LES EXPÉRIENCES AVEC LE S.F.M.

(1)

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LES EXPÉRIENCES AVEC LE S.F.M.

G. Coignet

To cite this version:

(2)

JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C2, supplément au n° 2, Tome 37, février 1976, page C2-21

LES EXPÉRIENCES AVEC LE S.F.M.

G. COIGNET

Division des Hautes Energies, Institut de Physique Nucléaire, B.P. n° 1, 91406 Orsay, France

Résumé. — Le système de détection à grande acceptance installé dans l'aimant à champ fractionné (S.F.M.) est décrit. Le programme expérimental entrepris dans cette zone d'intersection des I.S.R. du C.E.R.N. est ensuite présenté.

Abstract. — The large acceptance detecting system installed in the Split Field Magnet (S.F.M.)

is described. The experimental program undertaken in this intersecting region of the C.E.R.N. I.S.R. is then presented.

1. Introduction. — Un système de détection où les angles et les impulsions des particules seraient mesurés dans un angle solide voisin de 4 n apparut nécessaire dès les premières discussions du programme expéri-mental des I.S.R.

Pour qu'il soit universel, le dispositif à définir devait satisfaire les exigences du plus grand nombre possible d'expériences, l'étude d'une réaction particulière pou-vant se faire par l'adjonction de peu, ou pas d'appa-reillage spécifique.

Parmi les différents systèmes proposés, la solu-tion d'un détecteur, composé de chambres pro-portionnelles multifils (70 000 fils au total), installé dans un grand aimant à champs inversés (Split Field Magnet = S.F.M.) fut finalement retenue.

Entreprise dès 1969, la construction de ce grand aimant, des chambres d'un type nouveau et de l'élec-tronique associée, demanda un gros effort technique. L'installation progressive du système dans la zone d'intersection se poursuivit tout au long de 1973 et de

1974. En parallèle, la chaîne des programmes d'ana-lyse pour la reconstruction des événements était développée.

Une partie du système commença à être utilisée pour les expériences de physique au début de 1974, c'est-à-dire trois ans après la première collision des faisceaux des I.S.R.

Avant de présenter le programme expérimen-tal entrepris, je commencerai par décrire la partie commune à toutes les expériences que constitue le S.F.M.

2. Le S.F.M. — Les performances du système dépendent des caractéristiques techniques suivantes :

— Le système magnétique. — La chambre à vide. — Le détecteur de positions. — Le déclenchement électronique. — Les programmes d'analyse.

2.1 LE SYSTÈME MAGNÉTIQUE. — Tout système ma-gnétique agissant sur les faisceaux circulant dans les I.S.R. doit restaurer l'orbite fermée à la fin du système. Dans le cas du S.F.M. [1] cette condition est satisfaite par la combinaison de trois différents types d'aimants (Fig. 1) :

— Les petits aimants de compensation, en amont de l'intersection.

— L'aimant principal, au niveau de l'intersection. — Les grands aimants de compensation, en aval de l'intersection.

i) Les deux petits aimants de compensation ont une faible ouverture et fournissent un champ de 18 kG.

ii) L'aimant principal est un aimant ouvert formé de deux moitiés, images l'une de l'autre par rapport au plan vertical de symétrie. Le flux magnétique a des directions opposées dans chaque moitié et un champ quadrupolaire est engendré au centre. Les bobines supérieures reposent sur quatre piliers. Les principaux paramètres sont présentés dans le tableau I.

TABLEAU I Longueur totale 10,30 m Largeur min. 2,00 m Largeur max. 3,50 m Hauteur de l'entre-fer 1,10 m Champ max. 11,4 kG Poids 8501 Puissance 4 MW

Afin d'éviter les effets de focalisation lors du passage des faisceaux aux bords des aimants, des correcteurs magnétiques de (30 x 15) cm2 de section et de 3,50 m

de long sont installés en amont de l'intersection sur chaque faisceau incident.

iii) Les deux grands aimants de compensation sont constitués par des aimants asymétriques en forme de H

(3)

Ci. COIGNET

FIG. 1 . - Schéma général du dispositif S.F.M.

avec un entre-fer accru pour permettre la mesure des La zone d'interactions, qui peut atteindre 40 cm de particules émises à petit angle. Les paramètres essen- long, est contenue dans une enceinte centrale de tiels de chacun d'eux sont donnés dans le tableau 11 1,60 m de long, 60 cm de large, 30 cm de haut et 1,2 mm d'épaisseur. Elle est suivie, pour chaque faisceau

TABLEAU II sortant, par un tube mince de 0,7 mm d'épaisseur qui

Longueur totale 2,50 m Largeur de la pièce polaire 0,80 m Largeur d'ouverture 1,65 m Hauteur de l'entre-fer 0,40 m Champ max. 15

kG

Poids 68 t

Puissance 0,36 MW

Les composantes du champ magnétique ont été mesurées en plus de 250 000 points; cette grille complète permet de définir différentes boîtes dans lesquelles le champ est bien représenté par des expres- sions polynomiales.

