Рождение Тяжелых Кварков в Протон-Ядерных

Столкновениях на Детекторе ГЕРА-Б

Юрий М. ЗайцевИТЭФ, Москва28 ноября 2007

Сессия ЯФ ОФН РАН, ИТЭФ, Москва, 26-30 ноября 2007

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 2

Детектор HERA-B

HERA-B - это универсальный спектрометер, работавший с внутренней мишенью

на протонном пучке с энергией 920 ГэВ накопительного комплекса HERA в DESY

Основные достоинства – хороший вершинный детектор и развитые трековые системы

и системы идентификации частиц (RICH, ECAL, MUON)

Протоны 920 ГэВ

Мишень2 Станции,

4 Проволочкив каждой (C, Ti, W)

Si - детектор8 двусторонних

супер-слоевВнутренний/Внешний Трекер

7 слоев GEM-MSGCs(внутренний) и honeycomb

Дрейфовые камеры (внешний)

Мюонный Детектор (4 супер-слоя )газовые пиксельные камеры

(внутренний)2 слоя проволочных трубочных камер

2 слоя проволочных трубочных камер с катодными падами (внешний)

ECALW/Pb-Сцинтиляционный

Калориметер типа “Шашлык”

RICHРадиатор C4F10

Мультианодные PMT

Магнит

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 3

Набранные данные• Набор данных закончен

в марте 2003 года

• 164 миллионов событий с дилептонным триггером (ee/μμ)

• Три мишени С, Тi ,W

● 210 миллионов событий с триггером minimum-bias

● 300 000 J/ψ

● 15 000 χс

● 5 000 ψ (2S)

M( μ+μ−) ГэВ/c2

ρ/ωφ

J/ψ

ψ(2S)

4

Исследования, выполненные на

детекторе ● ♦ Сечение рождения bb

● ♦ Кинематика рождения J/ψ A-зависимость рТ распределение

хF распределение

поляризация

● ♦ Рождение χс

● ♦ Рождение ψ(2S)

● FCNC D0→μ+μ− верхний предел

● ♦ Сечение рождения Y мезонов

● ♦ Сечение рождения J/ψ

● ♦ Рождение мезонов с открытым очарованием

● Рождение мезонов и

гиперонов со странностью

● Поиски пентакварка

● Λ поляризация

● Рождение дейтронов/ анти-дейтронов

♦ Использованные в докладе

Опубликованные

Близкие к завершению

−

5

Сечение рождения J/ с тригером на взаимодействие в

мишениВажно для нормировки сечения результатов с дилептонным тригером

+- e+e-

• небольшая статистика

• однако: хорошо известная эффективность и светимость

малые истематические погрешности (обычно доминирующие)

Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 6

J/ψ (MinB): A-зависимость и сечение

i iiJ

JJ LAJBR

N

)/(/

//

C

Ti

W

α = 0.96 0.01 (fixed to E866)

Результат:

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 7

J/ψ (MinB): Сравнение с другими результатами

Результат в обоих каналах распада:

HERA-B ~2X выше чем E771/789

в этом диапазоне энергий (!?)

8

Результаты фитирования в NRQCD подходе

F.Maltoni et al., ‚Analysis of charmonium production at fixed-target

experiments in the NRQCD approach‘, PL B638,202 (2007)

Результаты фита при энергии

HERA-B s = 41.6 GeV:

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 9

p

N

D+ K -

p+

p+

0DK -

p+

p

N

Рождение открытого чарма

10.2 ± 2.0 ± 1.3

0.40 ± 0.06 ± 0.04

0.44 ± 0.09 ± 0.02

Измерение сечения

рождения:

EPJ C52,531 (2007)

Ds+ + , D+ +

D0K-+ D+K-+ +

D*+D0+

Δσ[µb](-0.15<xF<0.05) σpN[µb](full range)

