Измерение инклюзивного сечения S|_f при энергии 1,96 ТэВ на установке CDF II тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Готра, Юрий Николаевич

• Готра, Юрий Николаевич
• кандидат физико-математических наук
• 2004

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Готра, Юрий Николаевич

Введение ^

1 Инклюзивное рождение тяжелого кваркония

1.1 Массы и моды распада чармония.

1.2 Рождение чармония.

2 Ускорительный комплекс Тэватрона и детектор CDF II

2.1 Ускоритель.

2.2 Детектор CDF II.

2.3 Генерация и моделирование событий

2.4 Объектно-ориентированный код.

2.5 Система анализа данных CAF

3 Создание кремниевого вершинного трекового детектора SVX II

3.1 Создание кремниевых микростриповых детекторов для вершинного детектора (SVX II).

3.2 Конструкция вершинного детектора (SVX II).

3.3 Создание электроники считывания для вершинного кремниевого детектора (SVX II).

4 Оптимизация и измерение эффективности двухмюонного триггера

4.1 Мюонный триггер в Сеансе II.

4.2 Оптимизация двухмюонного триггера.

4.3 Эффективность триггера «7/^ для одиночных CMU мюонов.

4.4 Измерение эффективности триггера L1.

4.5 Эффективность триггера СМХ.

4.6 Эффективность двухмюонного триггера.

5 Описание эксперимента

5.1 Общие характеристики набора экспериментальных данных

5.2 Определение светимости

6 Аксептанс детектора для CMU-CMU J/ф

6.1 Вклад геометрии и кинематики в аксептанс.

6.2 Монте Карло моделирование с программой GEANT.

6.3 Параметрическое моделирование.

6.4 Систематические погрешности.

7 Измерение инклюзивного сечения Jj^p

7.1 Эффективности восстановления мюонов.

7.2 Определение сечения

7.3 Систематические погрешности и качество фитирования.

7.4 Обсуждение результатов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Измерение инклюзивного сечения S|_f при энергии 1,96 ТэВ на установке CDF II»

Общая Характеристика Работы Актуальность темы

Детектор CDF II является результатом работы по всесторонней модернизации первоначального детектора CDF, закончившего набор данных в Сеансе I на Тэватроне в 1996 году. В первом сеансе коллаборация CDF внесла важный вклад в развитие В физики, проведя одни из лучших измерений масс, времени жизни, сечений, осцилляций и вероятностей распада.

С точки зрения чарм физики, наиболее важной частью проведенной модернизации является новая интегрированная трековая система и новая триггерная система. Интегрированная трековая система состоит из трех кремниевых систем (LOO, SVX II и ISL) и дрейфовой камеры СОТ. Детектор имеет новую трехуровневую триггерную систему, отличительными особенностями которой являются триггер на мюоны с низким поперечным импульсом и триггер на смещенные треки и вершины.

Сечение рождения тяжелого кваркония на протон-антипротонном коллайдере на 5 порядков выше, по сравнению с е+е~ В фабриками, однако оно на 3 порядка меньше полного сечения в 100 мб. Проблема большого фона может быть решена только с применением уникального вершинного детектора и высокоэффективной триггер-ной системы. Именно этим объясняется то, что прежде чем приступить к вопросу об изучении процессов, связанных с рождением чармония, автор проделал большую методическую работу по созданию кремниевого вершинного трекового детектора SVX II и изучению и оптимизации мюонного триггера CDF II.

Механизмы рождения J/ф в рр столкновениях еще недостаточно изучены. Сечения рождения в двух основных каналах, Ь —► JjipX и прямых немедленных распадах, оказались существенно выше чем первоначальные теоретические предсказания [1,2]. Последние достижения в области теории извлечения непертурбативных функций фрагментации В мезонов из данных, накопленных на ЛЭП (ЦЕРН), согласующиеся с расчетами в NLO QCD Ь сечений образования адронов, уменьшили расхождение между теоретическими прогнозами и измерениями сечений Ь —► JfipX в Сеансе I на CDF до менее чем 50% [3,4].

Получение тяжелого кваркония даёт возможность изучать КХД, как в пертурбативном, так и в непертурбативном режимах. Ранее на CDF были сделаны несколько работ по анализу образования кваркония на основе данных, собранных в Сеансе I. Были измерены дифференциальные сечения образования J/ф, ф{2Б) и Т. мезонов [1,5-8]. Чармоний, образованный в распадах В адрона, был отделен от промпт (с нулевым временем жизни) компоненты используя смещение вершины. Кроме того, был измерен вклад Хс в образование промпт J/ф [9]. Было найдено, что сечение прямого образования J/ф и ip(2S) (то есть, за вычетом вклада от Хс) было значительно больше (в 50 раз), чем предсказания Цвето-Синглетной модели [10]. Этот результат стимулировал включение цвето-октетных сс состояний в теоретические вычисления образования кваркония.

Нерелятивистские связанные состояния кваркония наиболее полно описываются теоретическими моделями НеРелятивистской Квантовой ХромоДинамики (HP КХД), кото

• рые позволяют предсказать сечения образования адронов [11,12]. При больших поперечных импульсах генерация фрагментационного типа доминирует и матричные элементы цветовых октетов превалируют над вкладом матричных элементов цветовых сингле-тов [13]. Результаты находятся в хорошем согласии с данными Тэватрона для поперечных импульсов priJ/Ф) > 5 ГэВ/с. Цвето-Синглетная Модель (ЦСМ) рассматривает только диаграммы, где сс пара рождается в состоянии цветового синглета. В ней нет неопределенных параметров, за исключением обычных масштабных параметров.

