Калибровка время проекционной камеры эксперимента HARP и измерение сечений рождения адронов в адрон-ядерных взаимодействиях на тантале и свинце для проектирования нейтринной фабрики

Одной из наиболее важных задач современной физики элементарных частиц является создание новых высокоинтенсивных источников нейтрино известного состава с контролируемым спектром. Такие источники нужны для проведения ускорительных экспериментов по измерению вероятности осцилляций ь>ц —> ve и определению #13, по поиску CP-симметрии в лептон-ном секторе, решению проблемы иерархии масс и т. д. В настоящее время наиболее перспективными кандидатами на роль подобных источников являются мюониые накопительные кольца (нейтринные фабрики). Создание такого ускорительного комплекса требует решения многих технических задач, одной из которых является производство и фокусировка максимально интенсивного потока 7г-мезонов для получения достаточного количества мюонов, что в конечном итоге определяет интенсивность пучка нейтрино. Оптимизация мюонного источника требует выбора подходящего материала мишени и точного знания спектров и угловых распределений 7г-мезонов, образующихся в протон-ядерных взаимодействиях в мюонном источнике. Однако, точность имеющихся измерений по выходу вторичных пионов в протон-ядерных взаимодействиях при энергии 2−10 ГэВ/с явно недостаточна (неопределенность в 2 раза).

Задачей эксперимента HARP является прецизионное систематическое измерение инклюзивных дважды дифференциальных сечений рождения адронов во взаимодействиях протонов и заряженных пионов с ядрами.

Целью данной диссертационной работы является измерение инклюзивных дважды дифференциальных сечений рождения адронов во взаимодействиях протонов и заряженных пионов (тг+, 7г—) с импульсами от 3 до 15 ГэВ/с с тонкими мишенями толщиной 5% от длины ядерного взаимодействия, изготовленными из тантала и свинца. Атомные массы тантала (А = 181,0) и свинца (А = 207,2) близки к атомной массе ртути (А = 200,6) и вольфрама (А = 183,84), которые, как и сам тантал, являются кандидатами для использования в качестве мишени источника пионов нейтринной фабрики. Поэтому измерения выходов вторичных адронов на этих мишенях представляют несомненный интерес.

Основное содержание диссертационной работы изложено в следующих публикациях /1, 2, 3, 4/.

Диссертация состоит из четырех глав.

Первая глава содержит описание физических целей эксперимента HARP и общее описание детектора. Вторая глава содержит описание процедуры калибровки время-проекционной камеры. Третья глава заключает в себе информацию о реконструкции событий в ТРС эксперимента HARP и описание метода идентификации вторичных частиц. Четвертая глава посвящена результатам измерения инклюзивных дважды дифференциальных сечений рождения вторичных адронов во взаимодействиях пучковых адронов с ядрами тантала и свинца.

1. Эксперимент HARP.

Заключение

.

1. Детектор HARP был построен для проведения программы систематических точных измерений рождения адронов во взаимодействиях протонов и пионов с энергиями от 1, 5 ГэВ/с до 15 ГэВ/с с различными ядерными мишенями. Эти измерения необходимы для расчета характеристик протонного ускорителя проекта нейтринной фабрики и для уточнения работы программ-генераторов адронных взаимодействий. Детектор HARP состоит из детекторов пучковой части, триггерных детекторов, спектрометра больших углов и спектрометра малых углов. В данной работе анализировались данные, полученные с помощью спектромера больших углов. Он состоит из время-проекционной камеры (ТРС) и плоских резистивных камер (RPC), расположенных внутри соленоидального магнита.

2. Задача измерения сечений с точностью ~5% (точность, необходимая для оптимизации источника пионов нейтринной фабрики) требует абсолютной точности измерения импульса вторичных частиц лучше, чем 2%. Для достижения такой точности на установке HARP были изучены искажения треков во время-проекционной камере. Выявлено два типа искажений треков: статические и динамические. Разработан метод коррекции этих искажений. Коррекция искажений по координате г • ф во всем объеме ТРС проведена с точностью лучше, чем 300 мкм. Разрешение по поперечному импульсу рт составило 20−25% при рт = 1 ГэВ/с. Абсолютная точность измерения импульса лучше 2%.

Основные характеристики ТРС, полученные после калибровки, сведены в Таблицу 4.4.

Наименование Значение.

Разрешение по г • ф, мм Разрешение 1/рт, (ГэВ/с)-1 Разрсшение по z, мм Разрешение по в для 60°, мрад Разрешение по dE/dx, % 0,6 — 2,4 0,20 — 0,25 ~3,5 -16.