Введение к работе
Актуальность темы.
В течение последнего десятилетия был достигнут замечательный рогресс в прецизионных экспериментах по проверке Стандартной Моде-и (СМ). Данные четырех работающих на установке LEP детекторов на-голько подробны и точны, что для проверки СМ могут быть использова-ы эффекты, связанные с электрослабыми радиационными поправками! частности, косвенные методы определения массы Хиггсовского бозона (я чрезвычайно чувствительны к величине постоянной тонкой структу-ы при энергии, соответствующей массе Z-бозона а(М|). Большая часть эопределенности величины а(М|) связана с неопределенностью вклада эгких кварков в поляризацию вакуума Aa(s) = — П7($) при энерги-к, соответствующих массе Z-бозона. В то время, как лептонная часть ожег быть посчитана достаточно точно в рамках теории возмущений, эскольку лептонная петля модифицируется лишь малыми электромаг-ятными поправками, адронная часть Да/wd не может быть найдена з первых принципов КХД в связи с неопределенностью масс легких зарков и неприменимостью подхода теории возмущений в случае, когда зарковая петля модифицируется сильными взаимодействиями в режиме язких энергий. Она вычисляется с помощью дисперсионного интегра-і, зависящего от сечения электрон-позитронной аннигиляции в адроны, хгорое входит в виде отношения R:
i,e qj - заряд кварка с ароматом f, коэффициент 3 перед суммой соот-тствует трем цветовым зарядам каждого аромата, а величина сечения
рождения пары мюонов определена в низшем порядке теории возмущі ний хорошо известным выражением: а(е+е~ —* jt+/i~) = 47ro2/3s.
Другими важными параметрами, для определения которого необхс димы точные и подробные данные о зависимости R от энергии, являютс аномальные магнитные моменты лептонов.
Точные измерения аномального магнитного момента мюона ам явл> ются одним из решающих тестов правильности и полноты существующи физических теорий, возможным окном в новую физику.
Величина a^theor) определяется суммарным вкладом злектромаї нитных, сильных и слабых взаимодействий, причем основная часть е неопределенности связана с существующей ошибкой определения вклад сильных взаимодействий a^had). Наиболее широко используемая и наї лучшим образом аргументированная оценка однопетлевого вклада оснс вывается на данных по сечению электрон-позитронной аннигиляции адроны и заключается в вычислении дисперсионного интеграла от поре га рождения пары адронов до бесконечности
где К [s) — монотонно меняющаяся функция величиной порядка ЄДИНІ цы во всем диапазоне интегрирования. Тот факт, что подынтегрально выражение обратно пропорционально s2, существенно увеличивает вкла в интеграл области малых энергий. Оценка величины a^had; 1) в это подходе составляет:
a^had; 1) = 7 024 (153) х Ю-11 (60.24 ± 1.31) ррш.
В эксперименте Е821 Брукхэйвенской Национальной Лаборатории ш нируется измерить аномальный магнитный момент мюона с точность: 0.35 ррт (0.35 частей на миллион), что примерно в четыре раза меныт чем чем вклад слабых взаимодействий в ам.
Для интерпретации результатов эксперимента принципиально вал но провести прецизионные измерения адронньгх сечений в области ОТН( сительно низких энергий, причем большая часть требуемого интервал доступна на установке ВЭПП-2М новосибирского Института ядерной фі зики им.Г.И.Будкера.
Эти измерения были выполнены в 1979 - 1985 годах с детекторо КМД и, начиная с 1992 года, с детектором КМД-2.
Цель работы состояла в следующем:
Разработка и создание детектора КМД для работы на накопителе 5ЭПП-2М;
Разработка и создание универсального детектора КМД-2 для работы га этом же накопителе. Одно из требований к детектору заключалось в ом, чтобы он обеспечил систематическую точность измерения сечения гроцесса е+е~ —> 7г+7г~ не хуже 1 %;
Набор экспериментальной информации, соответствующей необходимой точности измерения адронных сечений во всей области энергий уста-ювки ВЭШ1-2М с определением энергии пучков методом резонансной (еполяризации;
Развитие методик калибровок дрейфовой камеры для получения наи-іучших импульсных и угловых разрешений;
Разработка методик выделения отдельных адронных каналов с при-ілечением информации со всех систем детектора;
ПреЦИЗИОННЫе ИЗМереНИЯ СечеНИЯ реакции Є+Є_ —* 7Г+7Г~ во всей
ібласти энергий установки ВЭПП-2М;
Измерения сечения процесса е+е~ —> 7г+7г~7г в области ш и ф резо-іансов;
Измерение сечений е+е~ — К+К~ и е+е~ —» KiKs в области ф іезонанса;
Измерение СечеНИЙ ПрОЦеССОВ Є+Є~ —> 7Г+7Г~7Г+7Г~ И Є+Є~ —» 7Г+7Г_7Г7Г
ыше ф мезона;
Научная новизна работы.