DD00 26.8±2.6±2.7 48.7±4.7±4.9±4.4

DD++ 11.1±1.2±1.3 20.2±2.2±2.4±1.8

DsDs++ 10.2±3.5±2.0 18.5±6.4±3.7±1.7

DD*+*+ 11.9±2.6±1.7 21.6±4.7±3.0±2.0

DD++/DD00 0.41±0.06±0.04

DD*+*+/DD00 0.41±0.06±0.04

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 10

Рождение открытого чарма: результаты

u d

D±/D0

√

0.4 0 1. 0. 3 .w avg ±=

HERA-B

C

Ti

W

curves: σpA = σpN·Aα

αα((DD00)= )= 0.92±0.080.92±0.08

αα((DD±±)= )= 1.02±0.091.02±0.09

αα((DD**±±)= )= 1.05±0.141.05±0.14

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 11

Рождение открытого чарма vs. s

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 12

Рождение J/ψ и ψ′ мезонов

en

trie

s/(2

5 M

eV

/c2)

m(μμ) [GeV/c2]

103

104

2.8 3.2 3.6 4.0

m(ee) [GeV/c2]

en

trie

s/(3

0 M

eV

/c2)

103

104

2.5 3.0 3.5 4.0

~ 130 000 J/ψ

~ 2 000 ψ′ σJ/ψ ~ 64

MeV

~ 130 000 J/ψ

~ 2 000 ψ′ σJ/ψ ~ 64

MeV

ee

Дилептонный триггер (3 мишени: С, Ti, W)

J/J/ψψJ/J/ψψ

ψ′ψ′ψ′ψ′

μμ

J/J/ψψJ/J/ψψ

ψ′ψ′ψ′ψ′

~ 170 000 J/ψ

~ 3 000 ψ′ σJ/ψ ~ 44

MeV

~ 170 000 J/ψ

~ 3 000 ψ′ σJ/ψ ~ 44

MeV

13

Кинематик

a J/ψ рождения(prelininary

)

[a.

u.]

pT [GeV/c]

2T

dNdp

E789 (Au)E789 (Au)E789 (Au)E789 (Au)

CCCC

E672/E706 (Be)E672/E706 (Be)E672/E706 (Be)E672/E706 (Be)

TiTiTiTi

WWWW

E771 (Si)E771 (Si)E771 (Si)E771 (Si)

HERA-BHERA-BHERA-BHERA-BE789E789 (Be, (Be,

Cu)Cu)E789E789 (Be, (Be,

Cu)Cu)

WW

HERA-BHERA-BHERA-BHERA-BTiTi

CCF

dNdx

[a.

u.]

xF

Сравнение с p-A экспериментами

при энергии √s 38.8 ГэВ

Первые данные при

отрицательных xF

Первые данные при

отрицательных xF

Ядерные эффекты: xF распределение

F

dNdx

xF

[a.

u.]

CC

WW

TiTi

12( ) exp[ ln2( ) ]F F Ff x | x x | / aµ - - D sФункция для фитирования:

Оба эффекта согласуются с A1/3 зависимостью: потери энергии?

Сдвиг в сторону отрицательных xF

Увеличивающаяся ширина распределения

A1/3

ΔxF

σ1/2

Preliminary

Preliminary

15pT [GeV/c]

TT

T

( )pd dp

d dpA=

as

sp

pN

A

Ядерные эффекты: pT распределение

<pT2>

[GeV

2/

c2]

C

Si

Ti

Au

W

Be W Pb

CuAg

E672/706, E672/706, E771, E789E771, E789

√s = 38.8 GeV

HERA-BHERA-B√s = 41.6 GeV

A1/3NA50NA50

√s = 27.4/29.1 GeV

E866E866√s = 38.8 GeV

(pT) - подобное поведение при различных энергиях и различных диапазонах xF

-0.1 < xF < 0.9-0.1 < xF < 0.1

-0.35 < xF < 0.15

Al

Preliminary HERA-B: произвольная нормировка

Preliminary

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 16

α зависимость J/ψ рождения

Preliminary

Модели: R.Vogt, PR C61(2000)035203;NP A700(2002)539 К.Г.Боресков,А.Б.Кайдалов, Письма в ЖЭТФ 77(2003)599

Произвольная нормировка!

17

Угловые распределения распада J/ψ мезона: систнмы координат, углы,параметры

Система покоя

J/ψ

z´ (ось поляризации)

x´ y´

(pN плоскость рождения)

+l +lqq

jj

2 степени свободы: cosθ, φ

Определение оси поляризации, исползовавшейся в экспериментах:

1) Collins-Soper (CS): биссектриса между направлениями пучка и (–) мишени в системе покоя J/ψ

2) Gottfried-Jackson (GJ): направление пучка в системе покоя J/ψ

3) helicity (HE): направление J/ψ в адронной (p-N) CM системе

E615, E672-706, E771, E537, etc.