2.2 LA CHAMBRE A VIDE. - SOUS l'influence du champ magnétique, l'orbite fermée est déplacée, au maximum de 10 cm, dans le plan horizontal. L'angle de croisement varie également de 14,80 à 18,60. La chambre à vide actuellement installée peut contenir

à la fois l'orbite non perturbée (B = O) et l'orbite perturbée (B

<

11,4 kG). Les faisceaux stockés dans les I.S.R. ayant la forme de rubans d'environ 5 mm de haut et 4 cm de large toutes les enceintes à vide ont une section elliptique de grand axe horizontal et petit axe vertical. Elles sont en acier inoxydable.

a une firme ondulée pour diminuer l'épaisseur de matière traversée par les particules émises vers l'avant. Ce tube a une section de (25 x 8) cm2 et se continue jusqu'à la sortie de l'aimant principal. Depuis ce point et jusqu'à la sortie du grand aimant de compensation, où la chambre à vide reprend les dimensions standards de (15 x 5) cm2, on rencontre une chambre conique de 4 mm d'épaisseur, 5 cm de haut, sa largeur variant de 25 à 15 cm.

2.3 LE DÉTECTEUR DE POSITIONS. - Le détecteur, schématisé figure 2, se compose de deux parties :

- Le détecteur avant [2] qui comprend deux téles- copes, un sur chaque bras, couvre la région de frag- mentation.

- Le dktecteur central [3] qui entoure la région d'interactions permet de détecter les particules émises à grand angle (900

k

40°).

(4)

LES EXPÉRIENCES AVEC LE S.F.M. Forward

detector

FIG. 2. - Vue artistique du détecteur.

5 à 10 Pm, déposée sur une plaque de mousse enrobée de vétronite; cette construction permet une bonne rigidité mécanique tout en présentant peu de matière à

traverser : 0,2 g/cm2 par plaque.

Chaque chambre du détecteur avant a deux plans de fils sensibles : un plan horizontal et un plan vertical. La distance entre fils est de 2 mm. Des bandes de 5,3 cm de large, découpées sur les plans de haute tension de la plaque centrale permettent de lever les ambiguïtés lors de l'association des coordonnées. Deux chambres adjacentes, positionnées de part et d'autre des tubes à vide et a une même distance du point d'intersection des faisceaux, définissent une super-chambre. Chaque télescope avant, comprend ainsi huit super-chambres si l'on tient compte des deux chambres de plus petites dimensions mais de même construction installées dans chaque grand aimant de compensation.

Le détecteur central est constitué par quatre cham- bres compactes à dix plans de fils entourant la zone

d'interactions avec en plus dans la direction horizon- tale quatre chambres à trois plans de fils. Un tel nombre de plans sensibles, avec des fils horizontaux, verticaux et inclinés à 150, est nécessaire pour la reconstruction d'événements à traces multiples et des vertex secondaires. La distance entre fils de 4 mm n'affecte pas la précision de la mesure de l'impulsion.

Le nombre total de fils sensibles de ce détecteur est de 70 000 se décomposant en 50 000 fils pour le détecteur avant et 20 000 pour le détecteur central.

Le gaz employé consiste en un mélange de 53

%

d'argon, 40

%

d'isobutane et 7

%

de méthylal.

Deux plans de compteurs à scintillation (1 m x 2 m) installés sur chaque bras à l'entrée des grands aimants de compensation servent à la mesure de la luminosité et de moniteur absolu.

2 . 4 LE DECLENCHEMENT ÉLECTRONIQUE. - A chaque fil sensible est associé, comme indiqué figure 3, un préamplificateur, un discriminateur à seuil variable,

L 1

(5)

G . COIGNET

! WlRE ELECTRONICS

i

O E C l S l O N P P T T E R N AUXILIARY OATA

ENDEVENT

-

ROB R w d Out Bor

MOU Memory OR FOR Fart OR CLEAR - -

FD Fast decision MD Yemorl 1sr.l decision

FIG. 4. - Diagramme de la chaîne électronique complète.

un monostable produisant un retard de 490 ns et une mémoire rapide. Les signaux F délivrés par le discriminateur et les signaux M délivrés par la mémoire sont groupés par blocs de 32 fils consécutifs pour définir respectivement un FOR et un MOR.

Cette chaîne électronique [4] permet une sélection des événements à deux niveaux (Fig. 4).

i) La décision rapide (< 500 ns) utilise les FORS groupés par plans d'une même super-chambre.

Le OU général des FORS de tous les plans donne la définition temporelle de l'événement à mieux que 10 ns : c'est la fonction TEMPS.

Les coïncidences entre plans d'une même super- chambre d'un même télescope sont combinées dans une logique majoritaire pour demander qu'un minimum de chambres (3 par exemple) aient été touchées :

ce sont les fonctions G E 0 1 pour le télescope 1, G E 0 2 pour le télescope 2.

