博士后出站报告

博士后出站报告衡月昆高能物理所一室二零零一年四月2目录博士后出站报告_____________________________________________________1目录___________________________________________________________________2第一部分利用/J确定/J总数____________________________31引言________________________________________________________________32事例挑选____________________________________________________________33触发效率____________________________________________________________54蒙特卡罗模拟________________________________________________________75本底估计___________________________________________________________126结果及误差_________________________________________________________14第二部分利用)(/eeJ确定/J总数_________________________171截面公式与计算方法_________________________________________________172事例挑选___________________________________________________________173拟合角分布_________________________________________________________184结果与误差分析_____________________________________________________20第三部分亮度监测器离线数据分析及运行维护_________________________211离线亮度数据分析___________________________________________________212亮度监测器电子学模拟信号的建立_____________________________________243其它硬件工作_______________________________________________________24第四部分分析00/J对EMC做快速模拟______________________251方法_______________________________________________________________252能量、位置分辨率等对分析纯中性事例的影响___________________________26文献__________________________________________________________________283第一部分利用/J确定/J总数1引言从1999年至2001年，北京谱仪连续在北京正负电子对撞机上获取/J数据，其数据量已为世界最大。利用这些/J数据样本，有许多非常有意义的物理课题可以研究，例如：胶球、混杂态、重子谱、和粒子等等。/J总数作为一个基本参数，我们需要比较精确地测定它，以降低这些重要研究的系统误差水平。鉴于/J的衰变分支比已经精确测量到1.7%[1]，我们分析这个衰变道来确定/J总数。原则上讲，/J总数就等于离线分析所挑选的/J事例数除以在线触发效率、离线重建挑选效率及其分支比。但是，因为QED过程ee和/J具有完全相同的末态，我们不能在事例挑选中把它去除，而只能把它作为本底进行估计，然后扣除。所以，/J总数的计算公式为：在北京谱仪取数过程中，探测器状态基本上是稳定的[2]，触发条件几乎保持不变（能量低阈和能量高阈条件存在晃动，但是其影响不大，详见后面触发效率一节）。这些数据被分成三类，status=1的是好数据，status=2的是有些问题但可用的数据，status=3的是不好的数据。这里所分析的/J数据是指从RUN13691到RUN16835的、status=1或2的数据。2事例挑选鉴于双事例数目很大，我们采用了比较严格的选择条件以去除任何可能的本底。作为初选条件我们要求击中主漂移室的好带电径迹恰好有两条，它们的电荷相反，Mfit=2或-19，顶点满足r1.5cm、|z|15cm。的衰变分支比。事例挑选效率，双在线触发效率，本底数目，估算的数目，所挑选的双其中，/:::QED::JBRNNtrgeeBRNNNtrgeeJ/4尽管在/J的过程中会有辐射光子产生，但是该光子大部分能量比较小，主要是背对背的。所以我们要求这两条带电径迹的角满足oo2|180|||，动量P在1.0GeV至2.1GeV之间。这里选择的动量范围比较宽是考虑的动量在高低端都有一个长尾巴（见图1）。为了排除宇宙线本底，我们使用了飞行时间条件。两条带电径迹从对撞点到5飞行时间探测器的时间差3.1||21TT(ns)。根据主漂移室给出的动量和飞行路径，可以得到的预期飞行时间expT，我们要求飞行时间探测器测量的飞行时间与其差0.1||exp1TT(ns)，0.1||exp2TT(ns)。这样，几乎所有的宇宙线本底都可以排除。