Физическая программа на ВЭПП-2000 В.П.Дружинин, ИЯФ СО РАН, Новосибирск

Физическая программа
на ВЭПП-2000
В.П.Дружинин,
ИЯФ СО РАН, Новосибирск
ВЭПП-2000
• 2008 – получена светимость
• начало экспериментов - 2009
• 2E = 0.4 - 2.0 ГэВ
• Два детектора: СНД и КМД-3
Параметры ВЭПП-2000:
• периметр – 24.4 м
• период обращения – 82 нс
• ток в пучке – 0.2 А
• длина сгустка – 3.3 см
• энергетический разброс – 0.7 МэВ
• x≃ z = 6.3 см
• L ≃ 11032 при 2E = 2.0 ГэВ
ВЭПП-2000
Детектор СНД
1 – промежуток встречи ВЭПП-2000, 2 – трековая система, 3 –
аэрогелевый черенковский счетчик, 4 – счетчики NaI(Tl), 5 – вакуумные
фототриоды, 6 – поглотитель (Fe), 7-9 – мюонная система, 10 –
сверхпроводящие фокусирующие соленоиды ВЭПП-2000.
Детектор СНД
КАЛОРИМЕТР
Кристаллы NaI(Tl),1632 каналов
3 сферических слоя
Толщина – 13.5 X0
Телесный угол – 90% от 4
Энергетическое разрешение -4.2%
Угловое разрешение -1
ТРЕКОВАЯ СИСТЕМА
216 сигнальных проволок
280 катодных полосок
Телесный угол – 94% от 4
Угловое разрешение – 0.2-0.3
СИСТЕМА ИДЕНТИФИКАЦИИ
9 аэрогелевых пороговых
черенковских счетчиков
Показатель преломления - 1.13
/K разделение до p=900 МэВ/c
Детектор КМД-3
1 – Промежуток встречи
2 – Дрейфовая камера
3 – Торцевой BGO
калориметр
4 – Z-камера
5 – Сверхпроводящий соленоид
6 – Калориметр LXe
7 – Баррельный CsI(Tl)
калориметр
8 – Ярмо
9 – Подвод жидкого гелия
10 – Откачка
11 – Сверхпроводящий
соленоид ВЭПП-2000
Детектор КМД-3
КАЛОРИМЕТР
 Баррель LXe и CsI(Tl), 2388+1152 каналов
Толщина – 5+8 X0
Телесный угол – 79% от 4
Энергетическое разрешение -3%
Угловое разрешение -0.3
Торцевой калориметр, 680 кристаллов BGO
 Энергетическое разрешение -4%
Угловое разрешение -1.2
ТРЕКОВАЯ СИСТЕМА
 Магнитное поле - 1.5 Тл
Дрейфовая камера,1218
сигнальных проволок
Z-камера, 512 полосок
Угловое разрешение – 0.20.3
 Импульсное разрешение –
1.5% при p=400 Мэв/c
СИСТЕМА ИДЕНТИФИКАЦИИ
 dE/dx в дрейфовой камере
 /K разделение до p=450 МэВ/c
Основные задачи
 Измерение полного адронного сечения
 Спектроскопия: три семейства векторных
мезонов (, , ), их распады, поиск
экзотических состояний
 Изучение рождения нуклонантинуклонной пары вблизи порога
Полное адронное сечение
σ(e  e   hadrons)
R
σ(e  e   μ  μ  )
KLOE, ISR
BaBar, ISR
BES, VEPP-4
VEPP-2000
R=3[(1/3)2+(2/3)2+(1/3)2]
VEPP-2M
e+e- c.m. energy
Результаты ВЭПП-2М
BaBar (ISR)
E
d (e e  f γ) 2m
 
