預(yù)期物理成果

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1、北京正負(fù)電子對撞機(jī)重大改造工程初步設(shè)計(jì)4.3預(yù)期物理成果4.3.1事例統(tǒng)計(jì)BEPCII的設(shè)計(jì)峰值亮度是在1.89GeV處1033cm-2s-1，為t-粲能區(qū)有史以來計(jì)劃的最高值。預(yù)期會(huì)有前所未有的大量物理事例，為我們得到重要物理結(jié)果提供了機(jī)會(huì)。預(yù)期事例數(shù)N由N=s×L×T給出，其中L是亮度，s是感興趣的物理過程的截面，T是總?cè)?shù)時(shí)間。在如下計(jì)算中，考慮到束流壽命和注入時(shí)間的影響，我們將利用平均亮度L=0.5×Lpeak。T對真實(shí)的取數(shù)時(shí)間每年取作107秒。在計(jì)算總截面時(shí)，考慮了BEPCII的質(zhì)心能散，并選取了探測器的最大

2、覆蓋立體角。得到的總截面如圖4.3-1所示[1]。由圖（a）可以看出，在除J/y和y￠以外的能量點(diǎn)，Bhabha和兩光子末態(tài)的截面為主。如圖（b）和（c）所示，J/y處總截面高于4300nb，y￠處約1300nb。這個(gè)估計(jì)可由BES檢驗(yàn)，在BESI上的J/y共振峰掃描和在BESII上的y￠共振峰掃描給出在這兩點(diǎn)上的截面分別為3100nb和700nb，質(zhì)心系能散分別為(0.964±0.008)MeV和(1.305±0.002)MeV，與BEPCII的設(shè)計(jì)指標(biāo)基本一致。BEPCII上的物理事例率是相當(dāng)高的，J/y峰上約為26

3、00Hz，y￠峰上約為1300Hz，其它各能量點(diǎn)主要為QED過程，事例率為400-1000Hz。一年運(yùn)行各種物理積累的事例數(shù)見表4.3-1。表4.3-1運(yùn)行一年預(yù)期的事例數(shù)物理質(zhì)心系能量(GeV)峰值亮度（1033cm-2s-1）物理截面(nb)每年產(chǎn)生事例數(shù)J/y3.0970.6~340010′109t3.6701.0~2.412′106y￠3.6861.0~6403.0′109D3.7701.0~525′106Ds4.0300.6~0.321.0′106Ds4.1400.6~0.672.0′106北京正負(fù)電子對撞機(jī)重

4、大改造工程初步設(shè)計(jì)圖4.3-1：t-粲能區(qū)的截面：（a）2-5GeV能區(qū)的總截面，5.0GeV處自上而下分別為總截面、巴巴、兩光子末態(tài)、非共振態(tài)強(qiáng)子產(chǎn)生、雙m和t對的產(chǎn)生截面；共振態(tài)部分自左至右依次為J/y、y￠、y￠￠、y（4040）、y（4160）和y(4415)；（b）在J/y峰上的總截面、共振態(tài)和其它過程的截面；（c）在y￠峰上的總截面、共振態(tài)和其它過程的截面。參考文獻(xiàn)[1]苑長征等，“t-粲能區(qū)物理及對加速器和探測器設(shè)計(jì)的要求”，高能物理及核物理，2002，26（12）：1201－1208。4.3.1BESII

5、I的MonteCarlo模擬我們沿用了BESII的事例產(chǎn)生器[2]，包括32個(gè)產(chǎn)生子，基本上能模擬包括J/ψ、ψ?、D以及Ds等物理范圍內(nèi)所有基本的和一些重要的物理過程。事例產(chǎn)生器根據(jù)特定的物理過程隨機(jī)給出各事例所有的可能的中間共振態(tài)和末態(tài)粒子的四動(dòng)量以及其他一些重要信息。現(xiàn)有的BESIII探測器的模擬有兩種方式：FULL模擬和快速模擬兩種。FULL模擬是基于Geant3.21[3]北京正負(fù)電子對撞機(jī)重大改造工程初步設(shè)計(jì)程序包，這是一個(gè)很成熟的模擬軟件，能很好地模擬粒子與物質(zhì)的各種相互作用，可以很容易地定義探測器的結(jié)構(gòu)等

6、，已經(jīng)被廣泛用于高能物理，空間物理，核物理和其他一些領(lǐng)域。但是由于Geant模擬需占用很多CPU時(shí)間，這對于大樣本情況下的模擬是不利的。為了解決這個(gè)問題，我們發(fā)展了一個(gè)快速模擬程序，即利用FULL模擬給出的結(jié)果（即各子探測器的參數(shù)），對各物理量在子探測器中的響應(yīng)做了簡單的模糊化，這樣做可以節(jié)省很多的CPU時(shí)間，產(chǎn)生很大的樣本，但是這樣模擬過于簡單，可能與實(shí)際情況有點(diǎn)差異。下面我們簡單地介紹這兩種模擬過程。4.3.1.1FULL模擬利用Geant程序包[3]，加入設(shè)計(jì)中的BESIII探測器結(jié)構(gòu)，事例產(chǎn)生器給出的粒子被送入G

7、eant并由之控制在探測器中輸運(yùn)，最后得到各個(gè)粒子在探測器中的信息。圖4.3-2給出了模擬中采用的探測器結(jié)構(gòu)，整個(gè)探測器包括束流管、主漂移室、桶部和端蓋TOF、桶部和端蓋量能器、磁鐵、μ計(jì)數(shù)器以及端門。圖4.3-2模擬使用的探測器結(jié)構(gòu)示意圖1.主漂移室我們利用Geant跟蹤粒子在主漂移室中的傳輸，利用TRACKERR程序[4]對各物理測量量進(jìn)行模糊化，Geant只模擬各種物理過程為下面的探測器作準(zhǔn)備。TRACKERR程序由SLAC開發(fā)，能給出相應(yīng)粒子在確定動(dòng)量、角度情況下各物理量的分辨率和相應(yīng)的誤差矩陣。我們利用各分辨率

8、對1/PXY、θ和tg(λ)作高斯抽樣，再利用這三個(gè)量計(jì)算出其他物理量。誤差矩陣由TRACKERR直接給出。圖4.3-3為1.5GeV電子在磁場B=1.0T時(shí)的動(dòng)量分布。北京正負(fù)電子對撞機(jī)重大改造工程初步設(shè)計(jì)圖4.3-3動(dòng)量為1.5GeV的電子在漂移室中的動(dòng)量分布通過與BESII數(shù)據(jù)比較，我們發(fā)現(xiàn)Geant給出的能量