我们还要求这两条带电径迹在探测器上都有好的击中[3]，考虑到探测器0.67的接受度，我们要求极角6.0|cos|。图1给出了有关各个选择条件的量的分布，包括、动量、飞行时间、cos等。3触发效率3.1触发条件和触发效率计算公式李德博士已经计算了/J的触发效率[4]，这里我独立地再做一次作为检验。在/J数据获取过程中，桶部打开了三个触发道，分别是:带电道：1vcN,1trkN,1tofN和totlE；带电道2：1vcN,2trkN和2tofN；中性道：Radial和tothE。双事例的触发效率由这三个触发道决定，其公式如下：其中，0是带电道的贡献，1是带电道2的贡献，2是中性道的贡献（实际上2很小）。这里conditiontrg_是指双事例通过某个触发条件trg_condition的效率。根据此公式，我们只需求得各个触发条件的效率即可得到总的触发效率。210EtotlNNNtofttrkvc1110)1(2211EtotlNNNtofttrkvcEtothRadialNNNtofttrkvc)1(111263.2双样本挑选为了得到各个触发条件的触发效率，我们必须首先找到一个独立于该条件的双事例样本。这里，“独立”是指不仅在在线获取的过程中未使用该触发条件，而且在离线挑选的过程中也没使用相关的条件。比如我们为求1tofN的触发效率而挑选双事例样本时，就不能使用飞行时间的挑选条件。在李德的工作中存在其样本挑选与触发条件相关的问题。这里，双事例样本的挑选条件按各个探测器划分为四类：探测器：有且仅有两条径迹击中探测器，它们都击中三层，击中位置满足背对背条件，即olayoneo14||8，olaytwoo15||7，olaythreeo16||6，mZZlayonelayone32.0||21，mZZlaytwolaytwo45.0||21，mZZlaythreelaythree58.0||21。之所以双的不对称，是由于在主漂移室中的不同旋转。顶点探测器和主漂移室：有且仅有两条带电径迹，一正一负，它们的顶点满足r1.5cm、|z|15cm，动量P在1.0GeV至2.1GeV之间，角满足oo2|180|，极角6.0|cos|。飞行时间计数器：有且仅有两条径迹击中飞行时间计数器，飞行时间在3到6ns之间，它们的差小于1ns，击中位置满足mZZtoftof25.0||21。桶部簇射计数器：两条径迹的总沉积能量小于0.6GeV,击中位置满足osco8||5.4。在计算某个探测器的触发条件的效率时，我们就使用另外的三类探测器的条件为其挑选双样本。3.3触发效率计算结果为研究触发条件，/J取数其间曾经按特殊的触发表获取了一些数据（RUN13931-Run13939，totlE是20）,分析这些数据可以得到独立于各个子探测器触发条件的数据，从其中我们可以按上节所说挑选出独立于各个子探测器信息的双样本，通过检查该样本中满足某触发条件的事例数，即可得到触发效率，结果如表1。7因为环境、气体等原因，在/J取数其间桶部簇射计数器的触发条件totlE和tothE做了几次调整。我们分析了RUN14140-RUN14149（totlE是15）的数据，得到%100trg，相应地%88.99ttrg。可见双事例的触发效率是稳定的，最终我们平均这三个结果，得到%26.074.99trg，其中误差取为trg与100%的差。4蒙特卡罗模拟为了得到/J的探测和挑选效率，我们必须做准确的蒙特卡罗模拟，包括产生子和探测器模拟。在BES的蒙特卡罗程序sober中，各个子探测器的性能由真实化参数给出。真对在探测器中的行为，这里对这些参数进行了修正。894.1产生子在BES库程序中，有一个/J的产生子，但是它仅仅考虑了最低阶的过程，没考虑辐射修正。王平博士写了一个矢量介子到轻子对的产生子[5]，计算到3项，如果辐射光子能量大于1%cmE则产生。我将它连接到BES库，模拟)(/J的过程。我们用这个产生子产生了120000)(/J事例，其中有12311个事例具有能量大于31MeV的辐射光子。图2给出了和辐射光子的运动学量的分布。可以看出，大部分辐射光子的能量比较低，方向接近于一个；大部分的动量接近于1.55GeV并且背对背。4.2飞行时间计数器分辨率修正我们发现对于一条径迹，在蒙特卡罗与真实数据中，其飞行时间分辨率具有很大差别（见图3）。在蒙特卡罗中，对应48块桶部TOF闪烁体，输入了48个时间分辨率。经过进一步检查发现，这些输入的分辨率也存在差别（见图4）。我们用样本，计算得到这48个参数，并用其替代原来的值，结果蒙特卡罗与数据达到一致。104.3主漂移室效率修正主漂移室共有40层信号丝，在蒙特卡罗中按4层一组，有10个真实化参数描述带电径迹的击中效率，击中效率随击中位置的变化而变化的情况没被考虑。在102版本中，这10个参数，一个设为1.0，其它都为0.97。我们知道，在一个带电粒子的径迹重建过程中，根据拟合的2值，一些不好的击中点被扔掉。为便于研究，首先定义一个硬件、软件联合的效率，即主漂移室信号丝击中与重建效率：一条带电径迹经过重建后保留下来的好的击中数除以40。然后，我们分别分析数据样本和蒙特卡罗双事例，得到这个效率。通过比较（见图5），蒙特卡罗的效率平滑而且比较高；真实数据的效率中间低两边高。这是因为，垂直带电径迹穿过的气体较薄、发生雪崩电离的可能性较小。所以，我们将10个真实化参数调整为随cos变化的二次函数。调整后，蒙特卡罗得到了和数据比较一致的结果。4.4Muon计数器效率修正计数器由3层组成，每层有两层管来探测粒子。在蒙特卡罗中有一个参数来描述各个管的探测效率，以前设为0.98。为便于研究，我们定义管