Введение к работе
Актуальность темы.
Экспериментальные исследования динамики сильных взаимодействий на различных расстояниях являются ключевым фактором, определяю-ш/м развитие теории. Успешное применение квантовой хромодинамики (КХД) для описания "жестких" процессов, происходящих на малых расстояниях, было достигнуто в рамках аналитических методов теории возмущений. Ярким примером "жесткого" процесса, получившего объяснение в КХД, является формирование адронных струй.
Дальнейший прогресс в понимании физики сильного взаимодействия связан с областью промежуточных и больших расстояний, где исчезновение асимптотической свободы ограничивает применимость стандартных методов расчетов. Подобные процессы ответственны за адронный состав струи, ее пространственную и энергетическую структуру, явление конфайнмента и, наконец, само формпрование адронов из первичных глюонов и кварков.
Адронные конечные состояния в электрон-позитронных аннигиляциях при высоких энергиях традиционно использовались для проверки предсказаний КХД. Важным преимуществом таких реакций является четкая определенность начальной "жесткой" стадии процесса. Развитие в течение последнего десятилетия аналитических подходов к описанию КХД процессов, происходящих на промежуточных расстояниях, таких, как модифицированное главно-логарифмическое приближение (МГЛП) и гипотезы локальной партон-адронной дуальности (ЛПАД). предсказывающих, в частности, энергетическую эволюцию инклюзивных адронных спектров, стимулировали многочисленные исследования адронных конечных состояний в е+е" аннигиляциях при различных энергиях.
Ценные сведения о структуре сильных взаимодействий в порождающем струю партонном каскаде могут быть получены из сравнения инклюзивных импульсных спектров адронов разного типа, зависимости формы и энергетической эволюции спектра от квантовых чисел и массы адронов. Новые экспериментальные данные при энергии в центре масс сталкивающихся пучков, соответствующей Z-пику, позволяют осуществить дальнейшую проверку предсказаний квантовой хромодипамики и моделей адронизации.
Цели исследования
Измерение инклюзивных импульсных спектров и множественностей рождения нейтральных адронов тт, rj, т)', ш, а также К и Л в распадах Z0 бозона, и сопоставление полученных результатов с предсказаниями аналитических расчетов МГПЛ КХД и численных моделей адронизации.
Поиск новых адронных резонансов, распадающихся в мпогофотон-ные конечные состояния.
Новизна работы.
Получены новые экспериментальные данные об инклюзивных мно-жественностях и дифференциальных сечениях рождения адронов в е + е— взаимодействиях, при энергии в системе центра масс i/s = 91.2 ГэВ.
Произведено сравненение амплитудных спектров и множественностей рождения 7} мезонов в глюонных и кварковых адронных струях трехструйных событий. Впервые продемонстрировано преимущественное рождение (с ростом импульса) изоскалярного т/ мезона в глюонных струях.
Новые данные сопоставлены с теоретическими предсказаниями. Показано, что аналитическая КХД схема, основанная на Модифицированном Главно-Логарифмическом Приближении в сочетании с гипо-
тезой Локальной Партон-Адронной Дуальности, дает последовательное описание как формы, так и энергетической эволюции адронных импульсных спектров. Для каждого типа исследуемых адронов определены параметры МГЛП модели.
Разработана и экспериментально проверена новая методика идентификации и восстановления сигналов многофотонных конечных состояний и подавления фона в электромагнитном калориметре установки ЛЗ.
Научная значимость и практическая ценность работы.
Тема диссертации связана с выполнением плановых научно-исследовательских работ ИТЭФ, проводимых в рамках международного сотрудничества ЛЗ на электрон-позитронном коллайдере ЛЭП Европейского Центра Ядерных Исследований (ЦЕРН). Диссертационная работа посвящена исследованю рождения нейтральных адронов в е+е" столкновениях при энергиях- 91.2 ГэВ. В процессе исследования были проанализированы 3.1 миллиона событий адронных распадов Z0-бозона, зарегистрированных экспериментальной установкой ЛЗ в течение 1991-1994 периодов работы ускорителя ЛЭП. Большая накопленная статистика позволила выделить четкие сигналы таких, сравнительно редко рождаюшихся в е+е~ взаимодействиях адронов, как т/ и w-мезонов, а в случае ту-мезона - провести детальный анализ его рождения в кварковых и глюонных струях трех-струйных событий. Для анализа инклюзивных адронных множественно-стей и импульсных спектров этих мезонов, требующего большой статистики, энергия электрон-позитронного столкновения равная 91.2 ГэВ соответствует максимально доступной в настоящее время. Высокая энергия начального взаимодействия, обеспечила эффективную проверку пред-;казания МГЛП КХД энергетической эволюции импульсных адронных ліектров, приводимую в работе.
Одной из особенностей экспериментальной установки ЛЗ является ис-тользование электромагнитного калориметра на кристаллах германата шемута. обладающего рекордно высоким энергетическим разрешением.
Калориметрические измерения высокой точности необходимы при регистрации сигналов нейтральных адронов, распадающихся преимущественно с образованием многофотонных конечных состояний. Автором была разработана новая методика идентификации сигналов фотонов и восстановления их энергии в электромагнитном калориметре установки ЛЗ, основанная на применении алгоритма "Нейронная Сеть", и анализе поперечной формы электромагнитого ливня. Развитая методика позволила многократно повысить эффективность селекции адронов и обеспечить наиболее точные измерения их инклюзивных множественности и импульсных спектров в распадах Z0.
Равитые в процессе выполнения данной работы методы разделения фотонов и я-0 мезонов, подавления комбинаторных фонов и точного учета поперечных утечек энергии электромагнитного ливня широко применяются в эксперименте ЛЗ и могут быть использованы в других аналогичных экспериментах.
Апробация работы.
Результаты, представленные в диссертации, докладывались на рабочих совещаниях сотрудничества ЛЗ и международных конференциях по физике высоких энергий: Конференции Американского Физического Общества (APS) (г. Вашингтон 18-20 Апреля 1995 г.) и "6-ой Международной Конференции по Адронной Спектроскопии" (г. Манчестер 10-14 Июля 1995 г.).
По теме диссертации опубликованы шесть печатных работ. Предварительная защита диссертации проведена на заседании секции НТС iV4 ИТЭФ.
Структура и объем диссертации.
