BESIII實驗的頂點及共振態(tài)粒子重建研究.pdf

1、北京正負電子對撞機(BEPC)及其大型通用探測器--北京譜儀(BES)改造工程BEPCⅡ/BESⅢ已經(jīng)成功聯(lián)調(diào)運行，并于2008年獲取首批對撞數(shù)據(jù)。事例頂點重建是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的整體設計中未包含頂點探測器，粒子在探測器上的最內(nèi)層擊中信息位于主漂移室內(nèi)，共振態(tài)粒子的衰變頂點大部分不能被直接探測。事例頂點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頂點。高效和精確的頂點重建能夠提高徑跡的質(zhì)量分辨，有效地壓低本底事例，以便觀察信號事例特征。高精度的事例初級頂點重建能夠準確地定位對撞束團的中心位置和分辨。 本論文針對上述問題，圍繞BESⅢ上的頂點和共振態(tài)粒子重建展開以下研究工作： (1)相對長壽命共振態(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)生的次級衰變粒子，它們的重建關(guān)鍵是衰變頂點的重建和粒子在衰變之前飛行過程中的運動學擬合。本論文詳細討論了全局頂點擬合方法的原理，研究了頂點限定性條件、粒子在飛行過程中滿足的運動學限定性條件，以及共振態(tài)粒子參數(shù)的估算方程；描述了共振態(tài)粒子重建軟件的設計和實現(xiàn)。利用蒙特卡羅數(shù)據(jù)進行重建，給出共振態(tài)粒子重建的質(zhì)量，并通過對衰變長度的研究給出重建K0S，Λ的本底壓制條件。詳細分析了共振態(tài)粒子K0S壽命測量過程中探測器分辨、探測

4、效率函數(shù)，設計開發(fā)了不借助模擬信息而直接運用數(shù)據(jù)估算探測效率的算法。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，從而為真實數(shù)據(jù)的共振態(tài)粒子壽命測量構(gòu)建了基礎框架。還討論了級聯(lián)衰變粒子Ξ的重建，通過對多次衰變粒子的重建研究，進一步驗證了算法設計的合理性與可行性。 (2)基于Kalman濾波方法的頂點重建算法及頂點尋找算法研究 基于Kalman濾波方法，在BESⅢ離線軟件框架BOSS下開發(fā)了頂點擬合算法。事例初級

5、頂點重建的精確度直接影響對撞束團的離線重建位置和分辨，并影響產(chǎn)生自初級頂點的次級粒子重建。提出基于Kalman濾波方法的BESⅢ頂點擬合算法，通過對徑跡的過濾、預測和平滑三個步驟，有效去除主漂移室徑跡重建過程中的偽徑跡信息，直接改善事例初級頂點擬合結(jié)果。詳細討論了Kalman頂點擬合軟件設計與實現(xiàn)，描述了算法在BESⅢ上的具體運用，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上的幾何頂點尋找算法，其目的是將事例的末態(tài)粒子徑跡

6、進行歸類。詳細闡述了該算法的原理并描述了相應的軟件設計和實現(xiàn)，蒙特卡羅數(shù)據(jù)研究表明經(jīng)過頂點尋找之后的頂點擬合，其頂點分辨有明顯改善。 (3) BESⅢ實驗數(shù)據(jù)的事例初級頂點和次級頂點重建及數(shù)據(jù)分析 BESⅢ實驗數(shù)據(jù)分析是對本論文中頂點重建算法，包括頂點尋找、全局頂點擬合以及基于Kalman濾波的頂點擬合算法的可靠檢驗。詳細描述了針對BESⅢ取數(shù)初期，頂點重建的具體方案，通過實驗數(shù)據(jù)中事例初級頂點重建分析了束團對撞中心位