Les fonctions TEMPS et toute 'combinaison logique des GEO1, GE02, plus, éventuellement, une fonction externe produite par d'autres détecteurs (compteurs à scintillation, compteurs Cerenkov, compteurs à neutrons.. .) définissent un signal de STROBE autorisant le stockage de l'information dans les mémoires des fils touchés. La longueur du STROBE (150 ns) définit le temps de résolution. Un signal de BUSY bloque le système après chaque signal TEMPS.

ii) La décision lente (1 à 10 ps) utilise les niveaux DC des MORS pour décider si l'événement sera finalement accepté et lu par la calculatrice en ligne, l'écriture sur bande étant limitée a une centaine d'événements par seconde. Chaque MOR correspondant à une résolu- tion spatiale de 64 mm, des combinaisons logiques complexes peuvent être exigées. On peut ainsi définir :

la multiplicité dans chaque télescope, la collinéarité de deux traces, l'angle de diffusion, etc. Des informations externes peuvent également être ajoutées pour renforcer la décision lente. Si cette dernière est positive,

la lecture des 32 mémoires appartenant aux MORS touchés peut commencer. A la fin de la lecture ou si la décision a été négative, un signal de CLEAR remet les mémoires dans leur état initial et réactive le système

en éliminant le signal de BUSY.

Les conditions de déclenchement de plusieurs expériences travaillant en même temps peuvent être combinées pour définir le STROBE; une logique à

contrôle multiple permet alors d'orienter le transfert des informations vers les calculatrices associées aux différents déclenchements, le même événement pouvant être transféré à plusieurs calculatrices.

2.5 LES PROGRAMMFS D'ANALYSE. - La figure 5

(6)

LES EXPÉRIENCES AVEC LE S.F.M. C2-25

Fiü. 5. -- Reconstitution d'une interaction à neuf particules dans l'état final.

manque de redondance, consiste à reconstruire des traces à l'aide du minimum de trois coordonnées dans chacune des deux projections et à déterminer le vertex. On utilise pour cela une chaîne de programmes spé- cialement développés [5].

i) Un programme de reconstruction de traces candidates : Les coordonnées dans deux projections sont d'abord groupées en paires pour définir des points dans l'espace. On essaie ensuite de les associer en trajectoires approximées par des paraboles, des courbes du troisième ordre, ou des droites dans deux projections orthogonales, chaque trajectoire devant provenir d'une région voisine de la zone d'interactions. Les performances de cette méthode dépendent fortement de la multiplicité de l'événement étudié. L'efficacité est comprise entre 80

%

et 99

%,

le temps de calcul de CDC 7600 pouvant varier de 10 ms pour un événement élastique à près de 1 s pour un événement de multiplicité élevée.

ii) Un programme d'ajustement géométrique qui tient compte de la résolution spatiale des chambres, de la diffusion multiple et de l'inhomogénéité du champ magnétique. Le programme entreprend d'abord un ajustement individuel des traces afin de rejeter de mau- vaises associations de coordonnées. On utilise pour cela une méthode classique de moindres carrés dans laquelle le calcul des trajectoires peut être fait soit par une méthode d'intégration pas à pas

[a

soit par une méthode de prétabulation des trajectoires [7].

L'ajustement global du vertex permet alors d'obtenir les directions et les impulsions de chacune des traces.

La résolution en impulsion varie de Aplp =

f

1

%

à Aplp =

f

10

%

suivant l'impulsion et l'angle d'émis- sion de la particule.

Le temps de calcul nécessaire pour l'ajustement géométrique varie entre 20 et 60 ms par trace suivant la méthode utilisée.

3. Le programme expérimental. -- Le programme expérimental entrepris peut être subdivisé en quatre grandes lignes de recherche :

-- Etude des spectres inclusifs et des corrélations entre particules.

-

Etudes des particules associées à l'émission d'une particule de grande impulsion transversale.

-- Expériences exclusives : diffusion élastique, dissociation diffractive simple et double.

- Recherche de nouvelles particules.

Les deux premiers sujets étant traités dans les revues de P. Darriulat [SI et J. Teiger [9], je ne mentionnerai que les résultats les plus marquants. Je présenterai plus en détails l'étude des processus diffractifs dans les réactions exclusives à faibles multiplicités. Les recher- chcs de particules nouvelles n'ayant pas encore fourni dc riiultats, j'indiquerai rapidement le principe de ces

cxpéi iences.

3.1 ETUDE DES SPECTRES INCLUSIFS ET DES CORRÉLA-

TIONS ENTRE PARTICULES. - La collaboration CERN, Collège de France, Heidelberg, Karlsruhe (C.C.H.K.)

mesure le spectre inclusif des particules émises à un angle moyen (90 < O* < 210) avec une grande impulsion transversale (1 < PT < 6 GeV/c).

