Введение к работе
Актуальность темы
В 70-80 годы основным инструментом нейтринной физики была пузырьковая камера. Следует отметить малую статистику данных, полученных на пузырьковых камерах для энергий нейтрино в диапазоне 1-30 ГэВ. Пришедшие на смену в последующие годы детекторы с электронным съемом информации, позволившие резко увеличить объемы экспериментальной информации и получать гораздо более точные результаты, работали уже в пучках нейтрино с энергией в сотни ГэВ, так как за эти годы ускорительная техника шагнула далеко вперед. Однако интересная область взаимодействия нейтрино низких и промежуточных энергий осталась недостаточно исследованной.
В области энергии нейтрино 30 ГэВ < Е < 200 ГэВ получены данные, свидетельствующие о линейном росте сечения с энергией в этом диапазоне. В рамках простой к в ар к-пар тонной модели параметр наклона atot/' Ev в глубоконеупругой области не зависит от энергии нейтрино, исключая возможные пороговые эффекты, обусловленные рождением очарованных частиц. В области Еи < 20 ГэВ существующие экспериментальные данные имеют значительные ошибки. Анализируя их, можно сказать, что наблюдается тенденция к увеличению наклона сечения нейтрино при уменьшении энергии нейтрино, хотя отдельные эксперименты противоречат этому утверждению. Прецизионные измерения в этом диапазоне энергий имеют фундаментальный характер, так как исследуют область энергий, где существующим теориям еще предстоит дальнейшее развитие.
Экспериментальные результаты по измерению полных сечений в области малых ц промежуточных энергий в последнее время привлекли значительный интерес в связи с исследованиями атмосферных нейтрино, особенно для поисков осцилляции нейтрино.
Точные данные по полным сечениям необходимы также в экспериментах по изучению структурных функций нуклона, так как позволяют использовать нейтринные пучки, для которых спектр нейтрино известен с недостаточной точностью.
Значительный интерес представляют также значения сечения глубоконеупруго-го взаимодействия. Во-первых, из-за возможности сравнения с точными данными, полученными при высоких энергиях, при которых-глубоконеупругое взаимодействие
играет доминирующую роль; во-вторых, очень важна задача изучения эффекта нарушения скейлинга в кварковых распределениях при малых Q2, и в-третих, данные по глубоконеупругому взаимодействию позволяют оценить вклад морских кварков в исследуемой области энергий.
Цель работы - прецизионное измерение сечений взаимодействия нейтрино и антинейтрино на Нейтринном детекторе ИФВЭ-ОИЯЙ (НД).
Новизна работы заключается в том, что впервые детектор с электронным съемом информации использовался для регистрации нейтринных взаимодействий в области энергий ниже 30 ГэВ. Для использования в детекторе специально разработаны и впервые применены векторные дрейфовые камеры с большим дрейфовым зазором (125 и 250 мм). Это обусловило необходимость разработки программного обеспечения для чтения и записи информации с детектора. Была проработана система измерений и создано соответствующее программное обеспечение для получения необходимых калибровочных констант, что позволило на основании записанных в ходе эксперимента данных (отчеты время-цифровых и амплитудно-цифровых преобразователей) получать физическую информацию (координата и угол трека в дрейфовой камере и координата и энерговыделение трека в сцинтилляционном счетчике). Подготовлены программы для моделирования, геометрической реконструкции и физического анализа событий нейтринных взаимодействий в Нейтринном детекторе. Вычислены спектры потоков нейтрино и антинейтрино для различных типов нейтринных пучков, использовавшихся в экспозициях Нейтринного детектора. Пре-цизиозные данные по спектрам получены благодаря использованию трех методов их вычисления: при помощи использования специально разработанной программы на базе библиотеки GEANT для расчетов методом прямого моделирования по выходам вторичных частиц с нейтринной мишени, на основании экспериментально полученной выборки событий квазиупругого взаимодействия, а также методом экстраполяции дифференциального сечения — в область у —» 0. Разработан простой метод решения обратной задачи восстановления истинного распределения событий из измеренного распределения, учитывающий разрешение детектора.
Автор защищает:
разработку процедуры автокалибровки дрейфовых камер Нейтринного детектора;
разработку программного обеспечения для определения калибровочных констант Нейтринного детектора;
подготовленную базу данных калибровочных констант дрейфовых камер для всех экспериментов Нейтринного детектора;
систему off-line обработки информации с Нейтринного детектора и разработку отдельных модулей для ее физического анализа;
результаты обработки экспозиций Нейтринного детектора в нейтринных пучках широкого спектра со стандартной геометрией нейтринного канала, с короткой распадной базой, а также в тестовом пучке тг-, /^-мезонов;
результаты по изучению физических характеристик Нейтринного детектора, полученных при обработке моделированных событий;
восстановленные нейтринные и антинейтринные спектры для каждого типа нейтринного пучка, использовавшихся в данном эксперименте;
разработку нового метода решения обратной задачи восстановления истинного распределения по измеренному с учетом разрешения детектора;
восстановленные энергетические зависимости полных сечений нейтрино и антинейтрино в области энергий 3-30 ГэВ;
результаты расчета сечений нейтрино и антинейтрино с использованием различных параметризаций кварковых распределений.
Структурадиссертации. -Диссертация-состоит из введения,-шести глав, за— ключения одного приложения и списка литературы из 161 наименований. Объем диссертации составляет 125 страниц, включая 49 рисунков и 10 таблиц.
Апробация дисертацни. В дисертации приведены результаты, полученные автором в 1987-1995 гг. в ИФВЭ. В основу диссертации положены работы [ 1 ], [2], [3], [4], [5], [6], которые опубликованы в виде материалов совещаний по Нейтринному детектору и в виде препринтов ИФВЭ, а также докладывались на международных совещаниях по Нейтринному детектору, на конференции International Congress on Computer Systems and Applied Mathematics (CSAM'93, С.-Петербург, 1993), семинарах в физическом институте ИФВЭ (ГДР, Цойтен, 1987) и в лаборатории Gran Sasso INFN (Италия, 1995).
