Введение к работе
В диссертации описывается процедура измерения парциальных ширин распадов Bg —> J/i|rr|, Bg —> J/i^r)' и B ^ J/"феи0, а также измерение отношения парциальных ширин распадов Bg —> Л/т^Т]' и Bg —> J/\pr| в эксперименте LHCb. Анализ выполнен с использованием данных, набранных экспериментом при энергии протон-протонных столкновений в системе центра масс л/s = 7 ТэВ и соответствующих интегральной светимости 1.0 фб . Все исследуемые распады восстанавливались с использованием моды распада Л/"ф —> Ц-+Ц-~. Легкие незаряженные мезоны г\ и г\' восстанавливались в каналах г\ —> уу, г\ —> 7Г+7Г~7Г0(тг0 —> уу) и г\' —> р(р —> тг+тг~)у и г\' —^ л(л ~~> уу)тг+7г~, а ш-мезон — в моде еи —> п+п~п с последующим распадом п —> уу. Окончательные значения парциальных ширин были получены путем усреднения между различными каналами распадов Г)- и гі'-мезонов.
Цели и задачи исследования
Главной целью работы было обнаружение распадов Bg —> Л/"фг|, Bg —> J/tJjti' и В0 —> J/i|)CU и измерение их парциальных ширин, а также измерение отношения парциальных ширин распадов Bg —> Л/т^Г) и Bg —> J/\\)r\'. Важным условием для выполнения этой задачи является точное восстановление энергии фотонов, присутствующих в конечных состояниях всех трех распадов. Поэтому в качестве вспомогательной задачи выступала задача регулярной калибровка электромагнитного калориметра методом восстановления инвариантной массы п -мезона в распаде на два фотона и создание соответствующего программного обеспечения, интегрированного в общую систему обработки данных.
Актуальность темы диссертации
Одной из наиболее важных для измерения величин является фазаВц — Bg осцилляции, фз- В рамках СМ ее значение предсказано с хорошей точностью, так что появление эффектов новой физики должно быть немедленно замечено как отклонение от предсказанного значения. Изучение распадов Bg —> Л/т^Г) и Bg —> Л/Ч^Г)' улучшит точность измерения этой величины. Поскольку состояния Л/т^Г) и Л/Ч^Г)' являются СР-собственными, то измерение фазы смешивания в этих распадах не требует углового анализа (в отличие, например, от «золотой моды» — распада Bg —> Л/'фф), что значительно упрощает задачу. Кроме того, изучение распадов Bg —> Л/г|/Г| и Bg —> Л/т^Г)' может быть полезно для измерения угла у треугольника унитарности. Еще одним интересным исследованием, основанном на измерении парциальных ширин этих распадов, может стать измерение параметровг\ —т\' смешивания и определение вклада глюонной компоненты вгі'-мезон.
Состояние J/i|)CU не является СР-собственным, так что для измерения СР-асимметрии в нем необходим угловой анализ, требующий значительной статистики. Тем не менее, одновременное измерение парциальных ширин распадов В0 —> Л/"феи0 иВ0^ Л/"фр необходимо для изучения изоспиновой асимметрии.
Распады Bg —> Л/"фг|, Bg —> Л/т^Г)' иВ0^ Л/т|)ш, как и многие другие распады, исследуемые в эксперименте LHCb, имеют электроны или фотоны в конечном состоянии. Такие распады восстанавливаются, в основном, благодаря наличию в событии электронных и фотонных кандидатов с высоким поперечным импульсом, которые регистрируются калориметрической системой. При этом массовое разрешение первичной частицы напрямую зависит от точности определения энергии электронов и фотонов. Для радиационных распадов В-мезонов всего лишь 3%-ое снижение точности в определении энергии фотона ухудшает разрешение почти на 20%.
Таким образом, калориметрическая система выполняет несколько важных функций: она обеспечивает триггер нулевого уровня электронными и фотонными кандидатами с высоким поперечным импульсом, измеряет их энергии и положения, а также участвует в алгоритмах идентификации частиц, позволяя разделять электроные, фотоные и адронные кандидаты. Точ-
ная калибровка электромагнитного калориметра, позволяющая восстанавливать энергию электронов и фотонов с точностью не хуже 2%, является необходимым условием для выполнения физической программы LHCb.