La sélection des événements se fait à l'aide de combinaisons de MORS qui définissent les trajectoires voulues (routes) dans un télescope avant. Les sections efficaces invariantes pour les particules positives [IO] à

2

**P*,**

x = -

JS

fixé ou à 6i* fixé sont présentées figure 6. On peut noter que pour un angle fixé,

le paramètre B décroissant de façon continue quand l'angle augmente.

L'adjonction de compteurs Cerenkov entre l'aimant principal et les grands aimants de compensation permet d'identifier la particule produite avec un grand PT : par exemple la production de pions négatifs par rapport à toutes les particules négatives semble croître avec x et décroître quand PT augmente.

(7)

C2-26 G. COIGNET

aussi définie par son angle azimutal (100 < cp'

<

300) et sa rapidité 1 E 1 + P L Y ' = - l n 2 E'

-

PL comprise entre - 0,25 et - 1,70. 0 I IO" lu2-

:

al

-

ioJ

-

x.0.30 ₁ +

-

+

PP

*

HI++

+(mml~C)

IO-'

-

w 1

-

--

_Y

I m=52.5 CE\/ PT

>

0.5 c;rv/l: PT') 1.5 GEVIL

*.

-

_{? 0 3 ; i ! V L} _TGiKS _$. 104- *.

--

KiVg:lVE iRPCKS

-

*.

.

-

x

-

0.35 .?y; ,---

.

-

--

+ 9*=12.4*

*.

--

lvl-

-

..

₊

t

- + +

+- ++

-

lu'

-

IO-'

-

_-

-

x - 0 . 4 0 + -IO'

-

103

-

10.'. O.

.

-

L-_

'.

++ ...-..

-

A-_.< + ..- A__- -1 2 3 4 5 6 Tronsverse momentum l . q

.

G e V k .... . . . . .

FIG. 6. - Section efficace invariante en fonction de l'impulsion transversale : a ) à x fixé ; b) à O* fixé.

,

J. -+(Y<-3 . . . .*? ..' -+:..,

'

>Js i--- ...

.,O" - - - - . , i ..-Y-,

- Une expérience en cours d'installation (MIT,

:

uT 92 180 710 360 _or ₉₀ ₁₈₀ ₂₇₀ _{360 1}

Orsay, Scandinaves) se propose d'étudier les corréla-

_i

L J Z IiiUTHRL n i l L ~ F . P I ~ I

...

tions entre particules produites dans la région centrale & ; . t l i ~ ~ _ ~ o ~ i ~ i ~ ~ , - L : ~ . ' . - = " r , ~ ~ 1 - ~ ~ " e v d s ,

avec une faible impulsion [Il]. Les particules seront Y = Y = -2

identifiées, jusqu'à 1 GeV/c, par leur temps de vol _FIG.7. - Distributions azimutales des hadrons associés à une

entre des hodoscopes de scintillateurs. Deux grandes particule positive de grande impulsion transversale comparées à

chambres proportionnelles multfils seront ajoutées celles d'un événement normal (pointillés).

de chaque côté de l'aimant à O* = 900.

L'acceptance en rapidité du système couvrira

l'intervalle compris entre environ

+

1 et - 1. En plus On observe alors (Fig. 7) une forte corrélation en cp de la détermination des longueurs de corrélations des particules hi produites à - 3 < Y < 2 : la pro- selon la nature des particules produites, cette expé- babilité d'observer une particule h faisant. un angle rience étudiera la production de résonances (p, cp, K*). azimutal voisin de 1800 avec h' est accrue. Cette corrélation est d'autant plus grande que le PT de h . 2 ETUDE PARTICULFS ASSOCI~ES A L ~ ~ M I S S I O N est plus grand. Par contre, la distribution en Y est D'UNE PARTICULE DE GRANDE IMPULSION TRANSVERSE. la même 'lue Pour un événement normal (sauf Pour

- La collaboration C.C.H.K. [12] étudie également Y(h-) = Y'), lorsque la différence des angles azi- dans les réactions mutaux est voisine de 00 (Fig. 8). Enfin le rapport h-/h + ne change pas de façon appréciable lorsque p + p + h " + h ' + X les particules h sont émises, dans la région centrale

(

-

1 < Y < l), avec un PT inférieur à 1,5 GeV/c. la distribution des particules h positives et négatives - La collaboration Aix-la-Chapelle, CERN, Hei- associées à une particule positive h' ayant une grande delberg, Munich [13] utilise un grand compteur de impulsion transversale (1,5 <

P;

< 4 GeV/c) émise verre au plomb positionné à O* = 900 pour sélection- vers l'avant (90 < O f * < 2 1°). ner les événements ayant un no avec un Pi compris

La particule h', utilisée pour le déclenchement, est entre 2 GeV/c et 3,5 GeV/c.

p p-positive porlicles 01 = 52.5 GeV

(8)

LES EXPÉRIENCES AVEC L E S . F . M . PP --, H '

+

H *

+

(Anything)

,/S = 52.5 GeV PT < .25 GeV/C PT' < 1.5 GeV/C

Positive + Negative -

FIG. 8. - Distributions en rapidité des hadrons associés à une particule positive de grande impulsion transversale comparées

à celles d'un événement normal (pointillés).