 W (s, x) (e e  f )(m), x 
dm
s
s
Конечные состояния, которые надо измерить:
+-, +-30, +-40, K+K-, KSKL, KSKL, KSK+ -0
ВЭПП-2000, ожидаемая светимость
L=1032×(E/2)4
ВЭПП-2000,
107 с  200 пб-1
ВЭПП-2М
BABAR,
500 фб-1
см-2с-1
При E=1 ГэВ была
получена светимость
L=8×1030 см-2с-1
Данные по полному
сечению e+e-  адроны
позволяют вычислить
QED(E) и a =(g -2)/2
Прецезионные тесты
Стандартной модели,
новая физика
Постоянная тонкой структуры
 Для проведения точных электрослабых расчетов требуется
знание параметров Стандартной модели.
 Одним из параметров является постоянная тонкой структуры .
 Эффект поляризации вакуума приводит к экранировке заряда
при малых энергиях. С ростом энергии  логарифмически растет.
 Точное знание  нужно, например, для
 расчета аномального магнитного момента мюона (E=m),
 расчета электродинамических сечений (e+e-  +-),
 измерения Vud в -распаде (Е=Mp),
 прецизионных тестов стандартной модели (Е=MZ)
 (0)
 (E) 
,   
1   ( E )
f
  l   q( 5)
 Вклад u, d ,s, c, b-кварков (5) не вычисляется в рамках КХД,
но может быть получен из полного сечения e+e-  адроны.
Вычисление (5)

2
 
α
M
R(s)
σ(e
e  hadrons)
(5)
2
Z
Δα had(M Z )  
Re  ds
, R(s) 
2
 
 
3π
s(s

M

iε
)
σ(e
e

μ
μ )
2
Z
4m
π
• Экспериментальные данные – для E<5.2 ГэВ и 9.6<E<13 ГэВ
• КХД расчет вне этих интервалов
(5)(MZ) = 0.027607 ± 0.000225
leptons(MZ)= 0.031498
-1(MZ) = 128.947± 0.035, точность – 3 × 10−4
-1(0) = 137.о36
Точность двух других параметров:
GF – 8.6 × 10−6, MZ – 2.4 × 10−5
Вклады в (5)
-1(MZ)
= 128.947± 0.035
0.015
 1-2 ГэВ – BABAR, ВЭПП-2000
 2-3.1 ГэВ – ВЭПП-4, BEPC
 3.1-9.5 ГэВ – ВЭПП-4, CLEO, BEPC
 9.5-13 ГэВ – B-фабрики, ВЭПП-4
6.3%
1.4%
5.6%
6.1%
Вклады в ошибку
(g-2)
Эксперимент-теория
Эксперимент: 11659208.0(6.3)× 10−10 o.54 ppm
Теория:
11659180.5(5.6)× 10−10 o.48 ppm
(27.5  8.4 )× 10−10
Единственное значимое (3.3) экспериментальное
отклонение от Стандартной модели.
Величина отклонения почти в два раза превышает
слабый вклад.
(g-2)
QED:
WEAK:
HADRON (LO):
Теория
около 1000
диаграмм до 5
116 584 71.811(0.016)× 10−10
двухпетлевые
поправки
 α mμ 

a μhad(LO)  
 3π 
2 
 ds
4 mπ2
R(s)K(s)
s2
15.4(0.2)× 10−10
690.8(4.4)× 10−10
HADRON (LBL):
HADRON (HO):
-9.8(0.1)× 10−10
12.0(3.5)× 10−10
(g-2)
Интерпретация результата
a=(27.58.4) × 10−10
SUSY:
2
a
SUSY
μ
 13 10
10
 100 GeV 

 tan β sign ( )
 M SUSY 
Для tan=10-50 MSUSY ≃ 200 − 500 ГэВ
2
Другие модели: a
BSM
μ
 300 GeV 
 10 10
 
 M BSM 
(g-2)
Планы
Эксперимент: Е969 (Brookhaven) – 0.2 ppm
J-PARC (Japan)
– 0.1 ppm
Теория:
a
had(LO)
μ
величина
 α mμ 

