ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2020, том 83, № 6, с. 518-520
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
ВЫДЕЛЕНИЕ ПРОЦЕССА e+e- → nn ПО ВРЕМЕНИ
В КАЛОРИМЕТРЕ
©2020 г. М. Н. Ачасов1),2), А. Ю. Барняков1), А. А. Байков1),2), K. И. Белобородов1),2),
А. В. Бердюгин1),2), А. Г. Богданчиков1), А. А. Ботов1), В. Б. Голубев1),
Т. В. Димова1),2), В. П. Дружинин1),2), В. Н. Жабин1), В. В. Жуланов1),2),
Л. В. Кардапольцев1),2), Д. П. Коврижин1), А. А. Король1),2), А. С. Купич1),
К. А. Мартин1), Н. А. Мельникова1), Н. Ю. Мучной1),2), А. Е. Oбразовский1),
Е. В. Пахтусова1), К. В. Пугачев1),2), Я. C. Савченко1),2), С. И. Середняков1),2)*,
З. К. Силагадзе1),2), И. К. Сурин1), Ю. В. Усов1), А. Г. Харламов1),2), Д. А. Штоль1)
Поступила в редакцию 13.04.2020 г.; после доработки 13.04.2020 г.; принята к публикации 13.04.2020 г.
В эксперименте с детектором СНД на e+e--коллайдере ВЭПП-2000 для выделения событий
процесса e+e- → nn измерялось время запаздывания сигнала от нерелятивистских антинейтронов в
каждом счетчике многоканального калориметра на 1640 кристаллах NaI(Tl). Временное разрешение
для событий процесса e+e- → γγ составляет 0.8 нс. Измеренный временной спектр запаздываний
сигнала от антинейтронов в калориметре при энергии в с.ц.м. 1902 МэВ согласуется с расчетом.
DOI: 10.31857/S004400272006001X
I. ВВЕДЕНИЕ
проводился на коллайдере ВЭПП-2000 [3] с детек-
тором СНД [4] в интервале энергии вблизи порога
Нуклоны (нейтрон и протон) составляют ос-
этого процесса E = 1.8-2.0 ГэВ. Главной частью
нову вещества, и их свойства, в частности внут-
детектора СНД является сферический электро-
ренняя структура, всегда были предметом экс-
магнитный калориметр на основе 1640 кристал-
периментального и теоретического исследования.
лов NaI(Tl), который использовался в настоящей
Электромагнитная структура нуклонов описыва-
работе как детектор событий nn. Основной сиг-
ется формфакторами и измеряется при взаимо-
нал дают антинейтроны, которые аннигилируют с
действии виртуального фотона с нуклоном. Для
энерговыделением в калориметре около 1 ГэВ. Их
протона электромагнитные формфакторы измере-
скорость вблизи порога порядка 0.1 c (c — ско-
ны достаточно подробно, но для нейтрона экспе-
рость света), и сигнал в калориметре задержан,
риментальные данные пока недостаточны. В осо-
например, по сравнению с сигналом от фотонов
бенности это относится к формфакторам во вре-
в реакции e+e- → γγ на 5-10 нс в зависимости
мениподобной области, которые могут измеряться
от точки аннигиляции антинейтрона в калориметре.
в процессе e+e- → nn [1, 2]. Выделению нейтрон-
Эта задержка используется для выделения про-
антинейтронных событий вблизи порога их рож-
цесса (1). Для измерения времени была модерни-
дения по времени в калориметре детектора СНД
зирована электроника калориметра [5]. Сигнал с
посвящена работа.
фотоприемника интегрируется с постоянной вре-
мени ≃0.5 мкс и оцифровывается параллельным
аналого-цифровым преобразователем (flash ADC)
II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
с тактовой частотой 36 МГц (утроенная частота
обращения пучка в коллайдере). При обработке
Эксперимент по изучению процесса
оцифрованного сигнала вычисляется его ампли-
туда и время задержки относительно сигналов от
e+e- → nn
(1)
калибровочного процесса e+e- → e+e-.
1)Институт ядерной физики им. Г.И. Будкера СО РАН,
Новосибирск, Россия.
III. РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ
2)Новосибирский государственный университет, Новоси-
бирск, Россия.
