BESIII 上 t 质量测量现状

BESIII 上质量测量现状张建勇高能所

代表 BESIII 物物物

中国物理学会高能物理分会第九届全国会员代表大会暨学术年会2014/4/22,WHHEP14 Jianyong Zhang 1

主要内容

2014/4/22,WHHEP14 Jianyong Zhang 2

质量测量的意义和方法 BESIII 上质量测量

BEPCII 与 BESIII束流能量测量系统的研制质量扫描取数方案的优化研究 BESIII 上质量测量

总结

质量测量的意义和方法

3

M 是标准模型的基本参数

)νeνBr(μ)νeνBr(τ

mm

τ

τ

GG

5

τ

μ

τ

2

μ

τ μ

对于 e,, ∆m/m ~10-8 , 对于 , ∆m/m ~9.0 10-5

轻子普适性检验

普适性对 m 敏感

测量方法：赝质量法： ARGUS,OPAL,BELL,BABAR

阈值扫描法 :DELCO,BES,KEDR,BESIII2014/4/22,WHHEP14 Jianyong Zhang

BEPCII 与 BESIII


BEPCII

能量范围 : 2.0 ~ 4.6GeV亮度 : 1033 cm-2s-1 1.89GeV束团数 : 2×93流强 : 2×0.91A

BESIII

漂移室：位置分辨： 135 微米，动量分辨： 0.5%@1GeV, σdE/dx ： 6%

量能器：能量分辨 0.5%@1GeV 位置分辨： 8 毫米TOF ： 100 皮秒（桶部），

110 皮秒（端盖）计数器 : 9 层（桶部）， 8 层（端盖）

TOF 90ps

MDC 120m

CsI

RPC

SC magnet1 T

束流能量测量系统的研制


BESIII

BEMS

N

EeHPGe detector

Laser source

E

laser beam

EX

BEMS 工作在储存环北对撞点


束流能量测量系统的安装

激光与光学系统

新真空盒激光 - 真空连接部分

高纯锗探测系统

束流能量测量系统性能


MeVmmm 05.002.0

通过扫描 (2s) ，并且与 PDG （ 2010 ）给出的值相比较，得出 BEMS 的测量精度对 (2s) 进行了两次扫描，获取的数据约为 4 pb-1.

共振态质量差别 :

对于单束电子或者正电子：03.001.02

m

BEMS 的测量精度 :

能量： / ~ 2×10-5

能散： ~6%

MeV

扫描取数方案的最优化研究


利用 Monte Carlo 模拟抽样技术，研究某给定方案：取多少个点是最优化的这些点是如何分布的质量的测量精度与亮度的关系

!Neμ)LF(mi

μNi

N

iτ

iipt

构造最大似然函数：

B Gio b sfiii smsm ,, BL

i(i=1,2,…,Npt) : 对于某方案j(j=1,2,… Nsamp): 采样次数

Nsamp=1000

扫描数据获取方案的统计优化


研究发现：对于 N 个自由参数的拟合， N 个能量点就可以了每个能量点的最优位置可以用单参数方法确定质量的误差（统计）与亮度的平方根成正比

亮度分配： L3 = 10% Ltot

L1 = 67% Ltot L2 = 23% Ltot

基于 e 事例自由参数：能量点 MP1 ，阈值附近P2 ，阈值上BG P3 ，阈值下

质量扫描取数计划


第一轮扫描 :J/ scan (7 pts) scan (5 pts) ’ scan (7 pts) 第二轮扫描 :J/ scan (7 pts) scan (pt.9&pt.10) ’ scan (7 pts)

Final uncertainty (sta. sys.)< 0.1MeV

100pb–1

5-points scenario

扫描预取数 @BESIII


为了检测了探测器、物理软件以及束流能量测量系统的性能 , 于2011 年冬进行了扫描预取数对共振态 J/ψ 和 ψ(2s) 分别进行了扫描，共扫描 7 个点，积分亮度分别为 1.5 pb-1, 7.0 pb-1

质量扫描共取 4 个点，其中阈值以下一个点，阈值上 3 个点，共获得积分亮度为 23.4 pb-1

事例选择条件


好光子数为 N=0 或者 2

物物物条件： 0<TDC<14,( 单位： 50ns)

|cos|<0.8,E>25MeV

0.84<|cos|<0.92,E>50MeV

c>20


Acoplanarity angle PTEM

2-pointEcm=3553.8MeV



Preliminary!


Momentum of charged tracks TOF of charged tracks




Preliminary!


J/ &’ 强子截面拟合

keV

Scan ΔM (keV)J/ 74±47±43

(2s) 118±75±21

Escale : keV

Di-gamma 亮度

+ 22- 86

BESIII 上质量测量结果


Mτ = 1776.91 ± 0.12 MeV + 0.10- 0.13

(preliminary)


Even

t-12

6932

0

Even

t-54

1243

Event display for -pair decay to e final state@ -pair threshold

总结


建造了 BEMS ，精确测量束流能量用 MC 对质量扫描方案进行优化，找出最佳取数方案为检验软、硬件性能，进行了质量扫描预取数， BESIII: Mτ = 1776.91 MeV, （ PDG12:1776.82 ± 0.16 MeV ）轻子普适性验证： (ggμ)2 =1.0016 ± 0.0042,

0.4σ 水平得到验证，参数取自 PDG12

更精细的质量扫描将在 BESIII 上开展谢谢！+ 0.16- 0.18

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Pseudomass techniqueMeasurement methods (II)

Large sample, 3 assumptions

2τ

2τ

2τ pEm

1)p,pcos( 3πτ

momentum region:τν3π

*τ ppp

τνm2ν

2νν τττ

mEp

23π3π3π3πτ

*2τ

2τ

*2τ m)p)(EE2(EpEm

Fit the spectrum, obtain the mass

neglect,

e+e

ee,

Based on the kinematics of hadronicτ decays, such as :

Three Assumptions

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Measurement methods

Threshold scan methodBased on the measurement of cross section around threshold, t mass derived from a fit

to the cross sectionChose energy points for maximum sensitivity

for given amount of luminosityCross section small, number of events smallBeam energy known precisely2014/4/22,WHHEP14 Jianyong Zhang


Scan / keVMeasured from BEMSJ/ 1112±70τ 1469±64 1534±109Fit from Scan CurveJ/ 1127±42±50 1545±51±69

能散 :1469±64±57keV

ESpread16 keV



正电子测量的相对误差实测结果 : 3.5510–5

设计指标 : 510–5

负电子测量的相对误差实测结果 : 4.2910–5

设计指标 : 510–5

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