BESIII實(shí)驗(yàn)的頂點(diǎn)及共振態(tài)粒子重建研究.pdf

1、北京正負(fù)電子對(duì)撞機(jī)(BEPC)及其大型通用探測(cè)器--北京譜儀(BES)改造工程BEPCⅡ/BESⅢ已經(jīng)成功聯(lián)調(diào)運(yùn)行，并于2008年獲取首批對(duì)撞數(shù)據(jù)。事例頂點(diǎn)重建是BESⅢ數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的重要組成部分，是物理分析的前提條件。BESⅢ的整體設(shè)計(jì)中未包含頂點(diǎn)探測(cè)器，粒子在探測(cè)器上的最內(nèi)層擊中信息位于主漂移室內(nèi)，共振態(tài)粒子的衰變頂點(diǎn)大部分不能被直接探測(cè)。事例頂點(diǎn)重建過程中需要解決的主要問題是，如何利用共振態(tài)粒子衰變頂點(diǎn)的條件優(yōu)化末態(tài)粒子徑跡參數(shù)，

2、如何高精度地重建共振態(tài)粒子的質(zhì)量和壽命，如何有效去除前期徑跡重建過程中產(chǎn)生的偽徑跡，獲得高精度的事例初級(jí)頂點(diǎn)。高效和精確的頂點(diǎn)重建能夠提高徑跡的質(zhì)量分辨，有效地壓低本底事例，以便觀察信號(hào)事例特征。高精度的事例初級(jí)頂點(diǎn)重建能夠準(zhǔn)確地定位對(duì)撞束團(tuán)的中心位置和分辨。 本論文針對(duì)上述問題，圍繞BESⅢ上的頂點(diǎn)和共振態(tài)粒子重建展開以下研究工作： (1)相對(duì)長壽命共振態(tài)粒子K0S，Λ/Λ和Ξ重建研究 共振態(tài)粒子K0S和Λ/Λ

3、是BESⅢ上大量產(chǎn)生的次級(jí)衰變粒子，它們的重建關(guān)鍵是衰變頂點(diǎn)的重建和粒子在衰變之前飛行過程中的運(yùn)動(dòng)學(xué)擬合。本論文詳細(xì)討論了全局頂點(diǎn)擬合方法的原理，研究了頂點(diǎn)限定性條件、粒子在飛行過程中滿足的運(yùn)動(dòng)學(xué)限定性條件，以及共振態(tài)粒子參數(shù)的估算方程；描述了共振態(tài)粒子重建軟件的設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)。利用蒙特卡羅數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，給出共振態(tài)粒子重建的質(zhì)量，并通過對(duì)衰變長度的研究給出重建K0S，Λ的本底壓制條件。詳細(xì)分析了共振態(tài)粒子K0S壽命測(cè)量過程中探測(cè)器分辨、探測(cè)

4、效率函數(shù)，設(shè)計(jì)開發(fā)了不借助模擬信息而直接運(yùn)用數(shù)據(jù)估算探測(cè)效率的算法。蒙特卡羅數(shù)據(jù)研究表明擬合的壽命結(jié)果在誤差范圍內(nèi)是合理的，從而為真實(shí)數(shù)據(jù)的共振態(tài)粒子壽命測(cè)量構(gòu)建了基礎(chǔ)框架。還討論了級(jí)聯(lián)衰變粒子Ξ的重建，通過對(duì)多次衰變粒子的重建研究，進(jìn)一步驗(yàn)證了算法設(shè)計(jì)的合理性與可行性。 (2)基于Kalman濾波方法的頂點(diǎn)重建算法及頂點(diǎn)尋找算法研究 基于Kalman濾波方法，在BESⅢ離線軟件框架BOSS下開發(fā)了頂點(diǎn)擬合算法。事例初級(jí)

5、頂點(diǎn)重建的精確度直接影響對(duì)撞束團(tuán)的離線重建位置和分辨，并影響產(chǎn)生自初級(jí)頂點(diǎn)的次級(jí)粒子重建。提出基于Kalman濾波方法的BESⅢ頂點(diǎn)擬合算法，通過對(duì)徑跡的過濾、預(yù)測(cè)和平滑三個(gè)步驟，有效去除主漂移室徑跡重建過程中的偽徑跡信息，直接改善事例初級(jí)頂點(diǎn)擬合結(jié)果。詳細(xì)討論了Kalman頂點(diǎn)擬合軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，描述了算法在BESⅢ上的具體運(yùn)用，并結(jié)合蒙特卡羅樣本優(yōu)化了算法中相關(guān)的參數(shù)。提出了BESⅢ上的幾何頂點(diǎn)尋找算法，其目的是將事例的末態(tài)粒子徑跡

6、進(jìn)行歸類。詳細(xì)闡述了該算法的原理并描述了相應(yīng)的軟件設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)，蒙特卡羅數(shù)據(jù)研究表明經(jīng)過頂點(diǎn)尋找之后的頂點(diǎn)擬合，其頂點(diǎn)分辨有明顯改善。 (3) BESⅢ實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的事例初級(jí)頂點(diǎn)和次級(jí)頂點(diǎn)重建及數(shù)據(jù)分析 BESⅢ實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析是對(duì)本論文中頂點(diǎn)重建算法，包括頂點(diǎn)尋找、全局頂點(diǎn)擬合以及基于Kalman濾波的頂點(diǎn)擬合算法的可靠檢驗(yàn)。詳細(xì)描述了針對(duì)BESⅢ取數(shù)初期，頂點(diǎn)重建的具體方案，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中事例初級(jí)頂點(diǎn)重建分析了束團(tuán)對(duì)撞中心位