Рождение Тяжелых Кварков в Протон-Ядерных...
description
Transcript of Рождение Тяжелых Кварков в Протон-Ядерных...
Рождение Тяжелых Кварков в Протон-Ядерных
Столкновениях на Детекторе ГЕРА-Б
Юрий М. ЗайцевИТЭФ, Москва28 ноября 2007
Сессия ЯФ ОФН РАН, ИТЭФ, Москва, 26-30 ноября 2007
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 2
Детектор HERA-B
HERA-B - это универсальный спектрометер, работавший с внутренней мишенью
на протонном пучке с энергией 920 ГэВ накопительного комплекса HERA в DESY
Основные достоинства – хороший вершинный детектор и развитые трековые системы
и системы идентификации частиц (RICH, ECAL, MUON)
Протоны 920 ГэВ
Мишень2 Станции,
4 Проволочкив каждой (C, Ti, W)
Si - детектор8 двусторонних
супер-слоевВнутренний/Внешний Трекер
7 слоев GEM-MSGCs(внутренний) и honeycomb
Дрейфовые камеры (внешний)
Мюонный Детектор (4 супер-слоя )газовые пиксельные камеры
(внутренний)2 слоя проволочных трубочных камер
2 слоя проволочных трубочных камер с катодными падами (внешний)
ECALW/Pb-Сцинтиляционный
Калориметер типа “Шашлык”
RICHРадиатор C4F10
Мультианодные PMT
Магнит
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 3
Набранные данные• Набор данных закончен
в марте 2003 года
• 164 миллионов событий с дилептонным триггером (ee/μμ)
• Три мишени С, Тi ,W
● 210 миллионов событий с триггером minimum-bias
● 300 000 J/ψ
● 15 000 χс
● 5 000 ψ (2S)
M( μ+μ−) ГэВ/c2
ρ/ωφ
J/ψ
ψ(2S)
4
Исследования, выполненные на
детекторе ● ♦ Сечение рождения bb
● ♦ Кинематика рождения J/ψ A-зависимость рТ распределение
хF распределение
поляризация
● ♦ Рождение χс
● ♦ Рождение ψ(2S)
● FCNC D0→μ+μ− верхний предел
● ♦ Сечение рождения Y мезонов
● ♦ Сечение рождения J/ψ
● ♦ Рождение мезонов с открытым очарованием
● Рождение мезонов и
гиперонов со странностью
● Поиски пентакварка
● Λ поляризация
● Рождение дейтронов/ анти-дейтронов
♦ Использованные в докладе
Опубликованные
Близкие к завершению
−
5
Сечение рождения J/ с тригером на взаимодействие в
мишениВажно для нормировки сечения результатов с дилептонным тригером
+- e+e-
• небольшая статистика
• однако: хорошо известная эффективность и светимость
малые истематические погрешности (обычно доминирующие)
Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 6
J/ψ (MinB): A-зависимость и сечение
i iiJ
JJ LAJBR
N
)/(/
//
C
Ti
W
α = 0.96 0.01 (fixed to E866)
Результат:
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 7
J/ψ (MinB): Сравнение с другими результатами
Результат в обоих каналах распада:
HERA-B ~2X выше чем E771/789
в этом диапазоне энергий (!?)
8
Результаты фитирования в NRQCD подходе
F.Maltoni et al., ‚Analysis of charmonium production at fixed-target
experiments in the NRQCD approach‘, PL B638,202 (2007)
Результаты фита при энергии
HERA-B s = 41.6 GeV:
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 9
p
N
D+ K -
p+
p+
0DK -
p+
p
N
Рождение открытого чарма
10.2 ± 2.0 ± 1.3
0.40 ± 0.06 ± 0.04
0.44 ± 0.09 ± 0.02
Измерение сечения
рождения:
EPJ C52,531 (2007)
Ds+ + , D+ +
D0K-+ D+K-+ +
D*+D0+
Δσ[µb](-0.15<xF<0.05) σpN[µb](full range)
DD00 26.8±2.6±2.7 48.7±4.7±4.9±4.4
DD++ 11.1±1.2±1.3 20.2±2.2±2.4±1.8
DsDs++ 10.2±3.5±2.0 18.5±6.4±3.7±1.7
DD*+*+ 11.9±2.6±1.7 21.6±4.7±3.0±2.0
DD++/DD00 0.41±0.06±0.04
DD*+*+/DD00 0.41±0.06±0.04
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 10
Рождение открытого чарма: результаты
u d
D±/D0
√
0.4 0 1. 0. 3 .w avg ±=
HERA-B
C
Ti
W
curves: σpA = σpN·Aα
αα((DD00)= )= 0.92±0.080.92±0.08
αα((DD±±)= )= 1.02±0.091.02±0.09
αα((DD**±±)= )= 1.05±0.141.05±0.14
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 11
Рождение открытого чарма vs. s
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 12
Рождение J/ψ и ψ′ мезонов
en
trie
s/(2
5 M
eV
/c2)
m(μμ) [GeV/c2]
103
104
2.8 3.2 3.6 4.0
m(ee) [GeV/c2]
en
trie
s/(3
0 M
eV
/c2)
103
104
2.5 3.0 3.5 4.0
~ 130 000 J/ψ
~ 2 000 ψ′ σJ/ψ ~ 64
MeV
~ 130 000 J/ψ
~ 2 000 ψ′ σJ/ψ ~ 64
MeV
ee
Дилептонный триггер (3 мишени: С, Ti, W)
J/J/ψψJ/J/ψψ
ψ′ψ′ψ′ψ′
μμ
J/J/ψψJ/J/ψψ
ψ′ψ′ψ′ψ′
~ 170 000 J/ψ
~ 3 000 ψ′ σJ/ψ ~ 44
MeV
~ 170 000 J/ψ
~ 3 000 ψ′ σJ/ψ ~ 44
MeV
13
Кинематик
a J/ψ рождения(prelininary
)
[a.
u.]
pT [GeV/c]
2T
dNdp
E789 (Au)E789 (Au)E789 (Au)E789 (Au)
CCCC
E672/E706 (Be)E672/E706 (Be)E672/E706 (Be)E672/E706 (Be)
TiTiTiTi
WWWW
E771 (Si)E771 (Si)E771 (Si)E771 (Si)
HERA-BHERA-BHERA-BHERA-BE789E789 (Be, (Be,
Cu)Cu)E789E789 (Be, (Be,
Cu)Cu)
WW
HERA-BHERA-BHERA-BHERA-BTiTi
CCF
dNdx
[a.
u.]
xF
Сравнение с p-A экспериментами
при энергии √s 38.8 ГэВ
Первые данные при
отрицательных xF
Первые данные при
отрицательных xF
Ядерные эффекты: xF распределение
F
dNdx
xF
[a.
u.]
CC
WW
TiTi
12( ) exp[ ln2( ) ]F F Ff x | x x | / aµ - - D sФункция для фитирования:
Оба эффекта согласуются с A1/3 зависимостью: потери энергии?
Сдвиг в сторону отрицательных xF
Увеличивающаяся ширина распределения
A1/3
ΔxF
σ1/2
Preliminary
Preliminary
15pT [GeV/c]
TT
T
( )pd dp
d dpA=
as
sp
pN
A
Ядерные эффекты: pT распределение
<pT2>
[GeV
2/
c2]
C
Si
Ti
Au
W
Be W Pb
CuAg
E672/706, E672/706, E771, E789E771, E789
√s = 38.8 GeV
HERA-BHERA-B√s = 41.6 GeV
A1/3NA50NA50
√s = 27.4/29.1 GeV
E866E866√s = 38.8 GeV
(pT) - подобное поведение при различных энергиях и различных диапазонах xF
-0.1 < xF < 0.9-0.1 < xF < 0.1
-0.35 < xF < 0.15
Al
Preliminary HERA-B: произвольная нормировка
Preliminary
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 16
α зависимость J/ψ рождения
Preliminary
Модели: R.Vogt, PR C61(2000)035203;NP A700(2002)539 К.Г.Боресков,А.Б.Кайдалов, Письма в ЖЭТФ 77(2003)599
Произвольная нормировка!
17
Угловые распределения распада J/ψ мезона: систнмы координат, углы,параметры
Система покоя
J/ψ
z´ (ось поляризации)
x´ y´
(pN плоскость рождения)
+l +lqq
jj
2 степени свободы: cosθ, φ
Определение оси поляризации, исползовавшейся в экспериментах:
1) Collins-Soper (CS): биссектриса между направлениями пучка и (–) мишени в системе покоя J/ψ
2) Gottfried-Jackson (GJ): направление пучка в системе покоя J/ψ
3) helicity (HE): направление J/ψ в адронной (p-N) CM системе
E615, E672-706, E771, E537, etc.
E866, NA3, etc.
CDF, NA60, etc.
(или y´) (или -x´)
3 параметра: θ , θφ , θφ
( )dN
d dµ
cos jq2
2
1
sin2
sin cos2
sin
cos+
+
+
q
j
qj q
q
q
j
jl
l
l ( cos )
θ = “поляризация”< 0: продолная
> 0: поперечная
2-частичный распад с
сохранением четности
18
Поляризация J/ψ – Preliminary 1) Наблюдается заметная анизатропия угловых распределений в
системе CS в обоих каналах: J/ψ мезон – продольно поляризованный
2) результаты сильно зависят от выбора системы: заметная поляризация в CS системе, практически незаметная в спиральной системе
φ
mm+ -
+ -e eCSCSCSCS
dNdφ
1N
dN/dφ 1 + 2λφ/(3 + λθ) cos(2φ)
dN/dφ 1 + 2λφ/(3 + λθ) cos(2φ)
dNd(cosθ)
cosθ
1N
mm+ -
+ -e e
dN/d(cosθ) 1 + λθ cos2θdN/d(cosθ) 1 + λθ cos2θ
CSCSCSCS
(распределения
относительно сдвинуты)
dNd(cosθ)
cosθ
1N
mm+ - + -e e
cosθ |θ|
|θ|
|θ|<
<
GJGJGJGJ
HEHEHEHE
CSCSCSCS
19
Поляризация J/ψ - Preliminary
Возможно видна зависимость от атомного номера ядра мишени
“Наблюдается” странное кинематическое поведение: поляризация увеличивается с уменьшением pT. При pT = 0 результаты в трех различных системах сходятся, как это и должно быть, к одной и той же величине
GJGJGJGJ
HEHEHEHE
CSCSCSCS
CSCSCSCSCCWW
C and W combined
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 20
'
'''
ψ
J/ψ
J/ψ
ψ
J/ψ
ψ
ε
ε
N
N
σ)llBR(J/ψ
σ)llBR(ψ
Рождение ψ’/ J/
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 21
Рождение’ : xF распределение
Приведеы все мишени, поправленные на ядерные эффекты
(E866, NA50)
CEM
NRQCD
Все данные пока согласуются с обеими моделями
(а также с независимостью от xF)
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 22
Рождение ψ’ / J/ψ
√s
A
CEM
NRQCD
23
Измерения:• доля J/ψ-мезонов из
рападов χc:
• Кинематические характеристики
• A-зависимость
Отбор событий:
Данные 2002-2003~15000 χc’s (μμ + ee):
R(c) = 0.188 pol
Рождениеc
Preliminary
c
cci
c
J
JJ
ici
N
NJBR
R /
//
2
1
)/(
μ+μ−
χc1 χc2
χc→J/ψg
{e+e−
μ+μ−
+0.028
−0.026( )+0.041
−0.004
24
Измерение R(χc) Данные 2002/2003 , полная статистика (15000 χc’s):
~18.8 % J/ψ-мезонов рождаются в распадах χc
[GeV]s
(%)( )cR c
CDF CDF ((p-pp-p))
ISR ISR ((p-pp-p))
E771 E771 ((p-p-SiSi))
E705 E705 ((p-p-LiLi))
E369/ E369/ 610/ 610/ 673 673 ((p-p-BeBe))
ππ-A-A
HERA-BHERA-B
20002000
(18.0 ± 2.5stat)%(19.0 ± 1.5stat)%
e+e-
μ+μ-R(χc) =
Гипотезы o χc поляризации сдвигают центральное значение в диапазоне 18.3–23.2%
preliminary
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 25
Рождение χc: ядерное подавление
-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0 0.5 1.0 1.5xF(J/ψ) pT(J/ψ) [GeV/c]
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
Δα
<Δα> = < α(χc) – α(J/ψ) > = 0.05 ± 0.04
0.6
0.4
0.2
0
-0.2
-0.4
-0.6
Разница в подавлении между χc и J/ψ:
26
E771E771E789E789
ISRISR
E6
72
/70
6E
67
2/7
06
NA
50
NA
50
E5
95
E2
88
E5
95
E2
88
E705E705
UA6UA6E444E444
E331E331
NA3NA3
NA3NA3E331E331
/ / 1 R R Ré ùê ú= - - - -ê úë û
JDIR
JINCL Ky ys s
Как много рождается прямых J/ψ?