Цвето-Октетный Механизм (ЦОМ) включает сс пары, рожденные в состоянии цветового октета. Первоначальное рождение может быть подсчитано пертурбативно и использовано, чтобы предсказать рт зависимость сечения. Переход в состояние цветового синглета, необходимое для образования связанной сс частицы, происходит путем испускания медленного глюона, что не может быть посчитано пертурбативно, поэтому

Ф нормировка находится фитированием теории по данным. В отличие от ЦСМ, ЦОМ может предсказать только форму распределения сечения. Эти предсказания расходятся с данными как при малых, так и при больших priJ/ф). ЦОМ дает оценку нормировки сечения для высоких priJ/Ф) с точностью до одного порядка. Прямое рождение J/ф включает 3 диаграммы, каждая из которых вносит неизвестный матричный элемент, являющийся свободным параметром теории. Два из них объединены в один член, обозначаемый ^SofPo). Третий вклад, обозначаемый 3Slf является результатом фрагментационного рождения и доминирует в сечении при высоких рт (рт >4тс для J/ф). Сечение прямого образования J/ф также включает в себя вклад от ф(23) —» J/фХ [14].

Факторизация HP КХД обеспечивает систематический формализм для вычисления сечений рождения и распада кваркония в рамках КХД. Факторизация HP КХД — это следсвие КХД, а не модель. Она применима в пределе тп,рт » Акхд, где тп,рт — масса и поперечный импульс тяжёлого кварка. Сравнение теоретических предсказаний для рождения кваркония с экспериментальными данными дают проверку как HP КХД, так и формализма факторизации при жестком рассеивании. Согласно предсказанию теории, матричные элементы универсальны (не зависят от процесса) и пропорциональны скорости тяжёлого кварка в связанном состоянии в системе центра масс, v.

Факторизация HP КХД даёт механизм цвето-октетного рождения, позволяющий устранить различие между данными Тэватрона и цвето-синглетной моделью. Матричные элементы согласуются с правилами масштабирования по г; и сочетаются с большинством процессов, но погрешности велики. С теоретической стороны необходимы проведение NLO вычислений, ресуммирование, работа над пониманием источника больших нелогарифмических NLO поправок и больших поправок порядка v2, лучшее определение т и расчёт матричных элементов на решётках.

Поляризация при рождении кваркония также является важной проверкой факторизации HP КХД. Она может помочь найти различия между механизмом факторизации HP КХД и моделью цветового испарения. До сих пор не существует убедительных экспериментальных доказательств наличия поперечной поляризации, связанной с цвето-октетным рождением, однако погрешности эксперимента остаются большими. Возможно, вычисления, связанные с рождением Q — Q жёстким рассеиванием, потребуют дополнительного исследования, так как есть неясности с пониманием процессов рождения тяжелых кварков на Тэватроне: измеренное сечение рождения 6-кварка значительно выше, чем центральное теоретическое значение [15-18]. Возможно, потребуется пересуммирование серий возмущений или учёт дополнительных механизмов рождения, или даже новой физики.

При малых поперечных импульсах эффекты медленных глюонов и нефрагментационные эффекты от других октетных матричных элементов, которые трудно вычислить теоретически, дают существенный вклад и приводят к отличию между теоретическими предсказаниями и экспериментальными данными. Измерения сечений T(nS) при малых поперечных импульсах в Сеансе I на CDF [19] показывают, что теория и данные эксперимента расходятся на р? <6 ГэВ/с.

Установка CDF для Сеанса II имеет улучшенный двухмюонный триггер с меньшим порогом: рт > 1,4 ГэВ/с. Это позволило расширить диапазон поперечных импульсов для прошедших триггер J/ф —► /х/х событий до рт(/х/х) > 0 ГэВ/с. Было произведено новое измерение полного инклюзивного сечения J/ф используя данные, накопленные в Сеансе II.

Настройка вкладов от различных КХД процессов, таких как рождение ароматов, их возбуждение и ливни/фрагментация партонов в Монте Карло моделировании может оказать большой эффект на полное сечение.

Теоретические вычисления с применением различных КХД процессов [20] были использованы для лучшего объяснения завышенного по сравнению с оценками сечения B-^J/ф.

Цвето-Синглетные Матричные элементы HP КХД могут быть определены с помощью фитирования на измеренные в Сеансе I установкой CDF сечения Т(nS) для Рт(Т) > 8 ГэВ/с, где п = 1,2,3 и Р-волновые состояния хь(1Р) и Хь(2Р).

Различные КХД вычисления с использованием таких механизмов, как ЦСМ и ЦОМ [11] и теории HP КХД были проведены для того, чтобы объяснить более высокое сечение немедленного рождения J/ф, наблюдаемое экспериментально. До сих пор ни один из теоретических расчетов не дал удовлетворительных результатов.

Чарм физика на CDF

Подобно В, чарм открывает большие возможности для поиска новой физики. В В-системе петлевые диаграммы часто определяются тяжёлым t кварком, приводящим к большим амплитудам для В смешивания, нарушения CP и пингвиновских распадов. Так как чарм является кварком типа и, петлевые диаграммы не содержат тяжелый t кварк и предсказания Стандартной Модели для таких процессов меньше на несколько порядков. Промежуточные мезонные состояния, как ожидается, должны давать вклад на уровне 103 и таким образом затмевают вклад на малых расстояниях. В то время как наблюдение процессов, опосредованных петлями, может быть затруднено, новая физика может привести к их усилению.

Экспериментально чарм имеет некоторое преимущество по отношению к В-системе. Вероятности распада в полностью восстановленные моды находятся на уровне 10%, тогда как произведение вероятностей распада для полного восстановления В-распада типично на уровне Ю-4.

В чарм физике долгое время преобладали эксперименты с неподвижной мишенью, такие как SELEX, Е791 и E687/FOCUS. В-фабрики, работающие на T(4S'), имеют сечения чарма сходные с сечениями В. Результаты CLEO сравнимы с лучшими экспериментами с неподвижной мишенью. Многие лучшие измерения чарма проводятся ВаВаг и Belle, которые продолжают набор данных с еще большей интенсивностью. CLEO планирует особый сеанс (CLEO-C) при различных порогах чтобы измерить, например, отношения вероятностей распада. Однако, они не смогут конкурировать в смысле статистики с ВаВаг и Belle. В более далёкой перспективе, LHC-B и BTeV накопят также большие наборы данных с чармом. Чарм физика ещё не была изучена на рр коллайдере и не рассматривалась в физической программе Сеанса II детектора CDF II. Из-за большого сечения и SVT триггера CDF II имеет возможность накапливать большие наборы данных очарованных адронов, открывая совершенно новые возможности для эксперимента [21]. К концу 2004 года будет записано несколько миллионов восстановленных событий адронных распадов D мезонов. Этот набор данных уже превосходит по статистике эксперименты с неподвижной мишенью и сравним с наборами ВаВаг и Belle [22]. К середине Сеанса II, CDF II будет иметь более чем 2 х 107 полностью восстановленных D адронов в 2 фб-1 данных, что в несколько раз превышает статистику, накопленную ВаВаг и Belle.

