в несколько МэВ/с


Слайд 13

В.П. Канавец , Д. Свирида 14 Ожидаемый эффект Дифференциальное сечение ?–p??–p Существующие экспериментальные данные не позволяют выделить узкую структуру Предлагается измерить со статистической точностью 0.5% и шагом по массе 0.5 МэВ в диапазоне углов 40--120о с.ц.м. и в диапазоне импульсов 900--1200 МэВ/с (MR=1610--1770 МэВ) При фиксированной настройке импульса пучка можно охватить интервал шириной 20 МэВ по массе, затем смещать импульс шагами по 10 МэВ 0.2 мБ/ср 6


Слайд 14

В.П. Канавец , Д. Свирида 15 Экспериментальная установка Пионный пучок ускорителя У-10 ИТЭФ с большим углом поворота (321, 313 или 211), нитевая или сепараторная мишень в кольце «Импульсный» годоскоп H1 в первом фокусе пучка, разрешение по импульсу пучка ?0.1%, полная ширина ?2% Жидководородная мишень толщиной 25 см (В.В.Куликов) или 16 см (ПИЯФ) Пучковые пропорциональные или дрейфовые камеры DC1, DC2 для трекинга налетающих пионов Система дрейфовых камер DC3--DC6 для регистрации рассеянных частиц Система триггерных сцинтилляционных счетчиков H2, H3 с возможностью измерения времени пролета (идентификация протона отдачи) Измерение полей поворотных магнитов с точностью лучше 0.1% (ЯМР) ?–p??–p


Слайд 15

В.П. Канавец , Д. Свирида 16 Требования к установкам Перекрытие интервала инвариантных масс 1610--1770 МэВ с разрешением ?1 МэВ Статистическая обеспеченность результата, достаточная для регистрации резонанса с упругостью ?5% и относительным бранчингом ?10% для K? распада: Пионный пучок ?200 тыс. за сброс Большой аксептанс установки (захват 1.7 ср для ?–p??–p) Водородная мишень большой толщины Долговременная стабильность аппаратуры (с точностью ?1%) Высокая приборная эффективность (?99%) Измерение полей поворотных магнитов + TOF контроль импульса пучка Возможность внутреннего контроля результатов (crosscheck) ? симметричная установка, измерения в областях низкой чувствительности Надежное выделение искомой реакции и подавление фона посторонних процессов Высокая координатная точность трековых детекторов (не хуже 0.15 мм) Минимальное количество вещества на пути как первичных, так и вторичных частиц (потери энергии и многократное рассеяние) Основной элемент трековой системы -- дрейфовые камеры с проволочными потенциальными плоскостями, размер рабочей зоны 800х1200 мм2, расстояние дрейфа 10 мм, 3 или 6 плоскостей в блоке (X-, Y- и стереоплоскость)


Слайд 16

В.П. Канавец , Д. Свирида 17 Реакция ? –p?K0? Преимущества реакции - чрезвычайная привлекательность для поиска Чистое изотопическое состояние 1/2 Заметный порог рождения K?, облегчающий изучение резонансов с небольшим спином и большой массой, высокая чувствительность сечения к резонансам Большое полное сечение (?0.9 мБарн) в рассматриваем интервале энергий. Доля заряженной моды составляет 22% от полного сечения процесса Более низкий порог рождения K0?, чем в конкурирующем процессе c K0?0 Высокая анализирующая способность ???–p, асимметрия слабого распада ?=0.642 ? можно измерять нормальную поляризацию P в том же эксперименте Специфика кинематики реакции Необходимо регистрировать 4 заряженные частицы в конечном состоянии (K0??+?–, ???–p). В большинстве случаев реакции протон и пион от распада ? вылетают в переднюю полусферу, однако углы вылета пиона могут быть большими относительно импульса падающей частицы Пионы от распада K0 имеют длинные хвосты угловых распределений в область углов вбок и назад. Идентификация единственного протона существенно необходима для выделения реакции и подавления фона других неупругих реакций


Слайд 17

В.П. Канавец , Д. Свирида 18 Установка для ? –p?K0? Расширение установки для поиска в упругом рассеянии. Та же пучковая часть и мишень Те же базовые трековые камеры DC1--DC6 800x1200 мм2 Необходимость почти «герметичной» установки для достижения «разумного» аксептанса 20-30% Внутренние камеры DC7--DC11 (500х700 мм2) и широкоформатная DC12 (1400х2000 мм2) Двухкоординатный триггерный и времяпролетный годоскоп H2, необходимая гранулярность 100х100 мм2 (в центральной области 1000х1000 мм2) Возможна оптимизация количества и расположения детекторов. Так, удаление DC3 и DC9 уменьшает аксептанс на 15% DC1 DC2 DC3 DC4 DC7 DC8 DC9 DC12 H2 Основные типы событий: 4 частицы вперед протон и 2 пиона вперед, один пион вбок или вверх (вниз).


