авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 |

Исследования выходов нейтральных пионов в реакции au +au при энергии 200 гэв/нуклон

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

НЯНИН Александр Станиславович

Исследования выходов нейтральных пионов в реакции

Au +Au при энергии 200 ГэВ/нуклон

01.04.16 – физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Москва – 2010

Работа выполнена в Российском научном центре

«Курчатовский Институт»

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук Фокин Сергей Леонидович

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук Григорьев Владислав Анатольевич

доктор физико-математических наук Тарасов Юрий Александрович

Ведущая организация – Институт Физики Высоких Энергий (г. Протвино)

Защита состоится « 28 » июня 2010 г.

в 16 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 520.009.03 в Российском научном центре «Курчатовский институт» по адресу: Москва, 123182, пл. академика Курчатова, дом 1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РНЦ «Курчатовский институт».

Автореферат разослан « 24 » мая 2010 г.

Учёный секретарь

диссертационного совета

доктор физико-математических наук А.Л.Барабанов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Относительно новая область экспериментальной физики – релятивистская ядерная физика сформировалась в середине восьмидесятых годов ХХ века. И произошло это во многом благодаря развитию экспериментальной техники, предоставившей возможности ускорять ядра до очень высоких энергий, начиная с 3.6 ГэВ/нуклон (19 F, синхрофазотрон в г.Дубна, Россия)[1], 14.5 ГэВ/нуклон (197Au, AGS, Брукхейвен, США), 158 ГэВ/нуклон (208Pb, SPS, ЦЕРН, Швейцария) и до рекордной на сегодняшний день энергии 200 ГэВ/нуклон (197Au+Au, RHIC, Брукхейвен, США). Ядерные взаимодействия при максимально доступных на сегодняшний день энергиях, являются, вероятно, единственным способом получения в лабораторных условиях “макроскопических” сгустков нагретой ядерной материи при экстремальной плотности. Это даёт возможность экспериментаторам приблизиться к условиям, существовавшим в первые мгновения Вселенной после так наываемого «Большого Взрыва» и позволяет изучать уравнение состояния ядерного вещества в широком диапазоне температур и плотностей, при таких условиях возможен фазовый переход от адронной материи к новому состоянию вещества – кварк-глюонной плазме (КГП), предсказанный в теоретических работах [2, 3].

Нейтральные пионы, имеющие большие поперечные импульсы, в основном, рождаются в результате жёстких партон-партонных столкновений, которые происходят в начальной фазе ядро-ядерного столкновения. Выходы таких пионов сильно зависят от свойств той среды, через которую проходит партон, и измерения спектров нейтральных пионов дают возможность исследовать свойства сгустка, образующегося в ядро-ядерном столкновении [4]. Изучение свойств 0-мезонов, помимо самостоятельного интереса, необходимо для извлечения прямых фотонов, поскольку нейтральные мезоны являются основным комбинаторным фоном.



Исследование зависимостей выхода нейтральных пионов от поперечного импульса, степени центральности и сорта взаимодействующих частиц может позволить сделать выбор между различными видами уравнения состояния, между различными степенями термализации системы, а также ответить на вопрос о наличии или отсутствии фазового перехода в КГП.

На сегодняшний день - нахождение уравнения состояния ядерной материи и обнаружение её возможного фазового перехода в КГП стоят в ряду основных задач релятивистской ядерной физики. В представленной диссертационной работе получены инвариантные сечения выхода нейтральных пионов для ядро-ядерных соударений на встречных пучках ускорительного комплекса AGS-RHIC в реакции Au + Au при 200 ГэВ/нуклон.

Цель работы.

Основной целью данной диссертации являлось разработка методик измерений, измерение и исследование спектров нейтральных пионов с помощью электромагнитного калориметра LeadGlass, созданным в РНЦ “Курчатовский институт», в эксперименте PHENIX для реакции Au + Au с энергией в системе центра масс 200 ГэВ, в зависимости от степени центральности соударения и величины поперечного импульса.

Эксперимент проводился на релятивистском тяжелоионном коллайдере RHIC в Брукхейвенской Национальной Лаборатории [5].