Подводя итог, имея в виду размер набора данных с очарованным мезоном, можно утверждать, что CDF II является естественной чарм фабрикой и будет играть важную роль в будущей чарм физике.

Данная диссертация представляет результаты разработки физического проекта по созданию вершинного кремниевого детектора, оптимизации и исследования мюонно-го триггера и измерения инклюзивного сечения J/ф на основе данных, полученных в Сеансе II установкой CDF II. Впервые измерено полное инклюзивное сечение Jf-ф в протон-антипротонных взаимодействиях при свервысоких энергиях. Также впервые наблюдалось поведение сечения при малых поперечных импульсах. Результаты измерения сечения при импульсах более 5 ГэВ/с (где имеются в наличии результаты предыдущих измерений) хорошо согласуются с экспериментальными данными Сеанса I.

В методические задачи автора входили оптимизация и измерение эффективности двухмюонного триггера CDF (Глава 4) [23], создание и поддержание набора данных с двухмюонным J/ф триггером и работа над разработкой и внедрением вычислительной системы анализа физических данных (Раздел 2.5) [24].

Автор активно работал над созданием кремниевого трекового детектора CDF (Раздел 3.1), включая:

• разработку первых двусторонних микрополосковых кремниевых детекторов на основе шестидюймовой технологии, используемых на уровнях 2 и 4 вершинного трекового детектора CDF II, SVX II,

• испытание системы сбора данных с детектора SVX II и создание программного обеспечения к ней,

• проведение испытаний кремниевых детекторов SVX II, в частности, характериза-ции электрофизических параметров, проверку радиационной стойкости детекторов и анализ треков на тестовом пучке протонов (Раздел 3.1) [25],

• разработку многоканальной микросхемы считывания и оцифровки данных от микрополосковых детекторов SVX3 и проверку её эксплуатационных характеристик и радиационной надежности (Раздел 3.3),

• разработку ключевого компонента системы считывания детекторов SVX II, ISL и L00, Компактной Порткарты (ПК, Раздел 3.3.2) [26], предназначенной для управления и считывания (посредством волоконной оптической связи) микросхем SVX3. Автор был также ответственным за тестирование, включая радиационную стойкость, производство и сборку ПК,

• установку и ввод в эксплуатацию детектора SVX II. Цель работы состояла в следующем:

Используя высокую эффективность регистрации двухмюонных событий на детекторе CDF, изучить реакцию J/ф —* щл при энергии в системе центра масс 1,96 ГэВ, в особенности при малых поперечных импульсах J/ф] определить полное и дифференциальное сечения распада J/ф.

В методическую часть работы входили оптимизация, разработка процедуры и измерение эффективности работы двухмюонного триггера CDF, особенно при малых поперечных импульсах J/ф, разработка программного обеспечения двухмюонного триггера, создание и поддержание набора данных с двухмюонным J/ф триггером и развитие программного обеспечения системы анализа данных.

Одной из основных целей работы было создание, установка и ввод в эксплуатацию вершинного детектора CDF, SVX II, являющегося на настоящий момент самым крупным и совершенным кремниевым вершинным трековым детектором в физике частиц.

Наконец, немаловажно отметить задачу разработки и внедрения вычислительного комплекса для анализа физических данных установки CDF II.

Научная новизна работы

1. Впервые был разработан и создан физический проект уникального вершинного детектора для протон - антипротонного коллайдера, работающего при энергии в системе центра масс 1,96 ТэВ, способный функционировать при мгновенной светимости 2 • 1032 см~2с-1, вплоть до интеграла светимости 4 — 8 фб и имеющий более 700 тысяч каналов.

2. Был разработан и внедрён новый триггер, позволяющий многократно увеличить выход чармония и В мезонов. Была проведена оптимизация и измерение эффективности димюонного триггера установки CDF. Был предложен и внедрен в систему анализа экспериментальных данных установки CDF II алгоритм, моделирующий работу триггера.

3. Впервые измерено полное сечение реакции J/ф цц ъ рр столкновениях при энергии 1,96 ТэВ. т

4. Измерено дифференциальное сечение реакции J/ф —► цц в рр столкновениях при энергии 1,96 ТэВ. В области поперечных импульсов J/ф < 4 ГэВ/с подобное измерение сделано впервые.

Научная и практическая ценность работы

Созданный вершинный кремниевый трековый детектор находит широкое применение в программе физических исследований, проводимой с 2001 г. по настоящее время международной коллаборацией CDF.

Созданное программное обеспечение триггера позволяет изменять параметры триггера, контролировать его работу в ходе набора статистики, обрабатывать информацию,

Ф выдаваемую триггером в режиме оффлайн, а также проводить моделирование отклика двухмюонного триггера и измерение эффективности его работы с помощью общей программы моделирования детектора CDF, Оно может быть использовано и в других аналогичных системах.

Измерение сечения J/ф —► fi/j, в рр столкновениях при энергии 1,96 ТэВ дает ценную экспериментальную информацию для дальнейшего развития понимания динамики рождения чармония при высоких энергиях, как с точки зрения модели НеРелятивистской Квантовой Хромо Динамики, так и феноменологических подходов, позволяет провести нормировку теории и сравнение с результатами других экспериментов путём вычисления универсальных матричных элементов. Исследования процессов распада чармония внесли ясность в поведение сечения при малых поперечных импульсах J/ф.

