CHARMED BARYON SEARCH in HADRONIC INTERACTIONS with 150 Gev/C INCIDENT PROTONS CHARMED BARYON SEARCH in HADRONIC INTERACTIONS with 150 Gev/C INCIDENT PROTONS
Total Page:16
File Type:pdf, Size:1020Kb
*?' %'Al INIS-mf—9008 CHARMED BARYON SEARCH IN HADRONIC INTERACTIONS WITH 15O GeV/c INCIDENT PROTONS WILLEM SPIERENBURG N NATIONAAL INSTITUUT VOOR KERNFYSICA EN HOGE-ENERGIEFYSICA CHARMED BARYON SEARCH IN HADRONIC INTERACTIONS WITH 150 GeV/c INCIDENT PROTONS CHARMED BARYON SEARCH IN HADRONIC INTERACTIONS WITH 150 GeV/c INCIDENT PROTONS ACADEMISCH PROEFSCHRIFT ter verkrijging van de graad van doctor in de Wis- kunde en Natuurwetenschappen aan de Universiteit van Amsterdam, op gezag van de Rector Magnificus, Prof-Dr. D.W. Bresters, hoogleraar in de faculteit der Wiskunde en Natuurwetenschappen, in het open- baar te verdedigen in de Aula der Universiteit (tij- delijk in de Lutherse Kerk, ingang Singel 411, hoek Spui) op woensdag 19 januari des namiddags om 1.30 uur door WILLEM SPIEREN BURG geboren te Dordrecht 1983 j Promotor: Prof* Dr« J.C, Kluyver : Coptomotoc: Dr» C Daum l Coreferent: Dr, C. DauerelX The work described in this thesis has been performed as a part of the research program of the "Nationaal Instituut voor Kernfysica en Hoge- Energiefysica, sectie H (NIKHEF-H)". The author was financially supported by the "Stichting voor fundamenteel Onderzoek der Materie (FOM)". STELLINGEN De door A..N» Aleev et al. gevonden inclusieve werkzame doorsnede voor de hadroiüsche productie van toverbaryonen vla de vervalswijzen A,,* + pK°n+n" en + + + is Ac + An w Tt" hoog vergeleken met de resultaten van de ACCMOR experimenten* Het Met vermelden van resultaten betreffende de productie in + + de vervalskanalen Ac + pR° en An maakt hun uitkomsten twijfelachtig. A.N. Aleev et al., Contribution to the XXIst International Conference on High Energy Physics, Paris (1982). + 2. De fouten op de vertakkingsverhoudingen in het verval van de Ac zijn zo groot dat de meting van de inclusieve werkzame doorsnede in hadronische interacties slechts met een nauwkeurigheid van 50% of slechter bepaald kan worden. Voor de beoordeling van de bestaande theoretische modellen over toverproductie is een nauwkeurige meting van deze verhoudingen dan ook van primair belang. De door J.R. Comfort et al. experimenteel gevonden bezettingsgetallen van de schillen van Sr worden vergeleken met theoretische waarden, die op foutieve wijze zijn afgeleid uit de Hughes golf functie voor de grondtoestand van 88Sr. J.R. Comfort et al., Phys. Rev. C8 (1973) 1354. 4. Bij de bepaling van de vertakkingsverhouding van het zeldzame verval van ! n° + e+e~ door R.E. Mischke et al. is geen rekening gehouden met recent berekende stralingscorrecties op het veronderstelde n° verval. Het toepassen ' van deze correcties kan tot een significante wijziging in het door hen ! opgegeven resultaat lelden. : R.E. Mischke et al., Phys. Rev. Lett. ^8_ (1982) 1153. j L. Bergströra, Ref. Th. 3439-CERN (1982). 1 i I 5. De conclusie van S.J. Lindenbaum et al. dat het H spectrum in de reactie | it~p •»• $$n twee 'glueball' kandidaten bevat is voorbarig... | A. Etkln et al., BNL 31968 (1982) . ] S.J. Lindenbaum et al., BNL 31996 (1982). \ Het introduceren van online processoren in de hoge energiefysica voor verhoging van de gevoeligheid van een experiment leidt niet tot een verlaging van de vraag naar offline computercapaciteit, maar tot een kleinere statistische fout in de resultaten van het experiment» C. Damerell et al., Computer Physics Communications 22 (1981) 349. De prestatie vermindering, die in het 'CM* Multiple Processor system' wordt waargenomen tengevolge van de tijdrovende communicatie tussen verschillende clusters, kan worden tegengegaan door de gebruikte 'communication controllers' te vervangen door snelle 'memory management' eenheden, die in staat zijn het volledige geheugen van het systeem te bereiken» E.F. Gehdnger et al., Computer, okt. 1982. 8. Publicaties van fysisch onderzoek, waarbij gewenste signalen met een marginale significantie worden waargenomen in een "vergezochte" deelverzameling van het beschikbare gegevensbestand, vormen goede aanknopingspunten voor onderzoek naar psychologische afweermechanismen. A. Freud., The Ego and the Mechanisms of Defense, International Universities Press, New York, 1946. 9. Muziekschrift, dat voor het bespelen van electronische muziekinstrumenten in de vorm van "barcode" is weergegeven, vormt een impliciete ontkenning van de creatieve mogelijkheden van de gebruiker. 