Слайд 18

В.П. Канавец , Д. Свирида 19 Предварительное моделирование Возможна эффективная регистрация ?–p?K0S? при ?1< cos?СМ < +1 на одной и той же установке без изменения ее геометрии в исследуемом энергетическом диапазоне. Имеется существенное различие в кинематике вторичных частиц для реакций с рождением K0? и K0?0 и (?0??????p?), что позволяет эффективно использовать вероятностные методы оценки гипотез и разделения событий. Ограниченное пространственное и угловое распределение вторичных протонов (в направлении вперед) и их импульсный диапазон позволит эффективно отделять их от почти релятивистских пионов, используя времяпролетную методику. Протон Пион от распада ? Пионы от распада K0 Угловые распределения вторичных частиц Разделение протонов и пионов по времени пролета В.В. Рыльцов, PRELIMINARY


Слайд 19

В.П. Канавец , Д. Свирида 20 Время набора статистики Упругое ?–p??–p рассеяние 2 угловых интервала в области чувствительности (всего -- 4-5), 285 импульсных интервалов по 1 МэВ/с (0.56 МэВ по массе в диапазоне (1610–1770) МэВ) статистическая точность 0.5%, 10? для эффекта 5% ? Необходимая статистика 4?104?570 ? 23?106 дифференциальное сечение 0.2 мБарн/ср, телесный угол захвата установки 1.7 ср толщина мишени 0.071 г/см3 ? 25 см = 1.78 г/см2 интенсивность пучка 50?103 с–1 (200?103 за цикл У-10, 15 ц/мин), эффективность (ускоритель + установка) 0.7 ? Скорость счета упругих событий 18.7 с–1 или 75 за цикл ускорителя. ? Время набора: 23?106/(18.7?0.7)=1.75?106 с или 20 суток, т.е. 2 10-дневных сеанса. В случае обнаружения узкого резонансного эффекта потребуется еще один сеанс такой же продолжительности для получения подробной угловой зависимости сечения для определения квантовых чисел резонанса. Реакция ?–p?K? статистическая точность 1%, 10? для эффекта 10% в таком же количестве импульсных интервалов ? Необходимая статистика (160/0.56)?104 ? 2.9?106 полное сечение реакции 0.9 мБарн, доля заряженной моды 22% аксептанс для событий распадов в заряженной моде 20% ? Скорость счета 125 тыс. событий ?–p?K? в сутки ? Время набора: 23 дня или 2 двенадцатидневных сеанса


Слайд 20

В.П. Канавец , Д. Свирида 21 Трехлетний план Пятилетку -- в три года !!!


Слайд 21

В.П. Канавец , Д. Свирида 22 Заключение Мировое научное сообщество проявляет большой интерес к недавно открытым экзотическим частицам. В результате, многочисленные теоретические модели получили мощный толчок для развития, требуя экспериментального подтверждения или опровержения. Пионные пучки ИТЭФ идеально подходят для экспериментального поиска нестранного криптоэкзотического члена антидекуплета. На настоящий момент в мире отсутствуют пучки, на которых можно было бы поставить аналогичный эксперимент. Экспериментальные условия чрезвычайно благоприятны для постановки предлагаемого эксперимента: большие сечения и чувствительности к эффекту, малые затраты ускорительного времени. В случае обнаружения резонансного состояния можно определить не только его массу, но и ширину (или дать оценку на нее на порядок лучшую, чем для всех уже открытых членов антидекуплета), а также квантовые числа (не сделано ни для одного из “пентакварков”) и соотношение мод распада по упругому каналу и каналу K?. Если резонансный эффект не будет обнаружен ни в одном из двух каналов реакции, предлагаемых для исследования, то такой отрицательный результат также чрезвычайно важен для проверок и построения теоретических моделей.


Слайд 22

В.П. Канавец , Д. Свирида 23 Заключение Данные по дифференциальному сечению в обоих процессах и нормальной поляризации в ?–p?K? имеют большую самостоятельную ценность для ПВА, поскольку предполагаемая точность на порядок превосходит все имеющиеся экспериментальные данные, а шаг по импульсу налетающего пиона в 20 раз меньше, чем в уже выполненных работах. Предварительное обсуждение идеи эксперимента с некоторыми теоретиками показало большую заинтересованность в его результатах, а также обоснованность самой идеи. Среди различных экспериментальных групп ИТЭФ и ПИЯФ также был проявлен оживленный интерес к предлагаемому проекту, и выражена готовность участия в нем как существующим оборудованием, так и персоналом. Коллаборация ИТЭФ-ПИЯФ, завершающая в настоящее время цикл исследований на установке СПИН в ИТЭФ, имеет многолетний опыт постановки экспериментов подобного рода, обработки и анализа получаемых в них данных. Коллектив этой группы мог бы стать основой для формирования новой коллаборации для выполнения предлагаемого проекта. Предлагаемый эксперимент настолько прост и недорог (по мировым меркам), а интерес к проблеме настолько велик, что, в случае публикации идеи его постановки, наверняка найдется иностранная коллаборация, готовая выполнить его в такие же или более сжатые сроки. Таким образом, для успешного выполнения эксперимента необходима его постановка за минимальное время, что требует существенной концентрации финансовых затрат и людских ресурсов.


×

HTML:





Ссылка: