Pomiar rozpadów Dalitz Hiperonów za pomocą spektrometrów HADES oraz PANDA. Jacek Biernat

Transkrypt

1 Pomiar rozpadów Dalitz Hiperonów za pomocą spektrometrów HADES oraz PANDA Jacek Biernat

2 Plan wystąpienia Motywacje pomiaru Aparatura Analiza danych z symulacji dla spektrometru PANDA Porównanie z symulacjami wykonanymi dla spektrometru HADES Konkluzje

3 Elektromagnetyczna struktura barionów G. Eichmann RRTF2013 GSI e+ q 2 >0 N N* Ne+e- N N (N*) e- N N* N Rozpady Dalitz N* Ne+e- są sposobem na zbadania struktury barionów -> oszacowanie czynników postaci Wymiana wirtualnego fotonu o wartości przekazu czteropędu q 2 niesie informacje o rozkładzie ładunku w barionie

4 Motywacja pomiaru Elektromagnetyczne czynniki postaci (ang eff ) zawierają informację odnośnie rozkładu ładunku w hadronach. W przypadku J > ½ możemy wyróżnić 3 rodzaje czynników postaci (G M,G E,G C ) Zwykle eff zależą one od q 2 (q przekaz pędu) i mogą być oszacowane w eksperymentach rozproszeniowych ( space-like-region) oraz za pomocą rozpadów Dalitz ( temat tego seminarium ) (time-like-region) eff są wrażliwe na strukturę hiperonów (na przykład korelacje typu di-quark) q q q q q q Closed circles : GE= GM, Open circles: GE= 0

5 Rozpady radiacyjnie hiperonów Inne rozpady słabo znane lub nie wyznaczone (1520) = 15.6 J= 3/2- I=0 Szerokości są czułe na strukturę hiperonów zobacz E.Kaxiras, J Moniz, M.Soyeur PRD32(1985) 695: (3/2-) (1/2+) / (3/2-) (1/2+) (zmiana izospinu) (1/2-) (1/2+) / (1/2-) (1/2+)? (barion czy pentakwark)! (1405) = 50 J = 1/2-0.85% 0.15% I=1 1.2% 0.13% (1385) = 36 J = 3/2+ Czemu by nie połączyć oba pomiary e+e- (nigdy nie zmierzone!) oraz przy wyższych energiach dla pół ekskluzywnych kanałów: pp e+e- X przekroje czynne są dość wysokie (1115) J =1/ % (1192) J = 1/2+

6 Rozpady Dalitz Rozpady Dalitz; na przykład 3/2 (1520) 1/2+ e+e- mogą posłużyć do oszacowania eff w obszarach niskiego Q 2 = (4m l ; m (1520) - m ) porównywalnie do eksperymentów anihilacyjnych Przewidywania oparte na VDM przewidując bogatą strukturę w związku z występowaniem stanów przejściowych związanych z mezonami wektorowymi,,.. na przykład R. Williams et. al. PRC48(1993)1381

7 Rozpady Dalitz Formalizm W ogólnej postaci różniczkową szerokość takiego przejścia można zapisać jako gdzie QED odpowiada za opis cząstek punktowych o określonym spinie oraz parzystości etff są to elektromagnetyczne czynnik przejścia które zależą od masy niezmienniczej leptonów i zawierają informacje o strukturze hiperonów Człon QED został oszacowany dla różny przejść barionowych M.I. Krivouchenko et.al Ann.Phys.296(2002)299, M. Zetenyi and G. Wolf Phys.Rev.C67(2003) (arxiv: ) M. Krivoruchenko for J 3/2 etff

8 d /dm Przykład (1520) 3/2-1/2+ e + e - (μ + μ - ) Wyrażenie QED przy założeniu stałych FF. FF wartości dostoswanych by otworzyć znaną szerokość radiacyjnego przejścia (1520) ( (1520)-> ) =132 kev l elektrony l miony Przerywana linia efekt prostego etff dla dipolowej postaci : 1/(1 (M/0.71) 2 ) Objawia się głownie przy wysokich masach Zintegrowane e+e- 1 kev (BR= 6.8e-5) M [GeV] Istotne e+e- / rad 1/132

9 The PANDA detector

10 PANDA FAIR kompleks akceleratorowy

11 Symulacja Zderzenia anty-proton (wiązka, pęd 4 GeV/c) z tarczą protonową Wysymulowano 0.9 M zdarzeń w 4π W symulacji uwzględniono dwa kanały 1. p p Λ 1520 Λ 1520 (stabilna) e + e π p 2. p p Λ 1520 Λ 1520 (stable) π + π π p Dane podane zostały pełnej procedurze rekonstrukcji ( opisane na grafie) Symulacja w 4π GEANT (symulacja przejścia cząstki przez materiał detektora) Rekonstrukcja śladów cząstek Obróbka wyników, rysowanie histogramów Identyfikacja cząstek