Актуальность работы.

В настоящее время на самых высокоэнергетичных ускорителях мира: RHIC (Брукхейвен) и LHC (ЦЕРН) исследуются релятивистские ядро – ядерные взаимодействия, и это позволяет изучить уравнения состояния ядерной материи в условиях экстремально высоких температур и плотностей. Это уникальная возможность экспериментально исследовать переход в кварк-глюонную плазму, где по теоретическим предсказаниям, отдельные кварки могут находиться в свободном состоянии.

Согласно теоретическим предсказаниям, кварк-глюонная плазма через некоторое время после возникновения остывает и переходит в адронный газ, который затем распадается на адроны, где кварки уже находятся в связанном состоянии.

Научная новизна.

Впервые в мире на ускорительном комплексе RHIC на встречных пучках ионов золота, в рамках эксперимента PHENIX были получены инклюзивные спектры нейтральных пионов для энергии в системе центра масс равной 200 ГэВ/нуклон. Впервые были получены данные, свидетельствующие о подавлении выхода 0-мезонов для ядро-ядерных соударений с высокой степенью центральности. Обнаружение подавления выхода адронов, как нейтральных, так и заряженных (Jet quenching), позволило наложить серьезные ограничения на возможные модели эволюции горячей материи и оценить температуру нагретой области в центральных столкновениях

Конкретный личный вклад автора.

По теме диссертации в соавторстве опубликованы 5 работ.

Автор принимал участие в подготовке и проведении эксперимента PHENIX: в создании установки, настройке узлов, калибровке детектора, принимал участие в измерительных сеансах и обработке полученных данных.

Автором проведены исследования отклика электромагнитного калориметра на вторичных пучках синхротрона AGS, позволившие выработать параметры кластеризации, учитывающие энергитические и угловые завистмости.

Автором разработана и применена методика настройки оптимальных параметров считывющей электроники для эффективной работы детектора.

Автором написан пакет программ, с помощью которго проводилась поправка энерговыделения в индивидуальном модуле с учётом угла падения частицы.

Автором была проведена энергитическая и временная калибровка каналов электромагнитного калориметра на основе свинцового стекла.

Автором были получены инвариантные сечения выходов 0-мезонов в ультрарелятивистских соударениях Au +Au.

Апробация работы и публикации.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах, список которых приведён в конце автореферата.

Положения, выносимые на защиту:

  • Методика калибровки электромагнитного калориметра.
    • Калибровка энергетических и временных каналов.
    • Выбор оптимальных параметров считывющей электроники для эффективной работы детектора.
    • Методика учёта и корректировки времязависимых коэффициентов усиления.
    • Определение эффективности регистрации, аксептанса и других поправочных коэффициентов для получения выхода 0-мезонов.
  • Разработка методов определения кластера (совокупности соседних детекторов калориметра, в которых происходит выделение энергии при попадании частицы).
  • Исследования и учёт поправок, вносимых в получаемые значения выходов нейтральных пионов статистическими и систематическими погрешностями измерений.
  • Получение инвариантных сечений выхода 0-мезонов в ультрарелятивистских соударениях Au +Au при = 200 ГэВ.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и приложения. Диссертация содержит 124 страницы текста, в том числе 33 таблицы и 78 рисунков. Список использованной литературы содержит 62 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

Во введении рассказывается о фундаментальных задачах современной релятивистской ядерной физики: воспроизведении в лаборатории условий ранней Вселенной, путём создания сгустков высоковозбуждённой ядерной материи, изучении уравнения состояния, степени термализации этих сгустков и возможного перехода в кварк-глюонную плазму (КГП). Рассматриваются экспериментальные сигналы-признаки, указывающие на возможность существования такой формы ядерного вещества, как кварк-глюонная плазма. Кратко сформулирована цель работы.