(18.8 )%
χc
J/ψψ′
J/ψb
J/ψ
(7.0±0.4)% (0.065±0.011)%
[Phys. Lett. B638, 407 (2006)]
[ ] ( )± ±stat systJ/ nb/nucl41.6GeV = 663 74 46ys pN
(74.2 )% от всех
J/ψ рождаются
напрямую
кривая: NLO NRQCDфит всех доступных
данных[Phys. Lett. B 638, 202 (2006)]
p-pp-A
[Phys. Rev. D 73, 052005 (2006)]
[Eur. Phys. J. C49, 545 (2007)]
preliminary (2002/2003)
+2.4–2.2
+2.2–2.4
27
Рождение частиц с открытым b–
кварком e+e−
μ+μ− J/
B
Δzp
Против пучка
По пучкуb b события идентифицированы
при помощи отстоящей вершины
анализ:
- распадная длмна (Z)
- прицельный параметр (I)MC настроена на экспериментальные распределения
Фон из MB и прямые J/ψ имеют меньшие I и ZI
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 28
Рождение частиц с открытым b-кварком
downstream
36.9 +- 8.1
downstream
46.2 +- 8.2
upstream
electron
upstream
muon ● C,Ti,W мишени
● Полная статистика
● Фит по методу максимального
правдоподобия● Область перед мишенью
(нефизическая область)
● По направлению пучка от
мишени (сигнальная область)
● Фоны:
● комбинаторный
● B/D полулептонные распады
● Не прямые J/ψ
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 29
Подтверждение рождения b-кварка
• Долго живущие кандидаты около массы J/ψ• Время жизни B согласуется с ожидаемым
1.54 ps (PDG)
= 1.39 ± 0.19 ps
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 30
14.9 2.2 2.4 nb/nucleonbb
Сечение рождения открытого b-
кварка
Предыдущий результат HERA-B 2000 (~ 10 ev)[Eur. Phys. J. C26, 345 (2003)]:
+ +- -= 14 6
12 7bb( ) 32 nb/ Ns
• Теоретическая неопределенность:
– Масса b-кварка 4.5 - 5 GeV– NLO, зависимость от
масштаба (m)• Измерения E789/E771 не
согласуются друг с другом• Метод полулептонного распада B: σ=16.2±2.5±2.8
nb hep-ex/0612024
Phys. Rev. D73 (2006) 052005
σ(b
b)
(nb
/nu
cle
on
)
Proton energy (GeV)
N. Kidonakis et al.HERA-BE789E771
R. Bonciani et al.
400 500 600 700 800 900 1000
1
10
102
σ
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 31
Рождение Y-мезонов (1S) + (2S) + (3S)
Fit: A· ((1S) + (2S) + (3S)) + B · Drell-Yan + Combinatorial
DY
comb comb
DY
30.8±7.4
75±14
(1S) : (2S) : (3S) отношение фиксировано
по данным E605
Форма из MCиз дилептонов
одинакового знака
PL B638,13 (2006)
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 32
Рождения Y-мезонов: Результаты
Нормировка на J/
s
msf 0
0 exp)(
NLO CEM
Данные согласуются с =1
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 33
заключение• Эксперимент ГЕРА-Б практически закончил свою
работу Оставшиеся 6 работ близки к завершению и будут посланы в печать в ближайшее время
• Измерены значения сечений рождения открытого и закрытого с-кварка, открытого и закрытого b-кварка в протон-ядерных столкновениях при маскимальной энергии для экпериментов с фиксированной мишенью
• Исследованы кинематические характеристики рождения J/ψ и ψ’ на ядрах
• Измерены относительные величины сечения рождения ψ(2S) и χС мезонов
• Не вошли в этот доклад исследования рождения странных частиц, поиски пентакварков, поиски распада D0 …
28.11.2007 34
Open and Hidden
Charm production at HERA-B
28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 35
Open and Hidden
Beauty production at HERA-B