Ф На защиту выносится:

Результаты экспериментальных исследований по созданию вершинного трекового детектора, оптимизации и исследованию характеристик мюонного триггера и измерению инклюзивного сечения J/ф в протон-антипротонных взаимодействиях при энергии 1,96 ТэВ.

1. Был разработан физический проект по созданию кремниевого вершинного трекового детектор установки CDF II, являющийся на настоящий момент самым крупным и совершенным кремниевым вершинным трековым детектором в физике частиц. Кремниевая трековая система насчитывает более 700 тысяч каналов, объединенных в 704 модуля, 8 слоев детекторов с охватом области псевдобыстроты до \rj\ < 2 и имеет возможность вести трехмерное восстановление треков заряженных частиц за счет применения двусторонних детекторов. Проведена успешная установка и ввод в эксплуатацию детектора SVX II. Детектор показал отличные эксплуатационные качества, в частности, разрешение на прицельный параметр составило 35 мкм, внутреннее разрешение детекторов — 9 мкм, отношение сигнала к шуму больше 10, а эффективность одиночных срабатываний порядка 99%.

2. Проведена работа по оптимизации частоты срабатывания двухмюонного триггера первого уровня установки CDF II, позволившая уменьшить частоту срабатывания в 3,5 раза, что обеспечило возможность набора данных при проектной светимости. Предложена процедура и создан комплекс программ для моделирования работы двухмюонного триггера. Разработанные алгоритмы включены в пакет программ моделирования детектора CDFSIM. и пакет программ анализа физических данных CDFSOFT. Проведено измерение эффективности одномюонного и двухмюонного триггера, обеспечившее выполнение экспериментальных работ с использованием данного триггера международной коллаборацией CDF. Показано, что как одно-мюонный, так и двухмюонный триггер имеют высокую эффективность при малых поперечных импульсах J/ф, что позволило снизить порог триггера и произвести набор данных, обеспечивший ряд важных измерений в области В физики, таких как измерение сечения Ь кварка и В мезона.

3. Впервые получено практически значимое экспериментальное значение полного инклюзивного сечения реакции J/ф —► /л/л в рр столкновениях при энергии 1,96 ТэВ. На настоящий момент это единственное измерение инклюзивного сечения J/ф в центральной области до рт = 0 ГэВ/с на адронном коллайдере.

4. Исследовано поведение дифференциального сечения рождения J/ф в области малых поперечных импульсов. Впервые получено практически значимое распределение дифференциального сечения реакции J/ф —► /л/л в рр столкновениях при энергии 1,96 ТэВ. В области поперечных импульсов J/ф < 4 ГэВ/с подобное измерение сделано впервые.

Апробация работы

Работы, положенные в основу диссертации, докладывались и обсуждались на научных и методических семинарах Лаборатории высоких энергий Объединенного института ядерных исследований (ОИЯИ) и в Национальной ускорительной лаборатории имени Ферми (г.Батавия, США), с которой у ОИЯИ подписан договор о научно-техническом сотрудничестве, а также публиковались в ведущих научных периодических изданиях и материалах международных симпозиумов [26,55-67,167-176]. Результаты работы докладывались автором на международной конференции "International Symposium Electronic Instrumentation In Physics", проходившей в Дубне [54], на международном совещании Американского Физического Общества, Отделения Частиц и Полей (APS/DPF 2003), проходившем в Филадельфии, США [170], на международной конференции по неупругому рассеянию (DIS 2003) в С.Петербурге [166] и на международном совещании по тяжёлому кварконию (QWG 2003) в Батавии, США [168]. Кроме того, готовится большая публикация "Measurement of the J/ф Meson and b Quark Production Cross Sections in p-pbar Collisions at sqrt(s) = 1960 GeV" в журнале „Phys. Rev. D" в мае 2004 года.

Структура и объём диссертации

Диссертация состоит из введения, семи глав, заключения и списка литературы из 179 наименований. Общий объём диссертации 198 страниц машинописного текста.

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Готра, Юрий Николаевич

Заключение

В представленной работе были получены следующие основные результаты:

1. Впервые получено практически значимое экспериментальное значение полного инклюзивного сечения реакции J/ф —► /х/х в рр столкновениях при энергии 1,96 ТэВ. До настоящего времени теория неспособна дать предсказаний по значению этого сечения. На настоящий момент это единственное измерение инклюзивного сече® ния J/ф в центральной области до рт = 0 ГэВ/с на адронном коллайдере. aiJ/ф) = а(рр J/фХ,ртЫ/ф), | У (J/Ф) |< 0,6) = 240 ± 1 (стат)1*> (сист) нб

2. Впервые получено практически значимое распределение дифференциального сечения реакции J/ф fi/i в рр столкновениях при энергии 1,96 ТэВ. В области поперечных импульсов J/ф < 4 ГэВ/с подобное измерение сделано впервые. Выполнено сравнение с результатами, полученными на установке CDF в Сеансе I при энергии 1,8 ТэВ. Результаты по измеренному сечению рождения тяжелого кваркония имеют большое значение для тщательной и более полной проверки предсказаний механизма теории Нерелятивистской Квантовой Хромодинамики и позволяют вычислить матричные элементы, являющиеся нормировкой данной теории. Исследования процессов распада чармония внесли ясность в поведение сечения при малых поперечных импульсах J/ф, где дают существенный вклад эффекты медленных глюонов и нефрагментационные эффекты от других октетных матричных элементов, которые трудно вычислить теоретически. dajpp J/ф}0 • BrjJ/ф dpT

3. Проведена работа по оптимизации частоты срабатывания двухмюонного триггера первого уровня установки CDF II, позволившая уменьшить частоту срабатывания в 3,5 раза, что обеспечило возможность набора данных при проектной светимости. Предложена процедура и создан комплекс программ для моделирования работы двухмюонного триггера. Разработанные алгоритмы включены в пакет программ моделирования детектора CDFSIM и пакет программ анализа физических данных CDFSOFT. Проведено измерение эффективности одномюонного и двухмюонного триггера, обеспечившее выполнение экспериментальных работ с использованием данного триггера международной коллаборацией CDF. Показано, что как одно-мюонный, так и двухмюонный триггер имеют высокую эффективность при малых поперечных импульсах J/ф, что позволило снизить порог триггера и произвести набор данных, обеспечивший ряд важных измерений в области В физики, таких как измерение сечения b кварка и В мезона.

