Измерение двухспиновой асимметрии ALL в образовании чармония при 60 ГэВ презентация

поляризованного протонного пучка в У-70”, 1-2 марта 2005
А.Н.Васильев (ИФВЭ)

J/Ψ, используя продольно поляризованный протонный пучок из У-70 с энергией 60 ГэВ и продольно поляризованную мишень. Наша цель – определить, какая часть спина протона переносится глюонами. Мы ожидаем значительную статистику событий с χ2 и J/Ψ . Статистическая ошибка ALL будет достаточно маленькой, что позволит определить зависящую от спина глюонную структурную функцию в области x , где поляризация глюонов ожидается заметной. Мы ожидаем, что канал с образованием χ2 будет особенно важен для достижения этой цели. Это будет первый эксперимент по спиновым эффектам в образовании чармония в адронных взаимодействиях.

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

скорость счета
Фон
Точности измерений
Два этапа эксперимента
Заключение

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

, обнаруженному более 15 лет назад. Спин продольно поляризованного протона не составляется из спиральностей кварков в этом протоне. Дефицит спина в 70% или более может быть заполнен глюонами и/или орбитальным моментом партонов протона.

За прошедшие 15 лет несколько экспериментов в CERN, HERA, SLAC, используя поляризованные лептонные пучки, были нацелены на изучение спинового кризиса, но измеряли при этом, в основном, поляризацию кварков. Эксперименты в RHIC через ALL в прямых гамма начинают прощупывать поляризацию глюонов, но установки STAR и PHENIX не оптимизированы для этой физики, а взять ее побочно непросто. Нужен конкретный эксперимент, нацеленный на измерение поляризации глюонов.

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

в ИФВЭ на У-70.
Для этого, в первую очередь, нужны
продольно поляризованный протонный пучок с интенсивностью 108 прот/цикл (если растяжка 3 сек, то до 1,5 · 108 ), ускоренный в У-70, выведенный из него и преобразованный спин-ротаторами в продольно-поляризованный ;
продольно поляризованная мишень, выдерживающая такую высокую интенсивность (из Е704 ? Она в Дубне сейчас).

Информация о поляризации глюонов будет получена через одновременное измерение ALL в инклюзивном образовании χ2 и J/Ψ . Такой эксперимент мы предложили во ФНАЛе (P838) при 200 ГэВ после окончания E704. PAC Фермилаба отметил, что физика исключительно интересная, но интенсивность пучка мала – мало будет статистики. Из-за этого эксперимент не был одобрен. Мы ожидаем вместо 107/мин (P838)-> 7 · 108 /мин(109).

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

может идти через три основные диаграммы:
глюонное слияние (a);
кварк-антикварковая аннигиляция (b);
испарение цвета(c).


(a) (b)



(c)

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

и продольно поляризованной мишени в следующих реакциях :
p ↑ + p ↑ -> χ2 + X и p ↑ + p ↑ -> J/Ψ + X
J/Ψ + γ ↵ e+ e- ↵
e+ e- ↵

J/Ψ (3096) JPC = 1--
χ1 (3510) JPC = 1++
χ2 (3555) JPC = 2++

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

1/(PB * PTeff)] * [ I(++) – I(+ –)] / [ I(++) + I(+ –)],

где PB – поляризация пучка,
PTeff – эффективная поляризация мишени,
I(++) ,I(+–) – число событий с чармонием, нормированное на
падающий поток,
спиральности (++) и (+–) соответствуют (→←) и (→→), где
стрелки указывают на продольное направление спинов пучка и
мишени в лабораторной системе

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

двух предположений :
Величина поляризации глюонов ∆G/G
Механизм образования чармония в адронных взаимодействиях , опредедяющий ÂLL на партонном уровне( в партнон-партонном взаимодействии)

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

∆G/G находится в моделях в диапозоне от 0.15 до 1

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

ALL связана с функцией распределения поляризованного глюона в поляризованном протоне, которая выражается как G+(x) и G-(x) для двух противоположных по знаку спиральностей :

ALL (xF) = ÂLL * [ ∆G / G (x1) * ∆G / G (x2) ],

где x1 , x2 – доли продольного импульса протонов, переносимые глюонами,
xF – фейнмановская переменная χ2 -частицы,
(M χ2)2 = x1 * x2 * S,
∆G / G (x) = (G+(x) – G-(x))/(G+(x)+G_(x) ),
ÂLL – это ALL(χ2) для двух полностью поляризованных глюонов.
ÂLL = -1 в этой модели.