В первой главе описывается установка эксперимента PHENIX (рисунок 1), её подсистемы, их устройство и назначение и приводятся основные характеристики детекторов, использующихся эксперименте. Кратко описываются подсистемы, которые были использованы для формирования триггерных сигналов произошедшего события и выработки триггера minimum bias. Для определения степени центральности события использовались Калориметр Нулевого Угла (ZDC) и Пучковый Детектор (BBC)

 Рисунок.1 Схема эксперимента PHENIX -1
Рисунок.1 Схема эксперимента PHENIX

Трекинг заряженных частиц в центральном плече проводился с использованием дрейфовых камер, падовых камер и время-проэкционных камер. Дрейфовые камеры обеспечивали прецизионное детектирование траекторий частиц для измерения их поперечного импульса. Идентификацию частиц осуществляли времяпролётная подсистема и кольцевой черенковский детектор.

Гамма-кванты регистрировались электромагнитными калориметрами. В эксперименте использовались два типа калориметров. Один, на основе свинцовых и сцинтилляционных пластин, другой, состоящий из 9216 спектрометрических каналов на базе свинцового стекла – LeadGlass, регистрирующего черенковское излучение и перекрывающим область псевдобыстрот -0,45 < < 0,45.

Во второй главе описана структура электромагнитного калориметра, мониторинговая система, считывающая и управляющая электроника, специально созданная под этот эксперимент. Приводятся процедуды и методики работы детектора с различными коэффициентами усиления электроники. Контроль и коррекция времязависимых коэффициентов усиления.

В ходе подготовки калориметра к работе на RHIC в составе PHENIX, были задействованы выведенные электронные пучки ускорителя AGS.

Одной из решаемых в ходе работы задач, было получение отклика калориметра на частицы, падающие под отличным от нормали углом к детектору.

 Энергетические спекрты-2

Рисунок 2. Энергетические спекрты электронов с энергией Е = 500 МэВ/с, попавшие в область: а) 20х20 мм от центра модуля; б) 30х30мм от центра модуля; в) область, соответствующая зазору между модулями

Представлял интерес и вопрос, как влияют технологические зазоры между модулями, внутри и между супермодулями, на энергетическое и пространственное разрешение детектора [6,7]. Сборка позиционировалась под углами 00 200, для пучков электронов в диапазоне энергиий до 10 ГэВ/с. На рисунке 2 видно, что для низкоэнергетичных частиц влияние физического зазора между супермодулями не существенно для учета потерь энергии электромагнитного ливня. Были исследованы зависимости величины измеренной энергии от значения угла налетающих частиц. Была установлена зависимость пространственного разрешения сборки 5х5 модулей от величины угла падения налетающей частицы. Результаты проведённых исследований легли в основу методов определения кластеров и формы электромагнитного ливня для LeadGlass калориметра.

Процедура идентификации кластера, профиль электромагнитного ливня, разделение перекрывающихся кластеров.

В основном, алгоритм анализа кластерных событий для электромагнитного калориметра эксперимента PHENIX базировался на следующем:

Нахождение кластера. Кластером называется группа соприкасающихся (хотя бы одной гранью) между собой модулей детектора, если энергия каждого из модулей лежит выше установленного шумового порога измерительной электроники.

Определение максимума для кластера. Определение максимума кластера производится после разделения задействованных модулей калориметра в соответствии с положениями и амплитудами сигнала. Для групп модулей, соприкасающихся между собой, и имеющих более одного выраженного максимума, применялась процедура расщепления на составляющие кластеры и определялся максимум энерговыделения.

Сравнения форм электромагнитного ливня кластера с расчётной формой, основанной на полном энерговыделении с учётом угла падающей частицы. В качестве критерия был выбран 2 и процедура, описывающаяся в работе [8].

Сравнение с порогом значения выбранного 2. В случае если выбранный кластер проходит тест – дальнейший анализ не проводится, если нет, кандидат в кластеры отвергается для последующего расщепление на составляющие кластеры.

Профиль ливня в LeadGlass калориметре.