В 1979 -1985 годах на установке ВЭПП2-М с помощью магнитного де-екторз КМД проведен цикл экспериментов, в которых сечение процесса +е~ —> 7Г+7г~ было измерено с систематической ошибкой 2 %;
Изготовлен универсальный магнитный детектор КМД-2, который с 992 года ведет эксперименты на накопителе ВЭПП-2М;
Во всем диапазоне энергий установки ВЭПП-2М набрана информа-,ия о процессах электрон-позитронной аннигиляции, соответствующая нтегралу светимости около 30 обратных пикобарн;
Сечение процесса е+е~ —> я-+7г~ впервые измерено с рекордной систе-іатической точностью 0.6%;
Аппроксимация этого сечения позволила определить параметры р ре-онанса с точностью выше среднемировой;
Сечение рождения трех пионов в области ш мезона измерено с сист« матической ошибкой, не превышающей 2 %;
Сечение рождения четырех пионов в области энергий выше ф мезон измерено с систематической ошибкой 7 %, что удалось сделать, выясни динамический механизм образования этого конечного состояния;
Достигнутые точности измерения адронных сечений позволяют вь числить вклад адронной поляризации вакуума в аномальный магнитны момент мюона с точностью 0.3 ррт, что соответствует требованиям эк< перимента Е821 в Брукхэйвенской Национальной Лаборатории США.
Научная и практическая ценность работы.
Проведен цикл физических экспериментов с детектором КМД;
Изготовлен универсальный магнитный детектор КМД-2, регистрир) ющие системы которого содержат ряд совершенно новых разработок ка в трековой так и в калориметрической частях;
В экспериментах с КМД-2 набрана информация для изучения шире кого круга физических процессов в е+е~ аннигиляции, соответствуют^ интегральной светимости 30 обратных пикобарн;
На основе анализа данных об адронных сечениях получены новьк более точные данные о параметрах р, ш и ф мезонов;
Анализ динамики рождения многоадронных состояний позволил щ лучить надежные данные об их сечениях с малой систематической оши кой;
Достигнутые точности измерения адронных сечений позволяют вь числить вклад адронной поляризации вакуума в аномальный магнитны момент мюона с точностью 0.3 ррт. В случае успеха эксперимента Е82 в БНЛ, США, в котором аномальный магнитный момент мюона буде измерен с точностью 0.35 ррт, результаты экспериментов с КМД-2 оч кроют возможность поиска физических явлений вне рамок Стандартно Модели.
Апробация работы.
Совокупность физических результатов экспериментов с детекторам КМД и КМД-2, практически все из которых вошли в Таблицы злемеї тарных частиц, а, следовательно, прошли экспертизу на самом выспш уровне, подтверждает достоверность проведенных исследований.
Работы, положенные в основу диссертации, неоднократно докладь вались и обсуждались на научных семинарах в ведущих отечественны
і зарубежных центрах, таких как ИЯФ СО РАН (г.Новосибирск), ГНЦ ЭФ "Институт теоретической и экспериментальной физики" (г.Москва), Зрукхейвенская Национальная Лаборатория (США), SLAC (США), Гей-і,ельбергский университет (ФРГ), Национальная Лаборатория во Фрас-ати (Италия), Корнельский и Йельский университеты США и др. Ре-ультаты работы докладывались на многих Международных конференціях включая Рочестерские Конференции 1992, 1994,1996 и 1998 годов, а Международной конференции по адронной спектроскопии (Брукхей-ен, США) в 1997 году, а также на Международной конференции по ептон-фотонным взаимодействиям в 1999 году.
Структура работы.
Диссертация состоит из Введения, восьми основных Глав и Заключе-ня.