Практическая полезность
Представляемая диссертационная работа проведена в рамках участия ИТЭФ в международном эксперименте LHCb. Тема диссертации соответствует одному из направлений физической программы эксперимента, а именно: исследованию распадов В-мезонов в конечные состояния, содержащие Л/'ф-мезон. Для выполнения задачи проведена калибровка всех считывающих каналов электромагнитного калориметра. Показана возможность использования электромагнитного калориметра LHCb для реконструкции распадов тг —> уу и Г) —> уу методом инвариантных масс. Результаты калибровки электромагнитного калориметра использовались при обработке физических данных, набранных в эксперименте. Регулярная калибровка позволяет поддерживать энергетическое разрешение калориметра на требуемом уровне на протяжении всего периода набора данных.
Автор защищает
-
Методику калибровки отклика индивидуального канала электромагнитного калориметра на основе реконструкции распадов тг —> уу в условиях эксперимента LHCb;
-
Оценку точности и скорости работы метода калибровки электромагнитного калориметра с помощью восстановления инвариантной массы нейтрального тг-мезона, реализованного в рамках программного обеспечения (ПО) LHCb;
-
Обнаружение распадов Bg —> Л/Ч|гг| и Bg —> Л/'фгі' в данных, набранных экспериментом LHCb, и измерение их парциальных ширин, а также измерение отношения парциальных ширин этих двух распадов;
-
Обнаружение первого свидетельства распада В0 —> Л/"феи0 и измерение его парциальной ширины.
Личный вклад диссертанта
Диссертант принимала активное участие в калибровке электромагнитного калориметра эксперимента LHCb. Ею была сделана проверка реализации метода восстановления инвариантной массы нейтрального тг-мезона в рамках ПО эксперимента LHCb, оценена скорость работы и точность калибровки этим методом. Кроме того, во время набора данных в 2010-2012 годах ею проводилась регулярная калибровка электромагнитного калориметра.
Диссертант также принимала участие в анализе физических данных эксперимента. В частности, ею были измерены значения парциальных ширин распадов Bg —> J/ipT) и Bg —> J/ipT)' и отношение этих значений, а также обнаружено первое свидетельство распада В0 —> J/i|)CU и измерена его парциальная ширина.
Апробация и публикации
Материалы, изложенные в диссертационной работе, опубликованы в /1, 2, 3, 4/. Результаты анализа регулярно обсуждались на совещаниях международной коллаборации LHCb. Основные результаты были доложены на международных конференциях:
-
13th SAC Seminar «New Perspectives of High Energy Physics» (г. Новосибирск, 01-05 сентября 2010 г.);
-
15ая Ломоносовская конференция по физике элементарных частиц (г. Москва, 18-24 августа 2011 г.);
-
Hadron Collider Physics Symposium (г. Париж, 14-18 ноября 2011 г.);
-
Симпозиум «Кварконий» в рамках международной сессии-конференции Секции ядерной физики ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий» (г. Москва, 12-16 ноября 2012 г.)
-
Международная конференция «LHC on March» (г. Протвино, 20-22 ноября 2012 г.);
-
Конференция «Calorimetry for the High Energy Frontier» (г. Париж, 22-25 апреля 2013 г.);
7. 21st International Conference on Supersymmetry and Unification of Fundamental Interactions (г. Триест, 26-31 августа 2013 г.);
а также обсуждались на семинарах ОЭФВЭ НИИЯФ МГУ. Результаты докладывались сотрудниками коллаборации LHCb на многочисленных международных конференциях. Труды конференций опубликованы в /5, 6, 7/.
Структура диссертации
Диссертация состоит из Введения, четырех глав и Заключения. Её объем 112 страниц, включая 17 таблиц и 32 рисунка. Список цитируемой литературы содержит 99 наименований.