Les distributions en rapidité des particules chargées produites avec différents PT dans le même hémisphère que le no

(1

cp

1 <

270) sont indiquées figure 9. On observe qu'elles deviennent de plus en plus piquées

à Y = O quand PT augmente, comme si le no et la particule chargée provenaient d'un objet de faible masse. Cette hypothèse semble confirmée par les spectres de masses invariantes du système (no, n chargé) présenté également figure 9. Pour les particules produites dans l'hémisphère opposé au no défini par

1

@

1

=

1

cp - 180 (

<

35O, la distribution en Y varie peu quand le PT du hadron augmente. Par contre la distribution en @ devient de plus en plus piquée à

@ = 00, c'est-à-dire dans le plan de production du no quand le PT du hadron augmente ( ~ i g . 10). Le rapport h + /h -, voisin de 1,3 pour des PT < 1 GeV/c varie peu avec Y, alors que pour des PT > 2 GeV/c, il atteint 2,2 à Y

=

2.

Les auteurs de la référence [13] définissent avec

la variable

XE = Px/P;o

qui représente la fraction du moment transversal du no compensée par le hadron. Il est alors très intéressant

de remarquer que la distribution en XE de tous les événements avec ( Y

1 <

2,3 est tout à fait compa- rable (Fig. 11) à la distribution en X , = PJP, max du système hadronique mesur& dans la diffusion pro- fondément inélastique d'électrons.

Une expérience en cours d'installation (Orsay, Liverpool, Scandinaves) se propose d'étendre cette étude au cas de la production à 900 d'une particule chargée [14]. Un spectromètre composé d'un aimant, de chambres à lecture magnétostrictive, de compteurs à scintillation et de deux Cerenkov, permettra de sélectionner les événements comportant un hadron identifié avec un PT compris entre 1,5 GeV/c et 5 GeV/c. 11 est également prévu d'identifier au moins un des secondaires à l'aide du dispositif utilisé pour la mesure des corrélations entre particules produites dans la région centrale [Il].

3 . 3 EXPÉRIENCES EXCLUSIVES. - 3.3.1 Difision élastique à grand angle. - La collaboration CERN, Hambourg, Orsay, Vienne (C.H.O.V.) a entrepris l'étude de la diffusion élastique pour cinq valeurs de l'énergie dans le centre de masse :

(9)

C2-28 G. COIGNET

Fiü. 9. - Distribution en rapidité et masses invariantes (nu,

n chargé) des particules chargées produites dans le même hémisphère

que Ic no de grandc impulsion transversale ; le PT des particules char- gées varie : a) 400 < P r < 600 MeV/c; 6) 600 < I; < 800 MeV/c;

c) 800 < PT < 1 200 MeV/c; d) PT > 1 200 MeV/c.

En plus de la décision rapide assurant qu'au moins une particule ait traversé chaque télescope avunt,

la décision lente sélectionne les événements à deux traces collinéaires. Elle détermine également l'angle de diffusion, et applique un facteur de réduction aux événements qui correspondent à un petit transfert d'impulsion t : seulement une petite fraction de ces événements est enregistrée sur bande magnétique, alors que tous les événements à grand t sont enregistrés. Les sections efficaces différentielles [15] obtenues aux énergies extrêmes des I.S.R., soit

f i

= 23 GeV et

&

= 62 GeV, sont présentées sur la figure 12. Les résultats expérimentaux ont été corrigés pour tenir compte de la variation de l'acceptance avec t . Une erreur systématique globale de

f

5

%

due à la cali- bration des compteurs à scintillation utilisés pour le monitorage n'est pas incluse dans les erreurs indiquées figure 12.

A chaque énergie, la section efficace différentielle présente l'allure caractéristique d'un phénomène de diffraction avec un minimum au voisinage de

t = - 1,3 [GeV12, déjà observé [16] à

,/%

= 30, 45

et 53 GeV. Les mesures effectuées au S.F.M. nous apportent les informations suivantes :

O + + Distribution

$

'

+

Normalized 0.6 ( a ) to First 0.4 Point 0.2 Distribution Normalized 0.8 to 0.6

6

b ( b ) First Point

o.

2 ~ i s t A bution Normalized 0.8

+

o.

6

+

( c l t o First Point

+

4

0.2

FIG. 10. - Distribution a~imutale des particules chargées pro-

duites dans l'hémisphère opposé au no de grande impulsion trans- versale @ = 0' correspond au plan de production du no. Le PT des particules chargées varie : a) 200 PT < 500 MeV/c;

6) 1.; > 800 MeV/c; c) PT > 1 400 MeV/c.