4. Был разработан и создан кремниевый вершинный трековый детектор установки CDF II, являющийся на настоящий момент самым крупным и совершенным кремниевым вершинным трековым детектором в физике частиц. Кремниевая трековая система насчитывает более 700 тысяч каналов, объединенных в 704 модуля, 8 слоев детекторов с охватом области псевдобыстроты до |г7| с 2 и имеет возможность вести трехмерное восстановление треков заряженных частиц за счет применения двусторонных детекторов.

• С целью изучения пригодности были всесторонне изучены кремниевые детекторы с питанием посредством FOXFET (Field Oxide Field Effect Transistor). Проведены исследования механизмов радиационных повреждений в детекторе с применением различных источников излучения (протоны, нейтроны и гамма-кванты). Изучено влияние накопления положительных зарядов в окисле затвора FET, инверсия типа кремния и образования поверхностных зарядов в области затвора на характеристики транзистора. В результате проведённых обширных исследований были выработаны рекомендации для коллаборации CDF по замене метода питания микростриповых детекторов на резистивный и проведены испытания новых партий двусторонних детекторов для SVX II.

• Были созданы двусторонние микрополосковые кремниевые детекторы на основе новой шестидюймовой технологии, используемые на уровнях 2 и 4 вершинного трекового детектора CDF II, SVX II.

• Были проведены глубокие и всесторонние испытания кремниевых детекторов SVX II, в частности, исследование электрофизических параметров, проверка радиационной стойкости детекторов и анализ треков, восстановленных с помощью пяти слоев детекторов на тестовом пучке протонов.

• Разработана многоканальная микросхема считывания и оцифровки данных от микрополосковых детекторов SVX3 и проведена проверка её эксплуатационных характеристик и радиационной надежности. Микросхема содержит 128 каналов низкошумящих (ENC = 700е 53е/пФ) усилителей и схему оцифровки; она способна работать при частоте пересечения пучков до 132 не, обладает способностью одновременного набора и считывания данных, спар-сификации и имеет систему подавления наводок. Микросхема выполнена по радиационно - стойкой технологии. Испытания показали высокую радиационную надежность и отличные эксплуатационные характеристики микросхемы. Всего трековая система содержит 5724 таких микросхем.

• Разработан ключевой компонент системы считывания кремниевых детекторов SVX II, ISL и L00, Компактная Порткарта, предназначенная для управления и считывания (посредством волоконной оптической связи) микросхем SVX3. Проведены детальные испытания, включая радиационную стойкость путем облучения дозами протонов до 400 крад. Налажено производство и сборка порткарт. Выработан план детальной проверки качества произведенных порт-карт, спроектирован и осуществлен тестовый стенд по выжиганию дефектов, успешная и своевременная поставка и установка 115 сертифицированных порткарт на вершинный детектор.

• Проведена успешная установка и ввод в эксплуатацию детектора SVX II. Детектор показал отличные эксплуатационные качества, в частности, разрешение на прицельный параметр составило 35 мкм, внутреннее разрешение детекторов — 9 мкм, отношение сигнала к шуму больше 10, а эффективность одиночных срабатываний порядка 99%.

5. Был спроектирован и введен в эксплуатацию вычислительный комплекс для анализа физических данных установки CDF II. В настоящее время комплекс состоит из более чем 1000 микропроцессоров и 100 Тэрабайт накопителей, позволяющих вести параллельную обработку огромного набора физических данных с установки CDF II. Обработка заданий пользователя компекса проводится в пакётном режиме, система имеет гибкий интерфейс, позволяющий удаленный запуск, мониторирова-ние прохождения заданий и администрирование системы через web из любого исследовательского центра посредством интернет.

В заключение, я хочу выразить огромную благодарность и признательность моей жене Светлане за ее невероятное терпение, всестороннюю поддержку и понимание, без ^ которых эта работа вряд ли была бы доведена до завершения.

Я хочу выразить искреннюю благодарность моему научному руководителю, начальнику Научно Экспериментального Электронного Отдела Проф. В. В. Глаголеву за постоянное внимание к этой работе. Я хочу поблагодарить М. Бишай за её помощь в работе и существенный вклад в подготовку к публикации статей с результатами работы, а также Проф. П. Шепарда, Проф. Дж. Будро и С. Зиммерманна за поддержку. Я очень признателен Т. Миао и Т. Леком за многочисленные полезные советы и обсуждения и помощь. Анализ эффективности димюонного триггера проходил в тесном сотрудничестве с Т. Миао, Дж. Краусом и Д. Литвинцевым. Я благодарен А. Суханову за помощь в подготовке диссертации. Я благодарен всем участникам коллаборации CDF, принимавшим участие в эксперименте, а также дирекции Лаборатории Высоких # Энергий Объединённого Института Ядерных Исследований за возможность участия в этом эксперименте и поддержку.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Готра, Юрий Николаевич, 2004 год

1. F. Abe, .Y. Gotra et al., J / psi and ^(2<S) production in p anti-p collisions at s**(l/2) = 1.8 TeV. Phys.Rev.Lett. 79, 572 (1997).

2. F. Abe, ., Y. Gotra et al., Observation of diffractive J / psi production at the Fermilab Tevatron. Phys.Rev.Lett. 87, 241802 (2001).

3. J. Binnewies, Bernd A. Kniehl and G. Kramer, Phys. Rev. D58 034016 (1998).

4. Matteo Cacciari and Paolo Nason, Phys. Rev. Lett. 89 122003 (2002).

5. D. Acosta, ., Y. Gotra et al., Cross-section for forward J / psi production in p anti-p collisions at S = 1.8 TeV. Phys. Rev. D 66:092001,2002.