При отборе событий nn требуется отсутствие
*E-mail: S.I.Serednyakov@inp.nsk.su
заряженных частиц, большое энерговыделение в
518
ВЫДЕЛЕНИЕ ПРОЦЕССА e+e- → nn
519
N
50
а
40
30
20
10
0
-5
0
5
10
15
20
t, нс
N
40
б
30
20
10
0
-5
0
5
10
15
20
t, нс
Рис. 1. Результаты испытаний системы измерения времени: а — временной спектр событий процесса e+e- → γγ,
вертикальная линия соответствует нулевой отметке времени относительно калибровочных событий процесса упругого
рассеяния e+e- → e+e-; б — временной спектр отобранных событий процесса e+e- → nn, точки с ошибками —
эксперимент, гистограмма — моделирование.
калориметре, большой нескомпенсированный им-
числяется по формуле:
пульс, измеренный в калориметре, и условия, по-
σnn = N/[εL(1 + δ)],
(2)
давляющие космический фон. Применение этих
условий отбора позволяет уменьшить число nn-
где L = 1.8 пбн-1 — светимость, ε ≃ 0.18 — эф-
кандидатов, среди которых, кроме событий nn,
фективность регистрации, 1 + δ ≃ 0.8 — радиаци-
присутствуют пучковый и космический фоны, до
онная поправка. Вычисленное по формуле (2) се-
∼100 соб./пбн-1.
чение равно 0.5 нбн и не противоречит предыдущим
Временное разрешение калориметра измеря-
измерениям [1, 2, 7].
лось на событиях процесса e+e- → γγ (рис. 1а)
и составило 0.8 нс. Время события определялось
IV. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
усреднением измеренного времени с кристаллов
калориметра с весами, пропорциональными энер-
В эксперименте на e+e--коллайдере ВЭПП-
говыделениям. Временное распределение для кан-
2000
с детектором СНД выделялся процесс
дидатов в nn-события при энергии 1902 МэВ по-
e+e- → nn по временной задержке сигнала с
казано на рис. 1б. События, распределенные по
калориметра. Для измерения времени в каждый
времени равномерно, являются космическим фо-
канал калориметра СНД был установлен flash
ном. Сигнал от nn-событий виден справа от нуля
ADC, оцифровывающий форму импульса. Вре-
в диапазоне до 10 нс. Ширина распределения объ-
менная задержка определялась при обработке
ясняется разбросом точек аннигиляции вдоль трека
этого импульса. Временное разрешение событий,
антинейтрона: от вакуумной камеры (радиус 2 см)
измеренное по процессу e+e- → γγ, составило
до третьего слоя калориметра (радиус 60 см). Для
0.8
нс. Применение этой техники позволило
сравнения на рис. 1б показано расчетное распреде-
уверенно выделить nn-события, задержанные на
ление [6], которое удовлетворительно согласуется с
5-10 нс относительно событий γγ. Метод может
измеренным.
применяться для идентификации медленных частиц
Всего в гистограмме на рис. 1б найдено N =
(π, K±, KL, p), рождающихся в e+e--аннигиляции
= 124 ± 12 nn-событий. Сечение процесса (1) вы-
на ВЭПП-2000.
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 83
№6
2020
520
АЧАСОВ и др.
Настоящая работа выполнена при поддержке
E. A. Kravchenko, A. P. Onuchin, K. A. Martin,
S. I. Serednyakov, and V. M. Vesenev, Nucl.
гранта РФФИ № 18-02-00147А.
Instrum. Methods Phys. Res. A 598, 163 (2009);
V. M. Aulchenko, A. G. Bogdanchikov, A. A. Botov,
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
D. A. Bukin, M. A. Bukin, E. A. Chekushkin,
T. V. Dimova, V. P. Druzhinin, A. A. Korol,
1. A. Antonelli et al. (FENICE Collab.), Nucl. Phys. B
S. V. Koshuba, A. I. Tekutiev, and Yu. V. Usov,
517, 3 (1998).
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 598, 340 (2009).
2. M. N. Achasov et al. (SND Collab.), Phys. Rev. D 90,
5. M. N. Achasov, V. M. Aulchenko, A. G. Bogdanchikov,
112007 (2014).