1) La position du minimum se déplace vers les petites valeurs de

1

t

1

quand s augmente :

t,, (& = 23 GeV) =

-

(1,44

IT

0,02) [ G ~ V ] ~

tmi,

(fi

= 62 GeV) =

-

(1,26

f

0,03) [GeW2

.

2) Entre t = - 0,25 GeV2 et t =

-

0,6 GeV2, dnldt est compatible avec une forme exponentielle eh indépendante de l'énergie :

(10)

LES EXPÉRIENCES AVEC LE S.F.M. C2-29

FI^. 11. - Distributions (O) en XE = P,/P$ des particules char- gées associées à un no de grande impulsion transversale. Les cer- cles (0) représentent la distribution en X, (impulsion longitudinale/impulsion longitudinale m u . dans le centre de masse du système hadronique) mesurée dans la diffusion profondément

inélastique d'électrons.

4) la valeur de doldt au second maximum croît avec s de (45

*

5) nbarns/[~eV]' pour

f i

= 23 GeV

à (73

k

10) nbarns/[GeVZ pour

f i

= 62 GeV. 5) Pour t < - 2 (GeV)' et dans la limite des erreurs, doldt semble être indépendant de l'énergie.

Les valeurs expérimentales pour

1

t

1

> 0,6 (GeV)', ont été ajustées par une équation de la forme :

où A et B sont des fonctions croissantes de l'énergie, alors que C et D sont des constantes. Les résultats de ces ajustements sont indiqués sur la figure 13. L'analyse des données complètes, pour les cinq énergies, permettra d'obtenir des informations sur le comportement de daldt à

1

t

1

> 2,5 (GeV)', supposé constant dans le modèle à deux composantes.

A,, = (14.7 I 1.3) mb/GeV2 I I B,, = (31.8 le 6.3) mb/GeV2 B13 = ( 7.8

+

0.1 ) GeV-' B6, = ( 9.4 t 0.3) G e W 2 C = (0.003 2

+

0.000 8) mblGeV D = (2,01 le 0.1 1) GeV-Z COS <pz, = - 0,987

+

0.000 7 COS (p,, = - 0,973 it 0,014

Fiü. 13. - Sections efficaces différentielles pour des impulsions

transférées 1 t 1 supérieures à 0,s GeV2. Les courbes représentent les ajustements par un modèle à deux composantes.

3.3 .2 Dissociation d~flractive simple. - La collaboration C.H.O.V. étudie, en même temps que la

(11)

C2-30 G. COIGNET

Le S.F.M. est complété par quatre détecteurs de neutrons [17] indiqués par N1-N4 sur la figure 14. Chacun d'eux e t constitué par un convertisseur de carbone et de chambres proportionnelles multifils pour mesurer le point d'impact servant à déterminer la direction du neutron.

SFM

1

N 4

FIG. 14. - Dispositif expérimental utilisé par la collaboration C.H.O.V.

Des résultats préliminaires à

f i

= 53 GeV obtenus avec le vingtième de la statistique actuelle, ont été présentés [18] a la conférence de Londres en 1974. On peut y relever les comportements suivants :

- La section efficace différentielle intégrée sur toutes les masses M(nn+), pour 0,05

c

1

t

1

c0,90 GeV2 (Fig. 1 9 , révèle la présence d'un changement de pente au voisinage de

1

t

1

= 0,2-0,3 (GeV)'. La pente de la première contribution

(1

t

1

< 0,3 [GeVI2) augmente par rapport à celle observée à Pl,, = 24 GeV

(fi

= 6,8 GeV) dans approximativement la même proportion que la croissance observée dans la diffusion élastique pour

1

t

1

< 0,15 GeV2. Ces observations sont interprétées comme une évidence de la nature périphérique des processus diffractifs.

FIG. 15. - Section efficace différentielle pour la réaction p

+

p + p

+

(nrr') intégrée sur toutes les masses M(nnf).

PP-pin ri*)

-t > 0.05 G ~ V ~

1 .l 1.5 2.0 GeV

M (na')

FIG. 16. - Spectre de masses invariantes M(nn') observé dans la réaction p

+

p

-.

p

+

(nrrf).

- Le spectre de masse global (Fig. 16) apparaît constitué par une importante partie non résonnante sur laquelle se superposent des structures dans la région des résonances connues. Cette interprétation est confirmée par la distribution de l'angle polaire du neutron dans le système de Jackson qui présente une asymétrie avant-arrière, les neutrons émis vers l'arrière provenant préférentiellement des résonances.

L'analyse de la statistique totale permettra une étude détaillée du phénomène en fonction du transfert, de la masse et des angles polaires et azimutaux de la désintégration.

Le comportement en fonction de l'énergie sera également étudié, des données ayant été enregistrées pour

f i

= 31,45 et 62 GeV. A titre indicat'if la section

efficace totale de p

+

p + p

+

(unt) mesurée à

f i

= 53 GeV est de 270 f 80 pbarns.

