T2A

Эксперимент HERMES

 Эксперимент  HERMES - это эксперимент по изучению глубоко-неупругого рассеяния (ГНР) поляризованных позитронов (электронов) пучка на нуклонах поляризованной газовой мишени с целью извлечения спиновых структурных функций нуклонa. Он осуществляется на накопительном кольце HERA в DESY, HERMES использует только лептонный пучок.

За последнее десятилетие несколько экспериментов получили точные данные по поляризационной асимметрии сечения инклюзивного рассеяния, в котором регистрируется только рассеянный лептон. Эти эксперименты показали, что только не более 30% спина нуклона объясняется спином составляющих его кварков. Дальнейшие знания об источнике спина нуклона могут быть получены из исследований полуинклюзивных процессов, в которых вместе с рассеянным лептоном регистрируются адроны. Это даёт способ мечения аромата взаимодействующего кварка, чтобы выделить вклады в спин нуклона отдельных ароматов, включая морские. Интерпретация полуинклюзивных данных упрощается, если возможно идентифицировать тип адрона. Это является центральной темой эксперимента HERMES, который может идентифицировать как пионы, так и каоны.

Физическая программа эксперимента очень обширна. Инклюзивные данные эксперимента имеют систематические погрешности качественно улучшающие мировые данные по $x$-зависимости и интегралу спиновой структурной функции $g_1(x)$ как для протона, так и для нейтрона. Важно отметить, что HERMES получает новые точные данные по полуинклюзивному рассеянию, используя хороший аксептанс спектрометра в сочетании с адронной идентификацией и чистотой мишеней. Накопительное кольцо HERA может наполняться как электронами, так и позитронами с энергией $27.5~GeV$.

В дополнение к изучению ГНР с использованием поляризованных газовых мишеней $\vec{H}$, $\vec{D}$ и $\vec{^3He}$, данные набираются также и с неполяризованными газами ( $H_2,D_2,^3He,N_2,Kr,Ne$). Последнее позволяет в сравнительно короткие промежутки времени (2-3 недели) набирать большие объемы статистики используемые для изучения важных свойств нуклона не связанных со спином, таких, как асимметрия морских ароматов, атакже адронизация в ядрах.

Спектрометр

 Эксперимент HERMES находится в Восточном зале комплекса накопительных колец HERA в DESY. Детектор является передним спектрометром обычного типа. Он симметричен относительно центральной горизонтальной защитной пластины, расположенной в магните (см. рис. 1).
Полярный и азимутальный углы рассеяния, а также первоначальная траектория для определения импульса частиц измеряются передней трековой системой, состоящей из микростриповой газовой камеры (МСГК, обозначенная как вершинная камера (VC)) и дрейфовых камер (DVC, FC1/2). Измерение импульса производится двумя наборами дрейфовых камер за магнитом (BC1/2 и BC3/4). В дополнение есть три пропорциональные камеры внутри магнита (MC1/3) для улучшения сшивки треков перед и после магнита, а также для определения треков частиц малых импульсов, не достигающих задних частиц спектрометра.
Идентификация частиц призводится калориметром с радиатором из свинцового стекла, ливневым детектором (H2), состоящим из двух радиационных длин свинца и пластического сцинтилляционного годоскопа, детектором переходного излучения (TRD), состоящим из трёх идентичных модулей и пороговым черенковским детектором, который был впоследствии аменён на кольцевой черенковский детектор (RICH). Система идентификации частиц спроектирована с возможностью обеспечить коэффициент режекции адронов на уровне $10^4$ для выделения максимально чистой выборки электронов (позитронов) ГНР. Идентификация пионов осуществлялась пороговым черенковским детектором, после замены которого на кольцевой стало возможным отделять пионы от каонов. Калориметр и H2 включены в триггер вместе со вторым годоскопом (H1), помещенным перед TRD. Дополнительный триггерный годоскоп (H0) был включён в 1996 перед FC1 для уменьшения триггерного счёта от фона протонного пучка.

Аксептанс ограничен при малых углах железной пластиной, которая защищает электронный и протонный пучки от магнитного поля спектрометрического магнита. Оба пучка пронизывают спектрометр на расстоянии $72~cm$ друг от друга. В аксептанс попадают частицы рассеянные на углы в диапазоне $\pm170~mrad$ в горизонтальном направлении и между $+(-)40~mrad$ и $+(-)140~mrad$ в вертикальном направлении. Следовательно углы рассеяния заключены между $40~mrad$ и $140~mrad$. Спиновые структурные функции зависят от $x$ ($x=Q^2/2M\nu$, где $Q$ - это четыре-импульс передачи в реакции ГНР, $\nu$ - передача энергии от виртуального фотона к нуклону и $M$ - масса нуклона). Переменную $x$ можно интерпретировать, как часть импульса нуклона, несомую взаимодействующим кварком. Диапазон $x$ покрываемый экспериментом HERMES заключён в пределах 0.02-1.0, хотя скорость счёта для $x\ge0.8$ небольшая, если $W>2~GeV$ (W - инвариантная масса системы фотон-нуклон).
Эксперимент целиком смонтирован на большой платформе, которая может перемещаться по рельсам вместе с электронным трейлером (ЭТ), в котором находится электроника и газовая системы. Для защиты основной части зала от радиации между платформой и ЭТ выложена съемная бетонная стена, дающая возможность доступа к электронике во время работы ускорителя. В случае нужды эксперимент может быть полностью выдвинут в укрытие защиты для быстрого (в течение 24-х часов) предоставления возможности доступа трамваю ускорителя HERA для проведения ремонтных работ.

Mонитор светимости

 Точное измерение относительной светимости необходимо для измерения асимметрии сечений рассеяния в глубоко-неупругих взаимодействиях с различными состояниями спина, а также для on-line-мониторинга рабочих параметров пучка, мишени (особенно ее плотности) и всего спектрометра. Абсолютное значение светимости необходимо для измерения абсолютных структурных функций и изучения неполяризованного полуинклюзивного рождения адронов.
Измерение светимости основано на наблюдении упругого рассеяния позитронов пучка на электронах атомов газовой мишени $e^+e^- \toe^+e^-$ (Bhabha-рассеяние) и их аннигиляции на фотонные пары $e^+e^- \to \gamma\gamma$ . В случае, если HERA наполнена электронным пучком наблюдается Moller-рассеяние. Сечения рассеяния известны с большой точностью из квантовой электродинамики, включая радиационные поправки. Для энергии пучка $27.5~GeV$ угол симметричного рассеяния равен $6.1~mrad$. Рассеянные частицы покидают пучковую трубу на расстоянии $7.2~m$ от центра мишени по ходу пучка и регистрируются по совпадению энерговыделения в двух небольших калориметрах (см. рис. 2).

 

Рисунок 1.
 
 

Рисунок 2.

• Bibliography

2003-03-31