V. P. Druzhinin, V. B. Golubev, A. A. Korol,
3. P. Yu. Shatunov et al., Phys. Part. Nucl. Lett. 13, 995
S. V. Koshuba, D. P. Kovrizhin, S. I. Serednyakov,
(2016).
I. K. Surin, A. I. Tekut’ev, and Yu. V. Usov, JINST 10,
4. M. N. Achasov, D. E. Berkaev, A. G. Bogdanchikov,
T06002 (2015).
D. A. Bukin, I. A. Koop, A. A. Korol, S. V. Koshuba,
6. S. Agostinelli, J. Allison, K. Amako, J. Apostolakis,
D. P. Kovrizhin, A. V. Otboev, E. A. Perevedentsev,
H. Araujo, P. Arce, M. Asai, D. Axen, S. Banerjee,
Yu. A. Rogovsky, A. L. Romanov, P. Yu. Sha-
G. Berrand, F. Behner, L. Bellagamba, J. Boudreau,
tunov, Yu. M. Shatunov, D. B. Shwartz,
L. Broglia, A. Brunengo, H. Burkhardt, et al.,
A. A. Varkovich, and I. M. Zemlyansky, Nucl.
Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. A 506,
250
Instrum. Methods Phys. Res. A 598, 31 (2009);
(2003);
J. Allison, K. Amako, J. Apostolakis,
V. M. Aulchenko, A. G. Bogdanchikov, D. A. Bukin,
H. Araujo, P. Arce Dubois, M. Asai, G. Berrand,
T. V. Dimova, V. P. Druzhinin, P. V. Filatov,
R. Capra, S. Chauvie, R. Chytrasek, G. A. P. Cir-
V. B. Golubev, A. G. Kharlamov, A. A. Korol,
rone, G. Cooperman, G. Cosmo, G. Guttone,
S. V. Koshuba, A. E. Obrazovsky, E. V. Pakhtusova,
G. G. Daquino, M. Donszelmann, et al., IEEE
V. M. Popov, S. I. Serednyakov, et al., Nucl.
Trans. Nucl. Science 53, 270 (2006).
Instrum. Methods Phys. Res. A 598, 102 (2009);
7. V. P. Druzhinin and S. I. Serednyakov, EPJ Web Conf.
A. Yu. Barnyakov, M. Yu. Barnyakov, K. I. Beloborodov,
212, 07007 (2019),
V. S. Bobrovnikov, A. R. Buzykaev, A. F. Danilyuk,
V. B. Golubev, V. L. Kirillov, A. A. Kononov,
SELECTION OF THE e+e- → nn PROCESS
USING TIME MEASUREMENTS IN THE CALORIMETER
M. N. Achasov1),2), A. Yu. Barnyakov1), A. A. Baykov1),2), K. I. Beloborodov1),2),
A. V. Berdyugin1),2), A. G. Bogdanchikov1), A. A. Botov1), V. B. Golubev1), T. V. Dimova1),2),
V. P. Druzhinin1),2), V. N. Zhabin1), V. V. Zhulanov1),2), L. V. Kardapoltsev1),2),
D. P. Kovrizhin1), A. A. Korol1),2), A. S. Kupich1), K. A. Martin1), N. A. Melnikova1),
N. Yu. Muchnoi1),2), A. E. Obrazovsky1), E. V. Pakhtusova1), K. V. Pugachev1),2),
Ya. S. Savchenko1),2), S. I. Serednyakov1),2), Z. K. Silagadze1),2), I. K. Surin1), Yu. V. Usov1),
A. G. Kharlamov1),2), D. A. Shtol1)
1)Budker Institute of Nuclear Physics, Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences,
Novosibirsk, Russia
2)Novosibirsk State University, Novosibirsk, Russia
In experiment with the SND detector at the VEPP-2000 e+e- collider to select events of the e+e- → nn
process the signal delay time from nonrelativistic antineutrons has been measured in each channel of the
NaI(Tl) 1640 crystals calorimeter. The time resolution for events of e+e- → γγ reaction is 0.8 ns. The
measured antineutrons delay time spectrum at the collider c.m. energy 1902 MeV is in agreement with
expectations.
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 83
№6
2020
