通过Primakoff效应高精度测量π0介子的寿命

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π0介子作为强子谱中最轻的粒子,对QCD基本对称性问题的理解起到至关重要的作用。QCD手征微扰论对π0介子寿命的理论预测精度达到了1%左右。美国国家实验室Jefferson Lab进行的PrimEx实验项目,利用Primakoff效应力求以1.4%的实验精度测量π0介子寿命,从而严格检验这个基本的理论预测结果。该项目的第一期实验PrimEx-Ⅰ的实验结果测量精度为2.8%,这个结果很大程度上提高了PDG收录的π0介子寿命的精度。为了达到最终1.4%的测量精度,PrimEx合作组在2010年进行了第二期实验PrimEx-Ⅱ。本论文主要介绍primex-Ⅱ的实验数据分析和π0介子衰变宽度的提取。PrimEx实验利用JLab Hall B的光子标记设备Tagger产生的韧致辐射光子照射实验靶,通过Primakoff效应产生π0介子,其中韧致辐射光子的能量范围为4.4GeV到5.3GeV。π0介子在很短的时间内(10-17秒),以98.8%的分支比衰变为两个光子,这两个光子最终会被高分辨率的电磁量能器HyCal探测,并提供其能量、时间和位置信息。根据这些信息重建π0介子的四维矢量(4-vectors),得到小角度范围内(00-2.50)光致生成π0介子的微分截面。最后通过拟合分析微分截面来提取Primakoff效应的贡献,从而得到π0介子的衰变宽度Γπ0→rr°本论文首先对部分探测器标定做了分析和介绍。然后分析实验数据并提取光致生成π0介子的微分截面和π0介子的衰变宽度Γπ0→rr°π0介子衰变宽度的初步结果为:对于12C靶,Γπ0→rr°=7.69±0.12(stat.)eV;对于28Si靶,Γπ0→rr°=7.76±0.065(stat.)eV。目前已经完成实验测量Γπ0→rr°的绝大部分系统误差分析,现有系统误差分析结果为0.50%(12C),0.58%(28Si)。 其余的系统误差项分析将作为本论文的后续工作。除了分析光致生成π0介子反应总截面,本论文还分析并提取了12C靶和28Si靶的光子反应总截面,来间接验证实验靶厚度和密度的测量结果。目前光子反应总截面的分析精度约为2%,该结果还需要与其它理论和实验结果进行对比。
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