6. F. Abe et al., Phys.Rev.Lett. 75, 4358 (1995).

7. T. Affolder,., Y. Gotra et al., Production of upsilon(lS) mesons from chi(b) decays in p anti-p collisions at S**(l/2) = 1.8-TeV. Phys.Rev.Lett. 84:2094-2099,2000.

8. T. Affolder, ., Y. Gotra et al., Upsilon production and polarization in p anti-p collisions at s**(l/2) = 1.8-TeV. Phys.Rev.Lett. 88:161802,2002.

9. F. Abe, ., Y. Gotra et al., Production of J / psi mesons from chi(c) meson decays in p anti-p collisions at s**(l/2) = 1.8 TeV. Phys.Rev.Lett. 79, 578 (1997).

10. E.Glover, A.Martin and W.Stirling, Z. Phys. C, 38, 473 (1988).

11. P.Cho and A.K.Leibovich, Phys.Rev.D53,150(1996).

12. Adam K. Leibovich, Nucl. Phys. Proc. Suppl. 93 182 (2001).

13. R. Baier and R.Ruckl, Z.Phys. C19. 251 (1983)

14. T. Daniels. CDF note 4670. "Charmonium Production in pp Collisions" (1997).

15. Nucl. Phys. В 373 (1992) 295.

16. S. Frixione et al., Nucl. Phys. В 431 (1994) 453.

17. S. Frixione et al., Adv. Ser. Direct. High Energy Phys, 15 (1998) 609.

18. P. Nason et al., Proc. of the Workshop on Standard Model Physics at the LHC, Geneva, 1999, pp 231-304.

19. Eric Braaten, Sean Fleming, Adam Leibovich, Phys. Rev. D 63 094006 (2001).

20. M. Cacciari and P. Nason, Bicocca-FT-02-5 /UPRF-2002-4 (hep-ph/0204025). R.Field, CDF/ANAL/BOTTOM/CDFR/5558.

21. D. Acosta, ., Y. Gotra et al., Measurement of prompt charm meson production cross-sections in p anti-p collisions at s**(l/2) = 1.96-TeV. Phys. Rev. Lett. 91:241804,2003.

22. M.Grothe. Mixing in the DO system: Results from collider experiments. Mod. Phys. Lett., A18:l-22, 2003.

23. Y. Gotra et al., "Run-II Muon Trigger Efficiency Measurement", CDF Note, CDF/PHYS/TRIGGER/PUBLIC/6162.

24. Y. Gotra et al., CAF Design Stage 1, CDFNOTE 5961, May 2002.

25. Y. Gotra et al., Results from the December 1996 and March/April 1997 SVX-II Beam Tests, CDF Note: CDF/PUB/TRACKING/PUBLIC/4275, 8/1/97

26. G. Zweig, CERN Report 8419/Th 412, 1964.

27. R. Van Royen and V. Weisskopf, Nuovo Cim 50, 617(1967).

28. R. Van Royen and V. Weisskopf, Nuovo Cim 51, 583(1968).

29. E. Braaten and T. Yuan, Phys. Rev. Lett. 71, 1673 (1993).

30. E. Braaten and T. Yuan, Phys. Rev. D 52, 6627 (1995).

31. G. Bodwin, E.Braaten and G.Lapage, Phys. Rev. D, 46, R1914 (1992).

32. M. Neubert, Phys. Reports, 245, 259 (1994).

33. E. Shuryak, Phys. Lett. В 93, 134 (1980).

34. E. Shuryak, Phys. Lett. В 198, 83 (1982).

35. N. Isgur amd M. Wise, Phys. Rev. Lett., 66, 1130 (1991).

36. N. Isgur amd M. Wise, Phys. Lett. B, 232, 113 (1989).

37. N. Isgur amd M. Wise, Phys. Lett. B, 237, 527 (1990).

38. D. Acosta, ., Y. Gotra et al., Measurement of the B+ total cross-section and B+ differential cross-section d sigma / dp(T) in p anti-p collisions at s**(l/2) = 1.8 TeV. Phys.Rev. D65:052005,2002.

39. R. Balest et al., Phys. Rev. D 52, 2661 (1995).

40. Tevatron Run II handbook. Fermilab-Pub-96-202, Apr. 1996.

41. F. Abe et al. Obserwation of Top Quark Production in pbar-p Collisions with the Collider Detector at Fermilab, Phys. Rev. Lett. 74, 2626 (1995).

42. F. Abe et al. Observation of B(C) Mesons in P Anti-P Collisions at S**(l/2)=1.8 TeV, Phys. Rev.D58:112004, 1998.

43. F. Abe et al. The CDF Run II Detector Technical Design Report, Fermilab Preprint, Fermilab-Pub-96-390-E, November 1996.

44. A. Sill. CDF Run II Silicon Tracking Projects. Nucl. Instrum. Meth., A447:l-8, 2000

45. D. Acosta, ., Y. Gotra et al., CDF Run II Muon System, Fermilab Preprint, FERMILAB-CONF-03/386-E. Published Proceedings International Europhysics Conference on High-Energy Physics (HEP 2003), Aachen, Germany, July 17-23, 2003.

46. F. Abe et al, Proposal for Enhancement of the CDF II Detector: An Inner Silicon Layer and a Time of Flight Detector. Proposal P-909 submitted to the Fermilab Director and РАС, October 23, 1998.

47. S. Cabrera et al., The CDF Time of Flight Detector, Fermilab Preprint, FERMILAB-CONF-03/404-E. Published Proceedings IEEE 2003 Nuclear Science Symposium (NSS) and Medical Imaging Conference (MIC), Portland, OR, October 19-24, 2003.

