Материал: Добрецов Сборник лабораторных работ по ядерной физике Ч.3 2013

2. Отсутствие аналитической функции, описывающей распределения (20.6) и (20.7) делает сложным использование метода наименьших квадратов для анализа соответствия экспериментального и ожидаемого распределений и вычисления их параметров. С другой стороны, известно, что распределения могут быть идентифицированы по величинам их моментов (см. работу 1). В табл. 20.1 приведены средние распределений, их среднеквадратичные σ и параметры асимметрии распределений As = M3/σ3 – третий момент, нормированный на σ3. Свертка проведена при σнр нормального распределения равной 0,1·R0. Как следует из таблицы, распределение, отвечающее 2-частичному распаду, имеет на 30 % больший пробег и в несколько раз больший параметр As, чем при

3-частичном распаде. Это может служить тестом на моду распада π+-мезона.

3. Определить среднее значение проекции p = pэксп /K пробега частиц – продуктов распада, погрешность среднего p , стандартное отклонение распределения σ и параметр асимметрии As± As.

85

Контрольные вопросы

1. Приведите схемы распада π+-мезона. Бренчинг какой из них максимален?

2.Опишите схему экспериментальной установки по получению π+-мезонов и регистрации его распада.

3. Опишите методику измерений и результаты обработки полученных данных.

86

Р а б о та 22

СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЙ И ОБРАБОТКИ ТРЕКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ МЕТОДАМИ КОМПЬЮТЕРНОЙ ГРАФИКИ

Цель − знакомство с системой измерений и обработки трековой информации методами компьютерной графики на примере изучения кинематики двухчастичных распадов, измерение массы и времени жизни Λ-гиперонов.

ВВЕДЕНИЕ

Объём информации с современных сложных детекторов, использующихся в физике высоких энергий, составляет 106 – 1012 байт. Обработка информации такого объёма немыслима без современных компьютерных технологий. Чтобы извлечь физическую информацию со сложных детекторов, необходимо потратить не меньше человеческих ресурсов, чем их требуется на проектирование и создание самих детекторов.

Помимо общеизвестной математической статистики, анализ экспериментальных данных включает:

отбор и запись интересующей информации, распознавание следов и ливней, реконструкцию событий в целом, оценку кинематических параметров, разделение полезных и фоновых событий,

использование графических средств для интерпретации и представления данных,

создание и эксплуатацию больших математических программ, реализующих алгоритмы анализа данных [13].

Практически со всеми элементами анализа экспериментальных данных можно наглядно познакомиться на примере обработки информации с пузырьковой камеры.

Материалом для работы служат цифровые копии снимков, полученных на ксеноновой пузырьковой камере ДИАНА [12], облучённой в пучке антипротонов протонного синхротрона ИТЭФ.

87

Антипротоны останавливаются внутри камеры, что позволяет изучать процессы аннигиляции как при остановке, так и налету. Благодаря свойствам жидкого ксенона (плотность 2,2 г/см3, заряд ядра Z = 54, радиационная длина X0 = 3,7 см) и большому объёму (70×70×140 см3) ДИАНА является уникальным 4π-детектором γ-квантов с эффективностью η = 97-99 % для широкого круга процессов, а также позволяет регистрировать распады

K s0 → π+ + π– и Λ → p + π– с эффективностью, близкой к 100 %.

ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА

Изучается распад Λ → p + π–. В табл. 22.1 приведены основные характеристики всех частиц, участвующих в этом процессе1 [8].

В настоящей работе предлагается определить массу Λ-гиперо- нов по продуктам распада и оценить их время жизни.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАСС СТРАННЫХ ЧАСТИЦ ПО ПРОДУКТАМ ИХ РАСПАДА

Процесс идентификации распадов странных частиц заключается в проверке соотношений, вытекающих из законов сохранения. Суммарный электрический заряд продуктов распада должен равняться заряду распадающейся частицы. Для трековых приборов, работающих в магнитном поле, знаки зарядов частиц легко установить по кривизне следов. Если магнитное поле отсутствует, то знак заряда π-мезона, например, можно установить в случае его остановки в объеме детектора по следующим признакам: положительный пион распадается по схеме π+ → μ+ → e+, отрицательный пион поглощается ядром рабочего вещества.

1 Подробнее о странных частицах, их характеристиках и взаимодействиях см. работу 15.

88

Следствием закона сохранения импульса является условие компланарности следов частиц – продуктов распада.

На рис. 22.1 схематически показаны образование и распад нейтральной частицы на две заряженные. Пунктиром обозначено направление полета нейтральной частицы, сплошными линиями − следы заряженных частиц. Условие компланарности в этом случае заключается в том, чтобы точка образования нейтральной частицы (точка А) лежала в плоскости, образованной направлениями полета продуктов распада (линии 1 и 2). Очевидно, линия полета нейтральной частицы должна проходить между следами вторичных частиц. Проверка условия компланарности позволяет отбросить случаи, не относящиеся к двухчастичным распадам (например, двухлучевые звезды, вызванные нейтронами; случайные V-образ- ные рассеяния частиц).

Рис. 22.1

Случаи, относящиеся к двухчастичному распаду, должны удовлетворять уравнениям

где М и Р – масса и импульс распадающейся частицы; m1 и m2, P1 и P2 − массы и импульсы вторичных частиц. Для вторичных частиц, пробег которых укладывается в камере, импульсы Р1 и Р2 определяются с большой точностью. Решение уравнений (22.1)–(22.3) позволяет определить массу и импульс распадающейся частицы.

89