* Эксперимент по поиску ПЕнтаКварка в Упругом Рассеянии (и реакции – p K S 0 ) И.Г. Алексеев, И.Г. Бордюжин, В.П. Канавец, Л.И. Королева, Б.В. Морозов, В.М. Нестеров, В.В. Рыльцов, Д.Н. Свирида, А.Д. Сулимов, Д.А. Федин ИТЭФ, Москва В.А. Андреев, В.В. Голубев, А.Б. Гриднев, А.И. Ковалев, Н.Г. Козленко, В.С. Козлов, Е.А. Коновалова, А.Г. Крившич, Д.В. Новинский, В.В. Сумачев, В.И. Тараканов, В.Ю. Траутман, Е.А. Филимонов ПИЯФ, Гатчина M. Sadler ACU, Abilene Прецизионное измерение дифференциального сечения упругого пион-протонного рассеяния в эксперименте ЭПЕКУР* на ускорителе ИТЭФ. Статус и перспективы. Семинар ИТЭФ, 21 марта 2012 года 1

2 Антидекуплет пентакварков ? Original prediction – N***(1710) From modified PWA – 1680 or ) R. Arndt et al., Phys.Rev. C69 (2004) И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

3 GRAAL γ+d(ηn)+p

ELSA 4

MAMI arXiv: [nucl-ex] 5

Comparison Narrow Structure Effect of photo-excitation of D15(1675) ? Coupled channel effect of S11(1535) and P11(1710) ? Interference effect of S11(1535) and S11(1650) ? New narrow state with stronger photo-coupling to the neutron ? polarization observables needed !! Reinhard Beck, University Bonn for the CBELSA/TAPS Collaboration SPIN 2010, , 2010, Jülich 6

7 Узкая особенность наблюдается: –d /d γnηn (GRAAL, ELSA, MAMI, LNS) –d /d γn γn (GRAAL) – γpηp, γn 0 n ( GRAAL -CLAS -MAMI) Не наблюдается: –d /d γp X (GRAAL, CLAS, etc) –d /d γn n (GRAAL, LNS, etc) –C x γn 0 n (MAMI) – γp 0 p (ELSA) И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

(1520) pK - + nK + 8И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

9

What is special in our experiment: Formation–type experiment. Extremely high invariant mass resolution (~0.6 MeV), provided by high momentum resolution of the magneto-optic channel 0.1%. Magnetless spectrometer with drift chambers. Liquid hydrogen target. Very small amount of matter on the particle paths. High statistical precision: 0.5% for elastic scattering and 1% for K -production. and Not only pentaquark… 10И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Resonance parameters within safe reach by the experiment: This provides a good coverage of both theoretical and experimental expectations. 11 И.Г. Алексеев (ИТЭФ) and Formation – type experiment. Extremely high invariant mass resolution (~0.6 MeV), provided by high momentum resolution of the magneto-optic channel 0.1%. High statistical precision: 0.5% for elastic scattering and 1% for K -production. Magnetless spectrometer with drift chambers. Liquid hydrogen target. Very small amount of matter on the particle paths. ЭПЕКУР: Не только узкие резонансы… Precise cross section measurements: p p: d /d – 0.5% statistical precision and 1 MeV momentum step p K 0 : REAC – 1% statistical precision and the same step Very important data for PWA Usual resonace P11 N(1710)*** -polarization in the reaction p K 0 - an order of magnitude better precision then the best data available now - NIMROD (78)

Setup for elastic scattering Proportional chambers with 1mm pitch and 40 um aluminum foil potential electrode in the first focus (1FCH1-4) and in front of the target (2FCH1-4). Liquid hydrogen target with beryllium outer shell and mylar hydrogen container. The target diameter is 40 mm and the length along the beam ~250 mm. 8 modules of drift chambers with hexagonal structure to measure tracks of particles produced. Trigger scintillation counters S1, S2, A1. NMR system for measurement field in the magneto-optic channel dipoles with precision better 0.1%. Triggers: Main = S11FCH S2 2FCH (!A1) With prescale: Mom1F = S11FCH S2 2FCH BeamPos = S11FCH2FCH A1 p 12И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

A prototype chamber with one coordinate and 2 mm pitch. The beam Two coordinate chambers with 1 mm pitch. Magnetic quadruple Proportional chambers with 1 mm pitch Manufactured and tested: 8 two-coordinate chambers 200х200 mm 40 um aluminum foil was used for potential electrodes Magic gas mixture 3200 channels of front-end electronics 100-channel front-end board, including signal amplification and shaping, digital delay line, trigger block recording and sending via USB 2.0 interface Test with -source Proportional chambers in the first focus of the magneto-optic channel 13И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Front-end electronics: 6 24-channel boards Drift chamber module X (wires along the short side) under test at ITEP accelerator. A Y module could be seen behind the X module. Drift chambers with hexagonal structure 0 1 м 0.5 м The beam Efficiency > 99% Precision < 0.2 mm 14И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Платы Цифровая задержка Программируемая длина Платы для пропорциональных камер: 100 каналов малошумящий трансимпедансный усилитель программируемый порог рабочая частота 96 МГц цифровая задержка мертвое время 200 нс передача данных по USB 2.0 размер платы 270х120 мм 2 выделяемая мощность 18 Вт Платы для дрейфовых камер: 24 канала малошумящий трансимпедансный усилитель программируемый порог эффективная частота оцифровки времени 576 МГц мертвое время 1500 нс передача данных по USB 2.0 размер платы 300х50 мм 2 выделяемая мощность 5.5 Вт измерение температуры 15И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