10. L.R. Smith's chips zijn niet te verteren. Pat. nr. 3,350,687 U.S. Patent Office. W. Spierenburg, november 1982. Oh, words can never satisfy- Xhey are too hard and real; The subtle charm they cannot show By which the Beautiful we know, The Beautiful we feel. The Ministry of Song CONTENTS CHAPTER I INTRODUCTION CHAPTER II EXPERIMENTAL SETUP II.1 Beam 13 II.la Beam transport 15 II-lb Beam optics 15 II. 1c Beam particle identification 16 II.Id Beam track reconstruction 17 II.2 Target system 19 11.3 Electron detecting elements 19 II.3a Electron Cerenkov counter 20 3a.1 Function and performance 20 3a.2 Construction 22 II.3b Electron calorimeter 23 3b.1 Function and performance 23 3b.2 Construction 25 II.3c The H-counters 26 II.3d The proportional chamber system 27 11.4 Measurement of charged particles 28 II.4a Drift chamber system 28 II.4b Magnets 33 II.4c Cerenkov counters 33 CHAPTER III TRIGGER AND DATA TAKING 37 III.l First stage fast trigger 39 III.la Interaction level 41 Ill.lb Electron identification level 42 III.lc Final first stage fast trigger 45 III.Id Result of first stage fast trigger 46 t •i '•i HI.2 Second stage fast trigger 48 1 IH-2a ESOP microprocessor system 48 \ III.2b ESOP electron criteria 49 111.2c Result of second stage fast trigger 52 I 111.3 Data acquisition 53 III.3a Data readout 53 III.3b Monitoring 53 III<3c Tape writing 53 111.4 Final data sample 55 '\ III.4a Composition 55 III.4b Total data sample 56 'i ••\ CHAPTER IV OFFLINE ANALYSIS 57 IV.1 Calibration 59 IV.2 First stage event processing 63 IV.2a Electron search 65 IV.2b Track reconstruction 66 IV.3 Second stage event processing 68 IV.3a Particle Identification 69 3a.1 Method 69 3a.2 Results 73 IV.3b. V°-reconstruction 78 3b.1 Method 78 3b.2 Results 82 IV.4 Third stage event processing 87 IV.4a Electron selection 88 IV.4b Electron pair rejection 89 IV.4c Results 92 CHAPTER V CHARH SÏECTRQSCOBY, AMD PRODUCTION 95 V.I Introduction 95 V.la Charm 95 V.lb Observation of charm 97 V.lc Charmed mesons 99 V.ld Charmed Baryons 102 V.2 Experiments observing charmed baryons 104 V«2a Neutrino production 104 V.2b Photon production 106 V.2c e+e~ annihilation 108 V.2d Hadron production 111 2d.l Experiments at SPS/Fermilab energies 111 2d.2 Experiments at ISR energies 114 2d.3 Theoretical models 115 2d.4 Discussion 119 CHAPTER VI CHARMED BARTON PRODUCTION AT 150 GEV 121 VI.1 Introduction 121 VI.2 Measurement of known resonances 121 VI.3 Study of charmed baryon decay channels 125 VI.3a pK~Ti+ channel 127 + + + VI.3b K8°P(H TT) and Ait (n it~) channels 128 + VI.4 Calculation of the cross section for Ac production 130 VI.4a Assumptions on Ac production and decay process 130 VI.4b Monte Carlo tests 134 VI.4c Acceptances for ACD events 135 VI.4d Charmed baryon cross section 136 VI.5 Comparison with other experiments 139 VI.7 Conclusions 141 ; APPENDIX A V*-rectnutruction 145 i 1 REFERENCES 151 t SUMMARY 155 X" I' 2 SAMENVATTING 157 I ACKNOWLEDGEMENTS 159 V - f • Tl -1- CHAFTER I INTRODUCTION Si this thesis the results are presented from an experiment (NA11) by the ACCMOR* collaboration studying the associated hadronlc production of charmed particles. The experiment uses a large aperture forward magnetic spectrometer set up exposed to high energy hadron beams at the CERN Super Proton Synchrotron (SPS). This set up is shown In fig* 1-1 to 1-3, The trigger selects events with a prompt single electron in order to tag events with a semi-leptonic decay of one o£ the particles of a charmed pair (e.g. DB, DAc, A^A,,)* The hadtonic decay of the other charmed particle is observed as a peak in an invariant mass spectrum* For this the large acceptance, good momentum resolution and particle identification of the forward spectrometer are essential. In particular charmed meson (013) production was studied in n~Be interactions at 12Q-Ï00 GeV incident momentum while charmed baryon (A^) production was studied in pBe interactions at 150 GeV incident momentum via reactions of the type: u~Be + DB + X (+ charge conjugate) <• e~ + anything K"u+(nn) pBe + + K *-*• e~ + anything L pK"it+ The signature of the reactions is that the charge of the electron from the semi- leptonic decay of one of the charmed particles is always related to the strangeness of *) The following laboratories presently participate In this collaboration: NIKHEF-H, Amsterdam, The Netherlands. University of Bristol, Bristol, England* CERN, Geneve, Switzerland. Institute of Nuclear Physics, Cracow, Poland* Max-Flanck-Institute fUr Physik und Astrophysik, Munich, BRD. Rutherford and Appleton Laboratories, Chlkon, England. **) 'throughout this thesis we will equate cal, resulting in the same 2 dimension (GeVj for energy (GeV), momentum (GeV/c) and mass (GeV/c ). I to I Fig. 1-1: View on NAll-spectrometer. In the middle the spectrometer with the beam impinging from the right. Up-right; the barrack, with the read-out electronics and online computer. -3- the hadronic decay channel of the other charmed particle. In particular for the above reactions this implies that the charge of the electron has always the same charge of the (strange) K-meson ("like sign" events). Hence a charm signal can only be expected in invariant mass spectra (Kit, pKi;) tagged with the correct electron sign. The absence of a signal in the same channels tagged with "unlike" electron signs confirms the observation of charm.