预期物理成果.doc

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1、北京正负电子对撞机重大改造工程初步设计4.3预期物理成果4.3.1事例统计BEPCII的设计峰值亮度是在1.89GeV处1033cm-2s-1，为t-粲能区有史以来计划的最高值。预期会有前所未有的大量物理事例，为我们得到重要物理结果提供了机会。预期事例数N由N=s×L×T给出，其中L是亮度，s是感兴趣的物理过程的截面，T是总取数时间。在如下计算中，考虑到束流寿命和注入时间的影响，我们将利用平均亮度L=0.5×Lpeak。T对真实的取数时间每年取作107秒。在计算总截面时，考虑了BEPCII的质心能散，并选取了探测器的最大覆盖立体角。得到的总截面如图4.

2、3-1所示[1]。由图（a）可以看出，在除J/y和y¢以外的能量点，Bhabha和两光子末态的截面为主。如图（b）和（c）所示，J/y处总截面高于4300nb，y¢处约1300nb。这个估计可由BES检验，在BESI上的J/y共振峰扫描和在BESII上的y¢共振峰扫描给出在这两点上的截面分别为3100nb和700nb，质心系能散分别为(0.964±0.008)MeV和(1.305±0.002)MeV，与BEPCII的设计指标基本一致。BEPCII上的物理事例率是相当高的，J/y峰上约为2600Hz，y¢峰上约为1300Hz，其它各能量点主要为QED过程

3、，事例率为400-1000Hz。一年运行各种物理积累的事例数见表4.3-1。表4.3-1运行一年预期的事例数物理质心系能量(GeV)峰值亮度（1033cm-2s-1）物理截面(nb)每年产生事例数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北京正负电子对撞机重大改造工程初步设计图4.3-1：t-粲能区的截面：（a）2-5GeV能区的总截面，5.0GeV处

4、自上而下分别为总截面、巴巴、两光子末态、非共振态强子产生、双m和t对的产生截面；共振态部分自左至右依次为J/y、y¢、y¢¢、y（4040）、y（4160）和y(4415)；（b）在J/y峰上的总截面、共振态和其它过程的截面；（c）在y¢峰上的总截面、共振态和其它过程的截面。参考文献[1]苑长征等，“t-粲能区物理及对加速器和探测器设计的要求”，高能物理及核物理，2002，26（12）：1201－1208。4.3.1BESIII的MonteCarlo模拟我们沿用了BESII的事例产生器[2]，包括32个产生子，基本上能模拟包括J/ψ、ψ΄、D以及Ds等

5、物理范围内所有基本的和一些重要的物理过程。事例产生器根据特定的物理过程随机给出各事例所有的可能的中间共振态和末态粒子的四动量以及其他一些重要信息。现有的BESIII探测器的模拟有两种方式：FULL模拟和快速模拟两种。FULL模拟是基于Geant3.21[3]北京正负电子对撞机重大改造工程初步设计程序包，这是一个很成熟的模拟软件，能很好地模拟粒子与物质的各种相互作用，可以很容易地定义探测器的结构等，已经被广泛用于高能物理，空间物理，核物理和其他一些领域。但是由于Geant模拟需占用很多CPU时间，这对于大样本情况下的模拟是不利的。为了解决这个问题，我们发

6、展了一个快速模拟程序，即利用FULL模拟给出的结果（即各子探测器的参数），对各物理量在子探测器中的响应做了简单的模糊化，这样做可以节省很多的CPU时间，产生很大的样本，但是这样模拟过于简单，可能与实际情况有点差异。下面我们简单地介绍这两种模拟过程。4.3.1.1FULL模拟利用Geant程序包[3]，加入设计中的BESIII探测器结构，事例产生器给出的粒子被送入Geant并由之控制在探测器中输运，最后得到各个粒子在探测器中的信息。图4.3-2给出了模拟中采用的探测器结构，整个探测器包括束流管、主漂移室、桶部和端盖TOF、桶部和端盖量能器、磁铁、μ计数器

7、以及端门。图4.3-2模拟使用的探测器结构示意图1.主漂移室我们利用Geant跟踪粒子在主漂移室中的传输，利用TRACKERR程序[4]对各物理测量量进行模糊化，Geant只模拟各种物理过程为下面的探测器作准备。TRACKERR程序由SLAC开发，能给出相应粒子在确定动量、角度情况下各物理量的分辨率和相应的误差矩阵。我们利用各分辨率对1/PXY、θ和tg(λ)作高斯抽样，再利用这三个量计算出其他物理量。误差矩阵由TRACKERR直接给出。图4.3-3为1.5GeV电子在磁场B=1.0T时的动量分布。北京正负电子对撞机重大改造工程初步设计图4.3-3动量

8、为1.5GeV的电子在漂移室中的动量分布通过与BESII数据比较，我们发现Geant给出的能量