Badanie rozpadów mezonu  w eksperymencie WASA

1. Badanie rozpadów mezonu  w eksperymencie WASA Marcin Berłowski Pod opieką prof. dr hab. Joanny Stepaniak

2. Plan prezentacji • Eksperyment CELSIUS/WASA • Mezon  • Układ doświadczalny • Rekonstrukcja przypadków • Analiza przypadków • Trochę o przyszłości • Zakończenie

3. Eksperyment CELSIUS/WASA • Pierścień akumulujący • Protony z zewnętrznego akceleratora o E=180 MeV rozpędzane do EMax=1,45GeV • Obwód 82 m • Protony lub deuterony • Duża świetlność (ok. 5·1030 cm-2s-1) • Reakcje przyprogowe: - mały kąt produktów rozpadu - badanie oddziaływania między produktami reakcji - mniejsze tło

4. Zestalony wodór lub deuter Częstotliwość 5-12 kHz Średnica kropel 25-50 μm Rozpędzone do prędkości 60 m/s Ciekła tarcza

5. Mezon  • Masa ok. 547,4 MeV/c2 • Czas życia ok. 5·10-19 s • Wszystkie liczby kwantowe za wyjątkiem C=+1 i P=-1 równe zeru • Skład w modelu kwarkowym będący mieszaniną stanów 1 i 8z kątem mieszania 20° |1sin8cos Duża masa (w porównaniu z mezonami ) związana z domieszką kwarków dziwnych • Długi czas życia, gdyż wszystkie kanały rozpadu są w jakiś sposób zabronione

6. Mezon  - co jest w nim interesującego? • Domieszka gluonów w funkcji falowej  i ’ (szczególnie w ’) • Poszukiwania możliwości łamania symetrii izospinowej oraz symetrii ładunkowej C oraz symetrii CP • Duża ilość kanałów rozpadów – możliwe różnorodne eksperymenty • Badanie formfactora mezonu  w rozpadach leptonowych

7. Układ detekcyjny – centralny i przedni detektor

8. Układ detekcyjny – komora dryfowa • 1738 rurek w 17 warstwach • Średnica rurek od 4 do 8 mm • Wypełnione CO2 i argonem

9. Plastic scintillator barell Szybki detektor, istotny w systemie wyzwalania

10. Układ detekcyjny – tagging spectrometer • Reakcja pd3He • Jon helu pod bardzo małym kątem • System wyzwalania oparty o obserwację 3He nie wybiera nam konkretnych rozpadów mezonu 

11. Układ detekcyjny – tagging spectrometer

12. Rekonstrukcja torów w komorze dryfowej

13. Rekonstrukcja torów w komorze dryfowej • Ruch cząstki w polu magnetycznym pt=0.3|q|Br

14. Czas t0 • Jest to moment zajścia reakcji • Potrzebne dokładne wyznaczenie, aby zdolność rozdzielcza komory była większa niż średnica rurki • Czasy dryfu elektronów w komorze są rzędu mikrosekund a nam potrzebna dokładność rzędu nanosekund • W eksperymencie pd3He nie można było korzystać z detektorów przednich

15. Poprawki do analizy przypadków • Zwiększenie dokładności uzyskiwania czasu t0 poprzez uwzględnienie: - czasu przelotu cząstki z miejsca interakcji do detektora, kształtu jej toru i rodzaju cząstki - opóźnienia związanego z scyntylacją w detektorze plastikowym i przebiegiem impulsów w fotopowielaczach i światłowodach, w zależności od miejsca uderzenia w detektor • Dokładności wyznaczenia pędu w komorze (9%-13% w zależności od pędu cząstki i jej kąta) poprawiła się po uwzględnieniu poprawek

16. Analiza – identyfikacja cząstek

17. Analiza – rozpady leptonowe 

18. Analiza – rozpad e+e- Dane inv_mass_eeg Monte Carlo

19. Analiza – rozpad e+e- e+e-

20. Analiza – rozpad e+e- e+e-

21. Analiza • Teoretyczne oceny BR biorąc pod uwagę całkowitą ilość przypadków i efektywność rekonstrukcji zgadzają się z danymi eksperymentalnymi: BR (e+e-) = 4,9·10-3 BR(e+e- e+e-) = 2,4·10-5

22. Coś o przyszłości... • Eksperyment WASA@COSY : - mniejsza szerokość wiązki i większe jej energie  zwiększenie świetlności do ok. 1032cm-2s-1 większe statystyki - Poszukiwanie e+e- - nie tylko  lecz także ’ (wkład gluonów do funkcji falowej ’, kąt mieszania ze stosunku rozpadów  i ’ na , stosunki mas kwarków z rozpadów 3) - Poszukiwanie ciekawych rozpadów  (na e+e-, e+e- +-) i ’ (na np.: 000, e+e-, 0e+e-, )

23. Dziękuję za uwagę...