E866, NA3, etc.

CDF, NA60, etc.

(или y´) (или -x´)

3 параметра: θ , θφ , θφ

( )dN

d dµ

cos jq2

2

1

sin2

sin cos2

sin

cos+

+

+

q

j

qj q

q

q

j

jl

l

l ( cos )

θ = “поляризация”< 0: продолная

> 0: поперечная

2-частичный распад с

сохранением четности

18

Поляризация J/ψ – Preliminary 1) Наблюдается заметная анизатропия угловых распределений в

системе CS в обоих каналах: J/ψ мезон – продольно поляризованный

2) результаты сильно зависят от выбора системы: заметная поляризация в CS системе, практически незаметная в спиральной системе

φ

mm+ -

+ -e eCSCSCSCS

dNdφ

1N

dN/dφ 1 + 2λφ/(3 + λθ) cos(2φ)

dN/dφ 1 + 2λφ/(3 + λθ) cos(2φ)

dNd(cosθ)

cosθ

1N

mm+ -

+ -e e

dN/d(cosθ) 1 + λθ cos2θdN/d(cosθ) 1 + λθ cos2θ

CSCSCSCS

(распределения

относительно сдвинуты)

dNd(cosθ)

cosθ

1N

mm+ - + -e e

cosθ |θ|

|θ|

|θ|<

<

GJGJGJGJ

HEHEHEHE

CSCSCSCS

19

Поляризация J/ψ - Preliminary

Возможно видна зависимость от атомного номера ядра мишени

“Наблюдается” странное кинематическое поведение: поляризация увеличивается с уменьшением pT. При pT = 0 результаты в трех различных системах сходятся, как это и должно быть, к одной и той же величине

GJGJGJGJ

HEHEHEHE

CSCSCSCS

CSCSCSCSCCWW

C and W combined

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 20

'

'''

ψ

J/ψ

J/ψ

ψ

J/ψ

ψ

ε

ε

N

N

σ)llBR(J/ψ

σ)llBR(ψ

Рождение ψ’/ J/

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 21

Рождение’ : xF распределение

Приведеы все мишени, поправленные на ядерные эффекты

(E866, NA50)

CEM

NRQCD

Все данные пока согласуются с обеими моделями

(а также с независимостью от xF)

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 22

Рождение ψ’ / J/ψ

√s

A

CEM

NRQCD

23

Измерения:• доля J/ψ-мезонов из

рападов χc:

• Кинематические характеристики

• A-зависимость

Отбор событий:

Данные 2002-2003~15000 χc’s (μμ + ee):

R(c) = 0.188 pol

Рождениеc

Preliminary

c

cci

c

J

JJ

ici

N

NJBR

R /

//

2

1

)/(

μ+μ−

χc1 χc2

χc→J/ψg

{e+e−

μ+μ−

+0.028

−0.026( )+0.041

−0.004

24

Измерение R(χc) Данные 2002/2003 , полная статистика (15000 χc’s):

~18.8 % J/ψ-мезонов рождаются в распадах χc

[GeV]s

(%)( )cR c

CDF CDF ((p-pp-p))

ISR ISR ((p-pp-p))

E771 E771 ((p-p-SiSi))

E705 E705 ((p-p-LiLi))

E369/ E369/ 610/ 610/ 673 673 ((p-p-BeBe))

ππ-A-A

HERA-BHERA-B

20002000

(18.0 ± 2.5stat)%(19.0 ± 1.5stat)%

e+e-

μ+μ-R(χc) =

Гипотезы o χc поляризации сдвигают центральное значение в диапазоне 18.3–23.2%

preliminary

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 25

Рождение χc: ядерное подавление

-0.3 -0.2 -0.1 0 0.1 0 0.5 1.0 1.5xF(J/ψ) pT(J/ψ) [GeV/c]

0.6

0.4

0.2

0

-0.2

-0.4

-0.6

Δα

<Δα> = < α(χc) – α(J/ψ) > = 0.05 ± 0.04

0.6

0.4

0.2

0

-0.2

-0.4

-0.6

Разница в подавлении между χc и J/ψ:

26

E771E771E789E789

ISRISR

E6

72

/70

6E

67

2/7

06

NA

50

NA

50

E5

95

E2

88

E5

95

E2

88

E705E705

UA6UA6E444E444

E331E331

NA3NA3

NA3NA3E331E331

/ / 1 R R Ré ùê ú= - - - -ê úë û

JDIR

JINCL Ky ys s

Как много рождается прямых J/ψ?

