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通過(guò)Primakoff效應(yīng)高精度測(cè)量π~0介子的壽命

發(fā)布時(shí)間:2020-10-18 12:43
   π0介子作為強(qiáng)子譜中最輕的粒子,對(duì)QCD基本對(duì)稱性問(wèn)題的理解起到至關(guān)重要的作用。QCD手征微擾論對(duì)π0介子壽命的理論預(yù)測(cè)精度達(dá)到了1%左右。美國(guó)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室Jefferson Lab進(jìn)行的PrimEx實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目,利用Primakoff效應(yīng)力求以1.4%的實(shí)驗(yàn)精度測(cè)量π0介子壽命,從而嚴(yán)格檢驗(yàn)這個(gè)基本的理論預(yù)測(cè)結(jié)果。該項(xiàng)目的第一期實(shí)驗(yàn)PrimEx-Ⅰ的實(shí)驗(yàn)結(jié)果測(cè)量精度為2.8%,這個(gè)結(jié)果很大程度上提高了PDG收錄的π0介子壽命的精度。為了達(dá)到最終1.4%的測(cè)量精度,PrimEx合作組在2010年進(jìn)行了第二期實(shí)驗(yàn)PrimEx-Ⅱ。本論文主要介紹primex-Ⅱ的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析和π0介子衰變寬度的提取。PrimEx實(shí)驗(yàn)利用JLab Hall B的光子標(biāo)記設(shè)備Tagger產(chǎn)生的韌致輻射光子照射實(shí)驗(yàn)靶,通過(guò)Primakoff效應(yīng)產(chǎn)生π0介子,其中韌致輻射光子的能量范圍為4.4GeV到5.3GeV。π0介子在很短的時(shí)間內(nèi)(10-17秒),以98.8%的分支比衰變?yōu)閮蓚(gè)光子,這兩個(gè)光子最終會(huì)被高分辨率的電磁量能器HyCal探測(cè),并提供其能量、時(shí)間和位置信息。根據(jù)這些信息重建π0介子的四維矢量(4-vectors),得到小角度范圍內(nèi)(00-2.50)光致生成π0介子的微分截面。最后通過(guò)擬合分析微分截面來(lái)提取Primakoff效應(yīng)的貢獻(xiàn),從而得到π0介子的衰變寬度Γπ0→rr°本論文首先對(duì)部分探測(cè)器標(biāo)定做了分析和介紹。然后分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并提取光致生成π0介子的微分截面和π0介子的衰變寬度Γπ0→rr°π0介子衰變寬度的初步結(jié)果為:對(duì)于12C靶,Γπ0→rr°=7.69±0.12(stat.)eV;對(duì)于28Si靶,Γπ0→rr°=7.76±0.065(stat.)eV。目前已經(jīng)完成實(shí)驗(yàn)測(cè)量Γπ0→rr°的絕大部分系統(tǒng)誤差分析,現(xiàn)有系統(tǒng)誤差分析結(jié)果為0.50%(12C),0.58%(28Si)。 其余的系統(tǒng)誤差項(xiàng)分析將作為本論文的后續(xù)工作。除了分析光致生成π0介子反應(yīng)總截面,本論文還分析并提取了12C靶和28Si靶的光子反應(yīng)總截面,來(lái)間接驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)靶厚度和密度的測(cè)量結(jié)果。目前光子反應(yīng)總截面的分析精度約為2%,該結(jié)果還需要與其它理論和實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比。
【學(xué)位單位】:蘭州大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】:博士
【學(xué)位年份】:2015
【中圖分類】:O572.33
【文章目錄】:
中文摘要
Abstract
第一章 引言
第二章 物理研究意義與進(jìn)展
    2.1 物理研究意義
π0
→γγ實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)介'>    2.2 幾種測(cè)量Γπ0
→γγ實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)介
        2.2.1 直接測(cè)量法(Direct Method)
        2.2.2 雙光子反應(yīng)法(γγ Collision Method)
        2.2.3 利用Primakoff效應(yīng)測(cè)量法(The Primakoff method)
    2.3 PrimEx實(shí)驗(yàn)
第三章 實(shí)驗(yàn)裝置
    3.1 概述
    3.2 Jeffrson Lab加速器
    3.3 Hall B光子標(biāo)記設(shè)備(Photon Tagger)
    3.4 PRIMEX-Ⅱ?qū)嶒?yàn)靶
    3.5 正負(fù)電子符合譜儀PS(Pair Spectrometer)
    3.6 混合電磁量能器(The Hybrid Calorimeter,簡(jiǎn)稱HyCal)
    3.7 全吸收型計(jì)數(shù)器TAC(The Total Absorption Counter,TAC)
第四章 探測(cè)器標(biāo)定
    4.1 Tagger內(nèi)部探測(cè)器的時(shí)間校準(zhǔn)
        4.1.1 T-counter左右符合信號(hào)的時(shí)間校準(zhǔn)
        4.1.2 相鄰T-counter的符合信號(hào)時(shí)間校準(zhǔn)
        4.1.3 T-counter和E-counter的符合信號(hào)時(shí)間校準(zhǔn)
    4.2 檢查HyCal ADC的工作狀態(tài)
    4.3 HyCal位置坐標(biāo)的校準(zhǔn)
0
介子產(chǎn)額隨成角在X和Y軸投影的分布'>        4.3.1 π0介子產(chǎn)額隨成角在X和Y軸投影的分布
        4.3.2 “單臂的”Compton事件
    4.4 本章小結(jié)
0
介子反應(yīng)截面和Γπ0
→γγ的測(cè)量'>第五章 光致生成π0介子反應(yīng)截面和Γπ0
→γγ的測(cè)量
    5.1 數(shù)據(jù)選擇
0
的不變質(zhì)量和生成角度'>    5.2 重建π0的不變質(zhì)量和生成角度
        5.2.1 束流光子的選擇
        5.2.2 Cluster-pair的選擇
0
介子的不變質(zhì)量Mγγ和生成角度θπ0
'>        5.2.3 重建π0介子的不變質(zhì)量Mγγ和生成角度θπ0

