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1974年11月12日,美国麻省理工学院丁肇中教授的实验组发现了一个质量为3.1GeV,寿命相当长的粒子,命名为“J”粒子。几乎同时,在11月13日美国斯坦福大学里克特教授(B.Richter)实验组也发现了这个粒子,他们将其命名为“ψ”粒子。不久之后人们又发现了ψ(2S)粒子。通过对J/ψ与ψ(2S)的组成成分的分析,表明它们是cc组成的粲夸克偶素,从而证实了由布约肯(Bjorken)和格拉肖(Glashow)于1964年提出的粲夸克“charm”的假设,以及盖拉德(Gail lard)和Lee关于粲夸克质量在1-2GeV之间的预言。
目前系统研究粲夸克偶素的实验有以E760/835和运行在北京正负电子对撞机(BEPC)上的北京谱仪(BES)为代表的两个实验组。前者是利用质子发质子湮灭研究粲夸克偶素的产生和衰变性质,后者是利用正负电子湮灭研究J/ψ和ψ(2S)的产生和衰变性质,然后利用其衰变进行其它粲夸克偶素研究。BEPC的优点是本底非常干净,在J/ψ与ψ(2S)峰值能量处,QED本底过程截面相比较非常小,有利于全面系统地研究各共振态电磁和强子各种衰变模式;并且可以通过J/ψ的辐射衰变寻找胶子球和混杂态,这也是BES物理目前和将来的重要研究方向。
由于BEPC的工作能区为2~5.0GeV,因此北京谱仪的物理目标有两个:τ物理和charm物理。BES目前是世界上唯一运行在此能区上的磁谱仪。在τ到charm能区内的许多重要的物理问题中,μ子的鉴别起着相当关键的作用。比如说,D+(S)→μ+vμ,τ-→μ-vμvτ,c→μ+vμS等,其中c代表charm,s代表反夸克。在上述类型的衰变中μ子的动量都是小于1.2Gev/c的,所以说一种有效的鉴别低动量μ子的方法就是很有必要的了。
北京谱仪BES(BEijing Spectrometer)是工作在北京正负电子对撞机上的大型通用磁谱仪,用于测量正负电子对撞后产生的遍举末态反应,研究末态粒子的性质及其相互作用的规律。BES有这样几个主要部分组成:1、顶点探测器,是测量衰变发生的顶点;2、主漂移室,测量粒子的动量以及de/dx信息;3、飞行时间计数器,测量粒子的飞行时间(速度),以及对粒子p/K/π的鉴别;4、簇射计数器,用于鉴别电子,并且测量电子和光子的能量;5、μ子计数器,用于鉴别μ子。下文所说的主要与μ子计数器有关。
μ子计数器的作用是鉴别和测量e+e-反应末态中的μ子。它通过测量多层击中点的位置来确定粒子飞行轨迹,再与谱仪内层探测器的粒子径迹相匹配,由内层探测器拟合径迹确定μ子动量,从而与其他粒子区别开来。强子有可能被误判为μ子。对于大部分的K子使用TOF信息轻易的将其排除,而π子在内部探测器中的表现和μ子十分相似,所以必须用μ子计数器来区分它们。
北京谱仪Ⅱ的μ子探测器的位置分辨和击中效率与带电径迹的动量和入射位置有关,本文利用选取的宇宙线样本和强子样本对μ子探测器逐层进行了标度,并利用构造的效率比函数在物理分析中有效的识别μ子和强子。