(18.8 )%

χc

J/ψψ′

J/ψb

J/ψ

(7.0±0.4)% (0.065±0.011)%

[Phys. Lett. B638, 407 (2006)]

[ ] ( )± ±stat systJ/ nb/nucl41.6GeV = 663 74 46ys pN

(74.2 )% от всех

J/ψ рождаются

напрямую

кривая: NLO NRQCDфит всех доступных

данных[Phys. Lett. B 638, 202 (2006)]

p-pp-A

[Phys. Rev. D 73, 052005 (2006)]

[Eur. Phys. J. C49, 545 (2007)]

preliminary (2002/2003)

+2.4–2.2

+2.2–2.4

27

Рождение частиц с открытым b–

кварком e+e−

μ+μ− J/

B

Δzp

Против пучка

По пучкуb b события идентифицированы

при помощи отстоящей вершины

анализ:

- распадная длмна (Z)

- прицельный параметр (I)MC настроена на экспериментальные распределения

Фон из MB и прямые J/ψ имеют меньшие I и ZI

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 28

Рождение частиц с открытым b-кварком

downstream

36.9 +- 8.1

downstream

46.2 +- 8.2

upstream

electron

upstream

muon ● C,Ti,W мишени

● Полная статистика

● Фит по методу максимального

правдоподобия● Область перед мишенью

(нефизическая область)

● По направлению пучка от

мишени (сигнальная область)

● Фоны:

● комбинаторный

● B/D полулептонные распады

● Не прямые J/ψ

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 29

Подтверждение рождения b-кварка

• Долго живущие кандидаты около массы J/ψ• Время жизни B согласуется с ожидаемым

1.54 ps (PDG)

= 1.39 ± 0.19 ps

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 30

14.9 2.2 2.4 nb/nucleonbb

Сечение рождения открытого b-

кварка

Предыдущий результат HERA-B 2000 (~ 10 ev)[Eur. Phys. J. C26, 345 (2003)]:

+ +- -= 14 6

12 7bb( ) 32 nb/ Ns

• Теоретическая неопределенность:

– Масса b-кварка 4.5 - 5 GeV– NLO, зависимость от

масштаба (m)• Измерения E789/E771 не

согласуются друг с другом• Метод полулептонного распада B: σ=16.2±2.5±2.8

nb hep-ex/0612024

Phys. Rev. D73 (2006) 052005

σ(b

b)

(nb

/nu

cle

on

)

Proton energy (GeV)

N. Kidonakis et al.HERA-BE789E771

R. Bonciani et al.

400 500 600 700 800 900 1000

1

10

102

σ

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 31

Рождение Y-мезонов (1S) + (2S) + (3S)

Fit: A· ((1S) + (2S) + (3S)) + B · Drell-Yan + Combinatorial

DY

comb comb

DY

30.8±7.4

75±14

(1S) : (2S) : (3S) отношение фиксировано

по данным E605

Форма из MCиз дилептонов

одинакового знака

PL B638,13 (2006)

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 32

Рождения Y-мезонов: Результаты

Нормировка на J/

s

msf 0

0 exp)(

NLO CEM

Данные согласуются с =1

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 33

заключение• Эксперимент ГЕРА-Б практически закончил свою

работу Оставшиеся 6 работ близки к завершению и будут посланы в печать в ближайшее время

• Измерены значения сечений рождения открытого и закрытого с-кварка, открытого и закрытого b-кварка в протон-ядерных столкновениях при маскимальной энергии для экпериментов с фиксированной мишенью

• Исследованы кинематические характеристики рождения J/ψ и ψ’ на ядрах

• Измерены относительные величины сечения рождения ψ(2S) и χС мезонов

• Не вошли в этот доклад исследования рождения странных частиц, поиски пентакварков, поиски распада D0 …

28.11.2007 34

Open and Hidden

Charm production at HERA-B

28.11.2007 Юрий Зайцев, ИТЭФ, Москва 35

Open and Hidden

Beauty production at HERA-B