48. S. Zimmermann et al, Test Port Card. CDF Note, CDF/DOC/SECVTX/2677.

49. J. Andersen, Y. Gotra et al., Radiation Hardness of the Compact Port Card for the CDF Silicon Tracking Detector Upgrade. CDF Note Number: CDF/DOC/SECVTX/CDFR/5773, 12/22/00

50. A. Mukherjee, R. Wagner, et al., CDF Central Outer Tracker. CDFNOTE 6227, 2002.

51. C. Green et al., CDF Simulation Framework Developer's Guide. CDF Note 5369.

52. Y. Gotra et al., Development Of Microstrip Detectors At Jinr, Published in Proceedings of The International Symposium Electronic Instrumentation In Physics, Dubna, 1991, p 41-43.

53. Y. Gotra et al. Characteristics Of An Experimental Batch Of Microstrip Detectors, Published in Nucl. Instrum. Methods A311 (1992) 296-300,

54. Y. Gotra et al., Punch-Through Behavior Of Foxfet Biased Detectors, Published in the Proceedings of 1993 IEEE Nuclear Science Symposium and Medical Imaging Conference, November 2-6, 1993, San Francisco, California.

55. Y. Gotra et al., Punch-Through Characteristics Of Foxfet Biased Detectors, Published in IEEE Trans. Nucl. Sci. 40 (1993) No. 4, pp 804-810.

56. F. Abe, ., Y. Gotra et al., The CDF Silicon Detector Upgrade and Performance. Proceedings of the 10th International Workshop on Vertex Detectors (Vertex 2001), Brunnen, Switzerland, 23-28 Sep 2001. Nucl.Instrum.Meth. A501:l-6,2003

57. F. Abe, ., Y. Gotra et al., The CDF Run Ha Silicon Detector and its Upgrade Run lib. Fermilab Preprint, FERMILAB-CONF-03-401-E, Dec 2003. 5pp.

58. A. Affolder, ., Y. Gotra et al., CDF Run II Silicon Tracking Projects. Proceedings of the 8th International Workshop on Vertex Detectors (Vertex 99), Texel, Netherlands, 20-25 June 1999. Nucl.Instrum.Meth.A447:l-8,2000

59. K. Bloom.Y. Gotra et al. Track Reconstruction for the CDF Silicon Tracking

60. System. Fermilab Preprint, FERMILAB-CONF-98-370-E, Apr 1999. 8pp. Proceedings of the International Conference on Computing in High-Energy Physics (CHEP 98), Chicago, IL, 31 Aug 4 Sep 1998.

61. F. Abe, ., Y. Gotra et al., Radiation Effects in Double-Sided Silicon Sensors for CDF. Proceedings of the 6th International Workshop on Vertex Detectors (Vertex 97), Mangaratiba, Brazil, 31 Aug 5 Sep 1997. Nucl.Instrum.Meth. A418:120-127,1998

62. F. Abe, G. Bolla.Y. Gotra et al., The CDF SVX 11 Upgrade Silicon Detector:

63. Silicon Sensors Performances. Proceedings of the 7th Pisa Meeting on Advanced Detectors: Frontier Detectors for Frontier Physics, La Biodola, Isola d'Elba, Italy, 25-31 May 1997. Nucl.Instrum.Meth. A409:112-116,1998

64. M. Bishai, Y. Gotra et al., "Run-II Dimuon Trigger Optimization and Efficiency Measurement", CDF Note, /CDF/DOC/BOTTOM/CDFR/6004.96. "Determination of the XTRP maps from XFT to CMU and CMX" CDF Note, CDF/DOC/TRIGGER/PUBLIC/4146.

65. B. Winer et al., Performance study of the eXtremely Fast Tracker in High Luminosity. CDF Note 5986.98. "Description of the CDF Data Structure for Run II", CDF Note, CDF/DOC/CDF/PUBLIC/4152.

66. M. Bishai et al., CDF Note, CDF/DOC/BOTTOM/CDFR/6144

67. John R. Taylor, " An Introduction to Error Analysis University Science Books, 1982

68. J. Konigsberg et al., CDF Note, /CDF/ANAL/CDF/CDFR/6052

69. S. Klimenko et al., CDF Note, /CDF/DOC/CDF/CDFR/6314

70. T. LeCompte, CDF Note, /CDF/ANAL/MUON/CDFR/6114

71. K. Anikeev et al., CDF Note, /CDF/DOC/BOTTOM/CDFR/6022

72. Particle Data Group. The European Physical Journal 3 1998 (582)

73. F. Abe et al., Phys. Rev. D50, (1994) pp. 5550-5561

74. N.Amos et al., Phys. Rev. Lett. 68, (1992) pp. 2433

75. C.Avila et al., Phys. Lett. B445, (1999) 419

76. F. Abe et al., Nucl. Instr. and Meth. A 271 (1988) p.387

77. J. Elias et al., Luminosity monitor based on Cherenkov counters for p anti-p colliders. Nucl. Instrum. Meth., A441:366-373, 2000.

78. D. Acosta et al., The CDF Cherenkov luminosity monitor. Nucl.Instrum.Meth., A461:540-544, 2001.

79. D. Acosta et al., The performance of the CDF luminosity monitor. Nucl. Instrum. Meth., A494:57-62, 2002.

80. F. Abe et al., Phys.Rev.Lett. 85, 2886 (2000).

81. R. Cropp et al., CDF Note, /CDF/ANAL/BOTTOM/CDFR/5029

82. T. LeCompte, CDF Note, /CDF/MEMO/BOTTOM/CDFR/6090

83. C. Chen et al., CDF Note, /CDF/DOC/BOTTOM/CDFR/CDFNOTE 6394.

84. K. Bloom et al., CDFNOTE 6017.

85. Ken Bloom et al., CDF Note, /CDF/ANAL/MUON/CDFR/6347

86. W. Caswell and G. Lepage, Phys. Lett. В 167 (1986) 437.

87. В. Thacker and G. Lepage, Phys. Rev. D 43 (1991) 196.

88. G. Bodwin et al., Phys. Rev. D 51 (1995) 1125, 55 (1997) 5853. G. Bodwin, Inclusive Heavy-Quarkonium Production.

89. G. Bodwin et al., Nucl. Phys. В (Proc. Suppl.) 34 (1994) 434.

90. G. Bodwin et al., Phys. Rev. D 65 (2002) 054504.

91. J. Qiu and G. Sterman (private communication, G. Baldwin, Proceedings of the Second Quarkonium Workshop, September, 20-22, Fermilab, Batavia, USA).