 
 3π 
2 
R(s)K(s)
 2ds s 2
4m
π
ошибка
e+e+
CMD-2
ВЭПП-2М
SND
Systematic error
0.7%
0.6% / 0.8%
1.2-4.2%
Systematic error
3.2%
1.3%
ISR: KLOE и BABAR
SND/BABAR
CMD-2/BABAR
SND
CMD-2
(g-2)
Планы
• е+e-  +- : KLOE, BABAR (ISR), ВЭПП-2000 (direct+ISR),
точность измерения сечения на ВЭПП-2000 ~ 0.5%
• B(ee) и B( ee) : ВЭПП-2000, точность ~ 1%
• е+e-  адроны для E=1-2 ГэВ: BABAR (ISR), ВЭПП-2000 (direct),
точность измерения сечения на ВЭПП-2000 ~ 1%
690.8(4.4)× 10−10
690.8(2.0)× 10−10
(g-2)
Планы
HADRON (LBL): 12.0(3.5)× 10−10
12.0(2.0)× 10−10
Теоретические усилия
Измерение преходного формфактора 0
Измерение сечения   
ВЭПП-4, ВЭПП-2000,
система рассеянных
электронов
Эксперимент: 11659208.0(2.3)× 10−10 o.2 ppm
Теория:
11659180.5(2.8)× 10−10 o.24 ppm
(27.5  3.6 )× 10−10 7.6
Спектроскопия легких мезонов
• КХД не дает точных предсказаний для
спектров мезонов и их распадов
• Кроме обычных мезонов (qq) ожидаeтся
существование экзотических состояний (gg,
qqg, qqqq, молекулы, ...) с массами в диапазоне
1-2 ГэВ (u, d, s)
• Для идентификации мезонных резонансов
требуется детальное знание их параметров и
свойств
• e+e- машины (Е<4 ГэВ) с высокой светимостью,
распады чармониев
Пример: спектроскопия чармония
BABAR и Belle обнаружили несколько
относительно узких cc резонансов
Y(4260)
Y(4430)
•ISR  JPC=1
•Y
•нет распадов в D-мезоны
•ccg, [(cs) (cs)], молекула
... для легких кваркониев

, , 
 f0(980)  обнаружено
 f0(980), f0(980)  видны
 Требуется дополнительная
статистика  ВЭПП-2000
X(2175)
 f0 (980)
Возбужденные состояния -мезона
X(2175)
(1680) – 23S1, 3D1, – 1900?
Каналы распада: КК, КК,, …
Не видно состояния 3D1
Измерение сечений во всех конечных состояниях
Распределение Далица для КК
Радиационные распады
Возбужденные состояния -мезона
(1420) – 23S1, (1650) – 3D1, (1250)?
Каналы распада: +-0, , , …
Промежуточные состояния в  b1, f0?
Большая ее для (1650) - наличие экзотики
Измерение сечений во всевозможных конечных состояниях
Радиационные распады
Возбужденные состояния -мезона

non 
+-
(1450) – 23S1, (1700) – 3D1, (1900)?, (1250)?
Каналы распада: +-, 0, a1, +-, f0, o, …, (1900) – 6?
Не виден распад в h1 (ожидается ~ a1)
наличие экзотики
Большая ее для (1700)
Измерение сечений во всевозможных конечных состояниях
Радиационные распады
Измерение фазы по зарядовой асимметрии в e+e+ 
Радиационные переходы
• Радиационные переходы – инструмент для
определения кваркового состава мезонов
ss  u u
▫ Кварковый состав не меняется
▫ Переходы между гибридами, глюболами и двухкварковыми
gg  qq
мезонами малы
• Магнитные дипольные переходы
▫ 3S1  1S0: ,,  ,, ,
▫ 23S1  1S0: (1450)  , (1420) 
• Электрические дипольные переходы
▫ 3S1  3P0:   f0,a0, , f0
▫ 23S1,3D1  3P2,1,0:   f0,1,2,   a0,1,2,  f0,1,2 
Рождение нуклонов
4m p
d
2
2
2
 GM (1  cos  )  2 GE sin 2 
d
m
2
Прецезионное измерение
нуклонных формфакторов
вблизи порога
бариониум?
Протоны:
BABAR – 6×103
ВЭПП-2000 – 105/год
Возбужденные состояния -мезона
e+e- )
e+e- )00
M(GeV/c2)
(GeV)
1.88 ± 0.03
0.13 ± 0.03
BABAR 0)
1.86 ± 0.02
0.16 ± 0.02
FOCUS )
1.91 ± 0.01
0.037 ± 0.013
BABAR
)
FOCUS: 6
фоторождение
(1900) – 33S1?
Дибарион ?
Поиск сигнала в других
каналах
Заключение
Прецизионные
электрослабые
расчеты
Эксперименты
на
ВЭПП-2000
Спектроскопия
кваркониев,
гибридов,
глюболов
Нуклонные
формфакторы