12 Metoda identyfikacji cząstek Parametryzacja została wykonana w następujący sposób: Indeks i, odpowiada detektorom użytym w analizie Indeks j, odpowiada cząstkom μ, π, K oraz protony. p jest to rozkład prawdopodobieństwa identyfikacji cząstki j w detektorze i

13 Studium tła Głównym przyczynkiem pojawienia się tła będzie Λ(1520) -> Λ 0 π + π - Istnieje prawdopodobieństwo identyfikacji cząstek π jako elektrony Eff pion to pass e_id cuts at prob > 0.50 Eff pion to pass e_id cuts at prob > 0.80

14 Stosunek sygnału do szumu Sygnał e + e - został sparametryzowany rozkładem Zeteni & Wolf i wyskalowany do BR = 6.8*10-5 Sygnał π + π - został wyskalowany do BR = 0.1 Integral: 2.23*10-1 PID 50% High luminosity mode Low luminosity mode L = 2 *10 32 / cm 2 *s L = 2 *10 31 / cm 2 *s Branching ration 6.8 * 10-5 σ = 43 μb* PID 50 % 2.23*10-1 PID 80 % 1.87*10-1 e+ e- pair reconstruction efficiency (within mass window) 180 / 24 h 18 / 24 h 16% difference Integral: 1.87*10-1 PID 80%

15 Spektrometr HADES Geometria detektora akceptacja w pełnym zakresie azymutalnym, 6 sektorów, zakres akceptanci dla 16 o <θ<84 o Rekonstrukcja torów cząstek Nadprzewodząca cewka, toroidalne pole 24 komory dryftowe (MDC) Identyfikacja cząstek (e, p, K) RICH, MDC, TOF, TOFINO, Shower (RPC) Rozdzielczość ΔMω/Mω ~ 2.1% dla ω Δp/p ~ 2-3% dla protonów oraz π

16 Porównanie z symulacją dla spektrometru HADES Planowany detektor słomkowy służący do rejestracji cząstek emitowanych pod małymi kątami θ Identyfikacja cząstek w hadesie HADES

17 Wyniki symulacji 470 par e + e - / dzień

18 Konkluzje Wydajność rekonstrukcji Λ(1520) -> Λ e+ e- w spektrometrze PANDA jest rozsądna przy założeniu pracy w trybie wysokiej świetlności Uzyskane wydajności rekonstrukcji dla spektrometru HADES przy zastosowaniu detektora słomkowego są dość wysokie.

19 Backup

20 Identyfikacja cząstek w eksperymencie PANDA

21 Analiza danych Cięcie na masie niezmienniczej Λ(1520) od 1.5 GeV/c 2 do 1.67 GeV/c 2 cząstka wartość maksymal na sigma lambda epem PID Frakcja z 4π lambda pipim PID e-1

22 Identyfikacja cząstek w eksperymencie PANDA Straw tube tracker (STT) Metoda identyfikacji de/dx Barel DIRC Cherenkov

23 Identyfikacja cząstek w eksperymencie PANDA Disc DIRC Cherenkov MVD de/dx

24 Wydajność rekonstrukcji e + /e - Wydajność 71% π + /π - Wydajność 47% p/anty-p Wydajność 49%

25 Rekonstrukcja Λ 0 Λ 0 (1115 MeV/c 2 ) Maksimum: 1115 MeV/c 2 Sigma: Rekonstrukcja: 20% Lambda.pdf

26 Reco Eff. 7% Reco Eff. 0.7% Λ(1520) reconstruction particle Fraction form 4π lambda MC Reco lambda MC PID 6360 particle peak position sigma lambda MC Reco lambda MC PID particle peak position sigma lambda MC Reco lambda MC PID

27 Λ(1520) reconstruction with PID particle peak position sigma lambda epem PID lambda pippim PID Λ(1520) e+ e- / Λ(1520) π+ π- = 1 particle peak position sigma lambda epem PID lambda pipim PID

28 Signal e+ e- A cut on the Λ(1520) Inv Mass from 1.5 GeV/c 2 to 1.67 GeV/c 2 Bremsstrahlung particle Fraction form 4π Signal Reco Signal PID 3300

29 Λ(1520) reconstruction particle mean sigma lambda epem Reco lambda pippim RECO particle mean sigma lambda epem Reco lambda pipim RECO

30 Missing mass Leptonic Hadronic