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

χ2 наиболее прозрачна для теоретических интерпретаций. Теоретические модели будут однозначно проверены через измерения выходов, а также знаков и величин ALL в образовании χ2 , J/Ψ и, возможно, χ1. Окончательное разделение событий с χ1 и χ2. будет проведено по угловым распределениям в распаде чармония.

примеры моделей – разные знаки ALL :
[Doncheski, Robinet] – глюонное слияние :
ALL = -24% для χ2 и -18% для J/Ψ
[Contogoris] – испарение цвета :
ALL = +18-42% для χ2 и J/Ψ

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

электромагнитный калориметр, пропорциональные камеры, триггерный годоскоп

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

критично энергетическое
разрешение калориметра, особенно для распадного γ-кванта.
Кинематика распада χ2 такова, что большинство γ-квантов летят вперед
(<100 мрад).

Если калориметр разместить на ~5м от мишени, то центральная часть
калориметра (от ~10 до ~100 мрад) должна состоять из 1140 кристаллов
из вольфрамата свинца (2,8×2,8 × 22 см3) – матрица 34х34 с дырой в
середине 4х4 для непровзаимодействовавшего пучка

Чтобы перекрыть область углов от ~100 до ~200 мрад надо добавить 1875
счетчиков из Pb-стекла сечением 3,81 × 3,81 см2 - матрица 50х50 с дырой в
середине 25х25 для размещения PWO-кристаллов

Такой комбинированный калориметр покроет область образования χ2 с
высокой эффективностью по переменной хF от 0 до 0,4 (см.след. слайд).

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

в апертуру установки

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

с мертвой зоной в 10 мрад в середине.

Камеры вместе с калориметром (по поперечному профилю ливня) будут определять электроны/позитроны и убеждаться, что в направлении γ-квантов нет заряженных частиц.

Предлагается использовать 3 четырехплоскостных (XYUV) камеры для измерения траекторий электронов/позитронов. Расстояние между
проволоками 1-2 мм. Камеры должны работать при интенсивности до
5∙107 /сек.

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

расстоянии ~4м от мишени ( 1м перед калориметром).

Конкретный размер сегментов определяется из условия минимизации попадания в один сегмент γ-квантов от распада χ2-мезонов и заряженных частиц для триггера на электрон/позитрон ( будет описан далее).

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

измеряются
калориметром из Pb-стекла, углы камерами. Разрешение 75 МэВ/c2. Констрейнт
на массу J/Ψ(3096 МэВ) - энергии поправляются, углы не меняются. С поправленными импульсами е+ и е- и измеренным в PWO γ-квантом определяется χ2. Разрешение лучше, чем 10 МэВ/c2 .

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

и е-. Суперблоки в калориметре.
рT сигнал для суперблока. Перед калориметром триггерный годоскоп для
мечения заряженных. Сегменты годоскопа соответствуют суперблокам.

Требования на триггер :
2 или более электронных кандидата с рT суперблоков > 0.6 ГэВ/c ;
хиты в соответствующих сегментах триггерного годоскопа ;
Σ рT сработавших суперблоков > 2,5 ГэВ/с.

Этим требованиям удовлетворяют 88% J/Ψ , попавших в калориметр
(см. Рисунок на следующем слайде)

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

линии – границы
суперблоков.

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

накладывались требования к триггеру. Учитывались вторичные
взаимодействия в мишени в GEANT3. Поляризованная протонная
мишень длиной 20-см.

~ 200 запусков для 108 протонов/цикл .

~ 35% триггеров от электронов от γ -конверсии.