Cette collaboration étudie également avec le même appareillage la dissociation diffractive en trois particules dans la réaction p

+

p + p

+

(p

+

n + n-) et l'échange d'isospin I = 1 dans la réaction

p

+

p + n

+

(pz').

3 . 3 . 3 Dissociation diffractive double. - Le groupe de Pavie-Princeton étudie la réaction

(12)

LES EXPÉRIENCES AVEC LE S.F.M.

Une nouvelle sélection s'effectue à l'analyse en demandant que la somme vectorielle des impulsions des trois particules émises sur un même bras soit égale

à l'impulsion du proton incident.

Pour cette réaction, I'acceptance globale du sys- tème, qui tient compte de I'acceptance géométrique intégrée sur les variables M, t, 8, cp, des inefficacités de la chaîne de programmes et des différentes pertes varie de 2,5

%

(fi

= 63 GeV) à 5

%

(fi

= 23, 31 GeV).

Les premiers résultats [19] obtenus à l'aide d'environ 500 événements reconstmits à chacune des trois éner- gies

f i =

23, 31, 53 GeV, ont permis de mettre en évidence la double dissociation diffractive dans la diffusion proton-proton :

-

Le spectre de masse M(pn+ n-) observé dans chaque bras est présenté figure 17, à

6

= 31 GeV ; les spectres sont tout à fait semblables à

f i

= 23 et 53 GeV. On observe un pic prononcé à 1,7 GeV et une seconde structure vers 1,5 GeV, la production de masses supérieures à 3 GeV étant fortement réduite.

De plus, le A + + domine dans le spectre de masse m(pn +) alors que le signal du AO est très faible dans le spectre m(pn - ).

FIG. 17. - Spectre de masses invariantes M(pn* a - ) observé à

4

= 31 GeV dans la réaction p

+

p -+ (pz+ n-)

+

(pn' n-). Ces mêmes observations ayant été faites à

6

= 7 GeV (BNL)

f i =

20 (NAL) et

f i =

45 (ISR)

pour la simple dissociation diffractive

on en déduit que les spectres de masses produits de façon diffractive semblent être indépendants de s aussi pour la double dissociation diffractive. Ils ne semblent pas dépendre de l'état d'excitation de l'autre proton :

en effet si l'on isole (Fig. 18) une région de masse (1,6 à 1,8 GeV par exemple) sur un bras, le spectre de masses invariantes sur l'autre bras présente les mêmes structures que le spectre global.

FIG. 18. - Spectre de masses invariantes de l'un des systèmes (pn + a - ) quand l'autre est fixé dans un intervalle de masses compris

entre 1,6 et 1,8 GeV, à& = 3 1 GeV.

FIG. 19. - Section efficace différentielle à

f i

= 53 GeV pour la réaction p

+

p + (pz' n - )

+

(pz' a-).

(13)

C2-32 G. COIGNET

<

f i

<

53 GeV, supérieures à la pente

k

1,l (GeV)-2) obtenue pour pp -+ p(pnf n - ) à

= 20 GeV. Si l'on isole une région de masse sur un bras, la pente augmente lorsque la masse diminue.

La figure 20 montre la variation de la pente en fonction de la masse pour des combinaisons de masses symé- triques.

Frc. 20. - Dépendance en fonction de la masse de la pente b à

= 31 GeV pour des masses M(pn + n - ) identiques.

Ces observations sont en accord avec l'hypothèse de factorisation de l'amplitude, correspondant à

l'hypothèse d'échange d'un simple pôle et de la paramétrisation de la section efficace différentielle par une exponentielle.

En plus, les sections efficaces de double dissociation diffractive (Fig. 21) varient peu dans la gamme des énergies mesurées. 5,5

*

1,1 pb à Js = 23 GeV ; 5,l

f

1,O pb à

f i

= 31 GeV; 4,9

f

1,O pb à

FIG. 21. - Sections efficaces totales de la réaction p

+

p + ( p z + n - )

+

(PZ' n - ) à,/s= 23, 31 et 53 GeV. Les pre-

dictions de la factorisation sont aussi indiquées (pointillés).

fi

= 53 GeV. L'erreur indiquée ici est purement statistique, l'erreur systématique étant de l'ordre de 20

%.

Sur la même figure sont également indiquées les valeurs calculées à l'aide de l'hypothèse de factorisation :

où a, est la valeur de la section efficace de simple dissociation diffractive de l'un des deux protons en (pnf X-) extraite de mesures antérieures [20]. Etant donné la précision des mesures, l'accord est satis- faisant.

3 . 4 RECHERCHES DE NOUVELLES PARTICULES. -

3.4.1 Recherche de particules à charges fractionnaires.

-

Le but principal de cette expérience [21] qui a débuté en mars 1975 est la recherche de quarks de charge

5

ou susceptibles d'être produits dans la région diffractive.

En principe la mesure de la vitesse de la particule et de sa perte d'énergie

lors de son passage à travers la matière suffisent pour identifier des particules de charges fractionnaires.