        5.2.4 能量約束條件(Energy Constraint)
0
介子產(chǎn)額'>        5.2.5 π0介子產(chǎn)額
    5.3 兩種實(shí)驗(yàn)本底的扣除
        5.3.1 光致生成ω介子本底
        5.3.2 “最佳時(shí)間”束流光子選擇法引入的本底
0
介子生成的實(shí)驗(yàn)?zāi)M'>    5.4 光致π0介子生成的實(shí)驗(yàn)?zāi)M
0介子的反應(yīng)截面'>    5.5 光致生成π0介子的反應(yīng)截面
        5.5.1 入射光子總數(shù)
        5.5.2 實(shí)驗(yàn)靶的厚度和密度
        5.5.3 實(shí)驗(yàn)效率
        5.5.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果
    5.6 系統(tǒng)誤差分析
0→γ γ的分支比'>        5.6.1 π0→γ γ的分支比
        5.6.2 實(shí)驗(yàn)靶的厚度和密度
        5.6.3 單個(gè)γ光子能量的截?cái)?br>        5.6.4 雙光子能量之和的截?cái)?br>        5.6.5 HyCal的坐標(biāo)原點(diǎn)校準(zhǔn)
        5.6.6 HyCal的XY平面垂直度校準(zhǔn)
        5.6.7 時(shí)間偶然符合修正
        5.6.8 時(shí)間tdiff截?cái)嗟男?br>        5.6.9 實(shí)驗(yàn)靶與HyCal之間距離的測(cè)量不確定度
        5.6.10 “最佳時(shí)間”TAGM光子的選擇
        5.6.11 由ω本底扣除引入的系統(tǒng)誤差
        5.6.12 實(shí)驗(yàn)誤差總結(jié)
    5.7 本章小結(jié)
第六章 光子反應(yīng)總截面的測(cè)量
    6.1 理論背景簡(jiǎn)介
28Si靶的光子反應(yīng)總截面計(jì)算公式'>        6.1.1 28Si靶的光子反應(yīng)總截面計(jì)算公式
12C靶的光子反應(yīng)總截面計(jì)算公式'>        6.1.2 12C靶的光子反應(yīng)總截面計(jì)算公式
in
和出射光子數(shù)Nout的探測(cè)與分析'>    6.2 入射光子數(shù)Nin和出射光子數(shù)Nout的探測(cè)與分析
absolute
和Nin'>        6.2.1 光子絕對(duì)標(biāo)記率Rabsolute和Nin
  •         6.2.2 Nout及光子與靶物質(zhì)發(fā)生相互作用的概率η
        6.3 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析
            6.3.1 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)介紹
            6.3.2 TAC ADC増益的刻度
    cut以及它的效率'>        6.3.3 光子能量沉積率的閡值Rcut以及它的效率
            6.3.4 TAC和Tagger時(shí)間符合事件的確定
        6.4 光子反應(yīng)總截面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論
            6.4.1 TAC ADC增益和pedestal的不確定度引起的系統(tǒng)誤差
    cut的不確定度引起的系統(tǒng)誤差'>        6.4.2 光子能量沉積率閾值Rcut的不確定度引起的系統(tǒng)誤差
            6.4.3 由TAC TDC cut的不確定度引起的系統(tǒng)誤差
            6.4.4 由ε的不確定度引起的系統(tǒng)誤差
            6.4.5 由α的不確定度引起的系統(tǒng)誤差
            6.4.6 由光子絕對(duì)標(biāo)記率的穩(wěn)定性引起的系統(tǒng)誤差
            6.4.7 結(jié)果與討論
    第七章 實(shí)驗(yàn)總結(jié)與展望
        7.1 實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新點(diǎn)
        7.2 實(shí)驗(yàn)總結(jié)和展望
    附錄
    參考文獻(xiàn)
    在學(xué)期間的研究成果
    致謝

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    本文編號(hào):2846317

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