92. J. Amudson et al., Phys. Lett. В 372 (1996) 127.

93. M. Kramer, Prog. Part. Nucl. Phys. 47 (2001) 141.

94. W. Buchmuller and S. Туе, Phys. Rev. D 24 (1981) 132.

95. E. Eichten and C. Quigg, Phys. Rev. D 52 (1995) 1726.

96. A. Petrelli et al., Nucl. Phys. В 514 (1998) 245.

97. F. Maltoni, arXiv:hep-ph/0007003.

98. P. Cho and A. Leibovich, Phys. Rev. D 53 (1996) 6203.

99. A. Martin et al., Phys. Lett. В 306 (1993) 145.

100. H. Lai et al., Phys. Rev. D 51 (1995) 4763.

101. M. Beneke and M. Kramer, Phys. Rev. D 55 (1997) 5269.

102. M. Gluck et al., Z. Phys. С 67 (1995) 433.

103. A. Martin et al., Phys. Lett. В 387 (1996) 419.

104. E. Braaten et al., Phys. Rev. D 62 (2000) 094005.

105. A. Martin et al., Eur. Phys. J. С 4 (1998) 463.

106. H. Lai et al., Eur. Phys. J. С 12 (2000) 375.

107. W. Tung, Proceedings of the International Workshop on Deep Inelastic Scattering, Israel, 6-11 Feb 1994.

108. M. Sanchis-Lozano, Nucl. Phys. Proc. Suppl. 86 (2000) 543.

109. B. Kniehl and G. Kramer Eur. Phys. J. С 6 (1999) 493.

110. A. Petrelli, Nucl. Phys. Proc. Suppl. 86 (2000) 533.

111. K. Sridhar et al., Phys. Lett. В 438 (1998) 211.

112. P. Hagler et al., Phys. Rev. D 63 (2001) 077501.

113. J. Kwiecinski et al., Phys. Rev. D 56 (1997) 3991.

114. M. Beneke and I. Rothstein, Phys. Lett. В 372 (1996) 157.

115. J. Ma, Nucl. Phys. В 447 (1995) 405.

116. E. Braaten and J. Lee, Nucl. Phys. В 586 (2000) 427.

117. E. Braaten et al., Phys. Lett. В 333 (1994) 548.

118. E. Braaten et al., Phys. Rev. D 63 (2001) 094006.152. F. Maltoni (unpublished)

119. T.Affolder et al., Phys. Rev. Lett. 86 (2001) 3963.

120. D. Kaplan et al., Charmonium Production in Fermilab E789, Fermilab Preprint, hep-ex 9610003.

121. P. Cho and M. Wise, Phys. Lett. В 346 (1995) 129.

122. A. Lejbowich, Phys. Rev. D 56 (1997) 4412.

123. M. Beneke and M. Kramer, Phys. Rev. D 55 (1997) 5269.

124. E. Braaten et al., Phys. Rev. D 62 (2000) 094005.

125. T. Affolder, ., Y. Gotra et al., Measurement of J / psi and psi(2S) polarization in p anti-p collisions at S**(l/2) = 1.8-TeV. Phys. Rev. Lett. 85 (2000) 2886.

126. G. Bodwin and J. Lee (in preparation).

127. R. Cropp et al., arXiv:hep-ex/9910003.

128. K. Anikeev et al. The inclusive В Lifetime using Run II Data at CDF, CDF Note, /CDF/DOC/BOTTOM/CDFR/6023.

129. The European Physical Journal C, Review of Particle Physics.

130. F. Abe et al., Phys. Rev. D57 (1998) 5383.

131. M. Bishai, Y.Gotra et al. Measurement of the J/psi Meson and b Quark Production Cross Sections in p-pbar Collisions at sqrt(s) = 1960 GeV. To be published in Phys.Rev.D in April 2004. CDF Note, /CDF/DOC/BOTTOM/CDFR/CDFNOTE 6285.

132. Y. Gotra et al., Heavy Flavor Results from CDF Run II, Bottom and Top Physics. Published Proceedings 11th International Workshop on Deep Inelastic Scattering (DIS 2003), St. Petersburg, Russia, April 23-27, 2003.

133. Y. Gotra et al., Quarkonia Production at CDF in Run II. Published Proceedings 2nd International Workshop on Heavy Quarkonium, September 20-22, 2003, Fermilab, Batavia, IL, USA, 2004.

134. D. Acosta, M. Bishai.Y. Gotra et al., Beauty and Charm Physics at CDF

135. Run II, Fermilab Preprint, FERMILAB-CONF-03/310-E. Published Proceedings 4th International Symposium on LHC Physics and Detectors (LHC 2003), Batavia, IL, May 1-3, 2003. 15pp.

136. D. Acosta, C. Blocker, ., Y. Gotra et al., First Run II В Physics Results from the Tevatron, Fermilab Preprint, FERMILAB-CONF-03/309-E. Published Proceedings Flavor Physics and CP Violation (FPCP 2003), Paris, France, June 3-6, 2003. 8pp.

137. D. Acosta, K. Yi, ., Y. Gotra et al. Charm Physics at the Tevatron, Published Proceedings Weak Interactions and Neutrinos Workshop WIN2003, Lake Geneva, Wisconsin, USA, October 8, 2003.

138. D. Acosta, ., Y. Gotra et al., Measurement of the ratio of b quark production cross-sections in anti-p p collisions at s**(l/2) = 630-GeV and s**(l/2) = 1800-GeV. Phys. Rev. D 66, 032002 (2002).

139. G. Bodwin, Inclusive Production of Heavy Quarkonium, 2nd International Workshop on Heavy Quarkonium, November 8-10, 2002, CERN, Switzerland.

140. J. Lee, Exclusive two-charmonium vs. charmonium-gueball production at BELLE, hep-ph 0312251, Dec 2003.