LE champ magnétique permet, en plus de la mesure de l'impulsion, de réduire le bruit de fond engendré par les paires de particules et des électrons de collisions.

Le dispositif expérimental utilisé par le groupe CERN-Bologne est présenté figure 22.

Chaque bras est équipé de deux hodoscopes compo- sés d'éléments constitués par une juxtaposition de quatre scintillateurs vus par des photomultiplicateurs distincts. LE déclenchement sur une éventuelle particule de charge fractionnaire se fait en demandant que dans chaque télescope ,d'un même bras, et en coïncidence avec au moins une particule dans l'autre bras, un minimum de trois des quatre photomultiplicateurs fournissent une hauteur d'impulsion correspondant à un dE/dX inférieur à 0,9 dE/dX d'une particule de charge 1 au minimum d'ionisation. La fonction.TEMPS délivrée par le S.F.M. sert de temps de référence pour le temps de vol entre les deux hodoscopes.

Des mesures ont déjà été effectuées pour une lumi- nosité intégrée de 3 x permettant d'atteindre une section efficace de l'ordre de 30 picobarns. Aucun résultat n'a encore été publié et l'expérience se poursuit.

3 . 4 . 2 Recherche de masses lourdes dans les paires

(14)

LES EXPÉRIENCES AVEC LE S.F.M.

il

L - - _

. -

-

\</.,

FIG 22. - Dispositif expérimental utilisé pour la recherche des quarks.

SFM contribuent à une meilleure compréhension de la Telescope 1

matière hadronique.

Un dispositif général comme le S.F.M. ne peut pas prétendre être le mieux adapté pour toutes les expé- riences. S'il est difficile d'atteindre les très petites valeurs de t , l'acceptance est grande dès que l'angle de diffusion est supérieur à 25-30 mrad. Le S.F.M.

FIG 23 - Dispositd experimental utilisé pour la recherche dc _d'autre_{part le seul appareil} _{de détecter}

masses lourdes dans les paires de muons.

les articules neutres émises à OO. télescopes avant, deux routes symétriques définies à

l'aide d'absorbeurs insérés entre les chambres des télescopes avant permettent d'identifier les muons. Ils doivent avoir une impulsion supérieure à 0,5 GeV/c pour atteindre la troisième chambre et plus de 1,5 GeV/c pour atteindre la quatrième chambre: L'efficacité de détection des paires de p provenant d'une masse M comprise entre 1,5 et 6 GeV, émise avec 0,2 < x

<

0,5 et

PT

<

1,5 GeV/c, est voisine de 112

%.

De l'ordre de 106 événements ont été enregistrés pour une luminosité intégrée de Le dépouillement de ces événements est en cours.

4. Conclusion. - Après une période mise à profit pour résoudre les difficultés inhérentes à la complexité du système, les premiers résultats obtenus au S.F.M.

C'est un appareillage très puissant pour l'étude des secondaires associés' à un déclenchement externe (exemple des no et des hadrons émis avec un grand

PT).

La sélection d'événements à multiplicité et topologie fixées permet l'étude des réactions exclusives dans une grande région cinématique.

Pour le moment ses principaux points faibles sont :

- Le manque d'identification des particules ; - Le manque de plans de détection pour les particules émises vers l'avant ;

- Le manque de transparence de la chambre à

vide.

L'adjonction de compteurs Cerenkov, le remplace- ment des trois premières chambres de chaque télescope avant par des chambres compactes, et la construction d'une chambre à vide en titane sont actuellement à

(15)

G. COIGNET

[Il RESEGOTTI, L., Rapport interne CERN ISR MAG, 69-58 (1969). BILLAN, J. et al., CERN ISR MA, 72-53 (1972), Comptes rendus de la IVe Conf. Int. on Magnet Technology (Brookhaven 1972).

12) BOUCLIER^ R., et al., Nucl. Instrum. Methods 115 (1974) 235. [3] BOUCLIER> R. et al., Nucl. Instrum. Methods 125 (1975) 19. [4] BELL, W. et al., Nucl. Instrum. Methods 124 (1975) 437.

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[13] DARRIULAT, P. et al., A.C.H.M. Collaboration, ibid. 1141 Orsay, Liverpool, Scandinavian Collaboration CERN, ISRC,

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[16] BOHM, A. et al., A.C.H.G.T. Collaboration, Phys. Lett. 49B (1974) 491.

[17] AUBERT, J. J. et al., rapport IPN, HE 73/03 et Comptes rendus Int. Conf. on Instr. for High Energy Physics, Frascati (1973), p. 410.

(181 NAGY, E. et al., CHOk collaboration, comptes rendus Int. Conf. on High Energy Physics, Londres (1974) paper 489, page 1-13.

[19] CAVALI-SFORZA, M. et al., Pavia-Princeton soumis à Int. Conf. on High Energy Physics, Palerme 23-28 juin 1975. [20] WEBB, R. et al., Phys. Lett. 55B (1975) 331.