FPGACPU USB 2.0 Питание и триггер Платы Входы Усилители Компараторы 16И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Liquid hydrogen target Liquid level Liquid hydrogen The mylar container L=25 cm, 40 mm. Beryllium outer shell Tested with liquid neon and hydrogen. LqHe Heat exchange block mylar container Н2Н2 liquid gas While filling with hydrogen Mylar container Pion beam Lq H 2 IN H 2 Gas OUT 17 Благодарим лабораторию 301 за предоставленные теплообменник и пульт. И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Калибровка импульса канала по импульсу ускорителя 18 2 й фокус Внутрненняя бериллиевая мишень 1 й фокус Поворотный магнит Пропорциональные камеры Датчик ЯМР p + 7 Be p + 7 Be* первое возбуждение Импульсы ускорителя: 1.06, 1.20 и 1.30 ГэВ/с. Разрешение по импульсу 0.06%. И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

I.G Alekseev (ITEP) 19 Drift chambers Proportional chambers Hodoscope Liquid hydrogen target heat exchanger Engineering run (December 2008) 7 millions of triggers were written with the liquid hydrogen target 19И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Триггер 20 Основной триггер – срабатывание камер и пучковых счетчиков плюс отсутствие сигнала в антисчетчике – очень мягкий триггер. Счетчик перед мишенью Антисчетчик Мажоританое совпадение 3 из 8 пропорциональных камер ~10 тысяч триггеров за сброс при способности системы принять более 100 тысяч. Упругие события – около 2% И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Набор статистики 21 Особая благодарность коллективу ускорителя ИТЭФ! π - p, 0.46 млрд. π - p, 1.25 млрд. π + p, 0.67 млрд. π + p, 0.28 млрд. π - p, 0.29 млрд. И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Выделение упругих событий 22 Гипотеза – пион полетел в левое плечо θ цм =84 о Гипотеза верна Гипотеза ошибочна И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

P beam = МэВ/с Угловое распределение упругих событий (без нормировок) 23 Пион - налево Пион - направо И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Трековая эффективность 24 При проведении трека требуется наличие срабатывания хотя бы в трех из четырех возможных плоскостей дрейфовых камер в каждой проекции. 100% 99% И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Preliminary Corrected to the acceptance, efficiency and decays 25И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Preliminary Corrected to the acceptance, efficiency and decays 26И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Preliminary Corrected to the acceptance, efficiency and decays 27И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Preliminary Corrected to the acceptance, efficiency and decays 28И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Сшивка импульсных интервалов 29 Распределение по импульсам в одном импульсном интервале – триггер Mom1F. Отношение числа упругих событий к числу нормировочных событий. «Сшивка» соседних интервалов не хуже 0.7%. И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Resonances and channel thresholds in the differential cross section Resonance influence on the cross section Other channel threshold influence on the cross section π - pK 0 Σ 0 – M inv = MeV P beam = 1033 MeV/c π - pK + Σ - – M inv = MeV P beam = 1035 MeV/c π - pωn – M inv = MeV P beam = 1092 MeV/c π + pK + Σ + – M inv = MeV P beam = 1021 MeV/c S-wave only Any wave N(1685) – M inv =1685 МэВ P beam = 1024 MeV/c Energy 30 А.И. Базь, Я.Б. Зельдович, А.М. Переломов И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

31И.Г. Алексеев (ИТЭФ) Предварительно

32И.Г. Алексеев (ИТЭФ) Предварительно

33И.Г. Алексеев (ИТЭФ) Предварительно

Наблюдается некоторая нерегулярность. Мы планируем набрать еще статистику в узкой области для ее исследования. 34И.Г. Алексеев (ИТЭФ) Предварительно

35И.Г. Алексеев (ИТЭФ) Предварительно

36И.Г. Алексеев (ИТЭФ) Предварительно

37И.Г. Алексеев (ИТЭФ) Предварительно

38И.Г. Алексеев (ИТЭФ) Предварительно

39 Установка для – p K 0 Основные типы событий: 4 частицы вперед протон и 2 пиона вперед, один пион вбок или вверх (вниз). Сохраняются мишень и пучковая часть Имеющиеся дрейфовые камеры Новые широкоформатные камеры Новый годоскоп 39И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

40 Испытание широкоформатной дрейфовой камеры И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

41 Испытание криорефрижератора криостат компрессор крирефрижератор контроллер термостатирования контроллер турбомолекулярного насоса турбомолекулярный насос контроллер вакуумметра вакуумметр И.Г. Алексеев (ИТЭФ)

Статус и планы 42 Собрана и запущена установка по прецизионному измерению упругого пион-протонного рассеяния. Достигнуты: эффективность регистрации треков в дрейфовых камерах – выше 99%. точность измерения импульса частиц пучка не хуже 0.1% качество нормировки не хуже 0.7% Набрана статистика 2.95 млрд. событий. Ведется обработка. Предварительные результаты демонстрируют особенность в области импульсов МэВ/с. Взять сеанс на отрицательном пучке в узком диапазоне для исследования наблюдаемой особенности и два сеанса на положительном и отрицательном пучках для продвижения вверх по импульсу. Обработать всю записанную статистику. Монте-Карло моделирование установки для окончательного вычисления дифференциальных сечений. Измерение с помощью черенковского счетчика и расчеты по Монте-Карло состава пучка. Модернизировать мишень для работы от криорефрижератора. Рождение K 0 Λ Изготовлена первая камера в 4 раза большей площади. Нужно 4 камеры. Изготовлена вся электроника. Закуплено около половины необходимых ФЭУ 9814В ET Enterprises, ведется испытание прототипа счетчика и конструирование годоскопа. И.Г. Алексеев (ИТЭФ)