Для расчёта формы электромагнитного ливня использовался стандартный пакет программ GEANT 3.21[9]. Геометрические параметры сборки модели полностью соответствовали прототипу, участвовавшему в работе на AGS. Диапазон импульсов смоделированных электронов соответствовал 1 10 ГэВ/с, а интервал исследуемых углов падения 0о 20о. Размытие по энергии, выделенной в модуле, соответствовало 10 МэВ шумовому эквиваленту, разыгранному по распределению Гаусса. Шумовой порог, использованный для анализа кластеров, соответствовал 30 МэВ.


Рисунок 3 Результаты преобразования координат для частиц, падающих под углом, отличным от нормали.





В качестве оценки профиля электромагнитного ливня может быть использована зависимость энергии, выделившейся в модуле калориметра от расстояния между его центром и местом попадания налетающей частицы. Эту величину принято называть центром тяжести электромагнитного ливня (Center Of Gravity – COG). Результат применения преобразования коордитат с учётом COG для электронов с энергией 5 ГэВ/с представлен на рисунке 3, для случая = 20o и двух различных азимуталных углов .

Доверительный уровень.

На практике более удобно использовать доверительный уровень (Confidence Level – CL()), чем , поскольку последнее распределяется по 2, а CL лежит в пределах от 0 до 1. Используя значение критерия CL, можно определить насколько много «реальных» частиц будет потеряно. Поэтому важно иметь это распределение максимально приближённым к идеальному, чтобы учесть все возможные комбинации для энергий и углов падения частиц.

В случае не перпендикулярного падения частиц, флуктуации протяжённости распространения ливня будут увеличивать энергетические флуктуации в модуле. Дополнительной коррекции на различные азимутальные углы , как показал анализ, не требуется в виду слабой зависимости.

Перекрывающиеся кластеры.

Вероятность идентифицировать кластер, образованный двумя перекрывающимися электромагнитными ливнями, показа на рисунке 4, как функция расстояния между точками взаимодействия частиц, вызвавших ливни.

 Эффективность разделения-4

Рисунок 4. Эффективность разделения перекрывающихся электромагнитных ливней.

Представлены два набора данных – 1+1 ГэВ/с и 5+5 ГэВ/с для частиц, падающих под углами 0о, 10о и 20о. Рассматривались кластеры с более чем одним максимумом и (или) с CL<0,01. На рисунке хорошо видна зависимость разделения от энергии частиц. Для частиц, попавших в один модуль калориметра под углом 0о и с энергией 1 ГэВ/с – это порядка 50%, а для 5 ГэВ/с – 60%. Для пар 5+5 ГэВ/с эффективность разделения становится близка к 100%, при расстоянии между частицами в 2,5 модуля и углах падения вплоть до 20о. То же наблюдается для случая 1+1 ГэВ/с при углах 0о и 10о, в то время как для 20о эффективность разделения несколько хуже.

В процессе работы калориметра, со временем, может изменяться напряжение питания фотоумножителей, могут изменяться и параметры самих фотоумножителей. Это обуславливает введение так называемых времязависимых калибровочных коэффициентов. Для вычисления значений этих коэффициентов используется система мониторинга супермодулей. Для вычисления времязависимых коэффициентов был написан ряд программ, работающих с файлами формата PRDF – Phenix Raw Data Format, позволяющих извлечь из набора экспериментальных данных события, соответствующие триггерному сигналу лавинного светодиода и определять отношение значений амплитуд сигналов, зарегистрированных ФЭУ, к значению амплитуды сигнала, зафиксированного PIN-фотодиодом.

Для всех рабочих отрезков, проведённых в экспериментальных сеансах PHENIX, были получены значения времязависимых коэффициентов. На рисунке 5 приведено распределение относительных отклонений времязависимых факторов, то есть разность величины времязависимого коэффициента для данного модуля в конкретном рабочем отрезке и усреднённого по всему рабочему периоду времязависимого фактора для данного модуля, поделённая на усреднённое значение. Из распределения видно, что времязависимые коэффициенты стабильны с точностью порядка 2%, это свидетельствует о высокой надёжности работы измерительной системы электромагнитного калориметра.

 Отклонение значений положений-5

Рисунок 5. Отклонение значений положений сигналов с АЦП ФЭУ от среднего значения по всему рабочему интервалу времени.



Pages:   || 2 | 3 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.