~ 65% триггеров от заряженных адронов, попавших в один суперблок с
γ-квантом.

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

(ИФВЭ)

При идентификации J/Ψ по распаду е+е- , определяя инвариантную массу е+е- с помощью калориметра, основным фоном будут пары заряженных адронов (сечение в области массы J/Ψ в ~6000 больше, чем сечение самого J/Ψ-мезона) .
1) Поперечный профиль ливня –
режекция ~ 100 на пару адронов
2) рТ1 > 0,6 ГэВ и рТ2 > 0,6 ГэВ;
рТ1 + рТ2 > 2,5 ГэВ
- фон для J/Ψ ~10%
(адроны и электроны конверсии)

- фон для χ2 -> см.рис:
(J/Ψ + γ от π0 )

интенсивности пучка
2,7*107 протонов/мин.

Учитывая фактор 3,5 уменьшения сечения (от 200 ГэВ до 60 ГэВ) и
фактор 20 увеличения интенсивности (108 протонов/цикл при
6 цикл/мин) получим общий фактор улучшения 6.
За месяц ожидается ~10 тыс. χ2 и ~55 тыс. J/Ψ.

Если предположить, например, что ∆G/G = 0,55 при х=0,3 и
АLL= -30%, то при поляризации пучка 70% и поляризации мишени 80%
за месяц работы будут получены такие результаты :
АLL= -(30±4)% и (∆G/G)2=0,30 ±0,04

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

На первом этапе на 14-ом канале предлагается создать и отладить установку и на протонном и пионном пучках и поляризованной мишени измерить AN в образовании χ1,χ2 и J/Ψ, а также отношения выходов χ1/χ2 с целью определения механизма образования чармония.

На втором этапе, после завершения работ по ускорению поляризованных протонов в У-70 и вывода пучка в новый 24-ый канал переезд в зону FODS-1 на этом канале и измерение там двухспиновой асимметрии в образовании чармония с целью определения поляризации глюонов в протоне, что поможет разрешить спиновый кризис протона.

начинать собирать на 14-ом канале. Методические работы. Определение основных параметров установки.

Цель исследований на 14-ом канале – определение соотношений вкладов глюонного слияния (на протонном пучке) и кварк-антикварковой аннигиляции (на π-пучке) в образовании чармония. Соотношения χ1/χ2 при этом будут разные на р- и π-пучках. Энергии π-мезонов и протонов надо сделать близкими друг к другу, чтобы снизить неопределенность от энергетической зависимости сечений образования чармония, например, снизив энергию в У-70 до 50 ГэВ, но сохранив (в другом сеансе) энергию π-мезонов 40 ГэВ с максимальной интенсивностью 3-4*106/цикл для интенсивного образования чармония.

Измерения следует делать на поляризованной мишени ПРОЗА – могут быть впервые измерены односпиновые асимметрии АN.

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

У-70 и вывод из него поляризованного протонного пучка и измерены его параметры с помощью поляриметра, установка переедет на 24-ый канал для основных измерений поляризации глюонов в продольно поляризованном протоне.

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

чармония в эксперименте с открытой геометрией. Это позволит определить поляризацию глюонов в поляризованном протоне и приблизит к решению проблемы спинового кризиса протона.
∙ Для этого надо ускорить поляризованный протонный пучок на У-70 и вывести его в 24-ый канал с поворотом поперечной поляризации в продольную.
∙ На первом этапе, во время ускорения поляризованных протонов можно создавать и отлаживать аппаратуру на 14-ом канале, а также измерить отношение χ1/χ2 на р- и π-пучках и поперечно-поляризованной мишени ПРОЗА с целью определения механизма образования чармония и односпиновой асимметрии АN в образовании J/Ψ, χ2 и, возможнго, χ1.

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

Распределение после поправки
χ2-частиц. на аксептанс.

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

χ2 (b) -ALL для J/Ψ
(a) (b)

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)

(ИФВЭ)

Измерение двухспиновой асимметрии АLL в образовании чармония
март 2005 – А.Н.Васильев (ИФВЭ)