CLEO era un detector de partículas de uso general en el anillo de almacenamiento de electrones de Cornell (CESR), y el nombre de la colaboración de los físicos que operaron el detector. El nombre CLEO no es un acrónimo; es la abreviatura de Cleopatra y fue elegida para ir con CESR (pronunciado César ). [1] CESR era un acelerador de partículas diseñado para colisionar electrones y positrones con una energía de centro de masa de aproximadamente 10 GeV . La energía del acelerador se eligió antes de que se descubrieran las tres primeras resonancias del quark inferior Upsilon entre 9,4 GeV y 10,4 GeV en 1977.[2] La cuarta resonancia Υ, la Υ (4S), estaba ligeramente por encima del umbral y, por lo tanto, era ideal para el estudio de laproducción de mesón B.
CLEO era un detector hermético que en todas sus versiones consistía en un sistema de rastreo dentro de un imán solenoide, un calorímetro , sistemas de identificación de partículas y un detector de muones . [3] [4] [5] [6] El detector se sometió a cinco actualizaciones importantes en el transcurso de sus treinta años de vida, tanto para mejorar las capacidades del detector como para optimizarlo para el estudio de los mesones B. El detector CLEO I comenzó a recopilar datos en octubre de 1979, [7] y CLEO-c terminó de recopilar datos el 3 de marzo de 2008.
CLEO inicialmente midió las propiedades de las resonancias Υ (1–3S) por debajo del umbral para producir mesones B. Se gastaron cantidades cada vez mayores de tiempo de aceleración en el Υ (4S) a medida que la colaboración se interesó más en el estudio de los mesones B. Una vez que el experimento CUSB se suspendió a fines de la década de 1980, CLEO pasó la mayor parte de su tiempo en el Υ (4S) [8] y midió muchas propiedades importantes de los mesones B. [9] Mientras CLEO estudiaba los mesones B, también pudo medir las propiedades de los mesones D y los leptones tau y descubrir muchos nuevos hadrones encantadores . [10] Cuando las fábricas de BaBar y Belle B comenzaron a recopilar grandes cantidades de datos a principios de la década de 2000, CLEO ya no podía realizar mediciones competitivas de los mesones B. [11] CLEO revisó las resonancias Υ (1-3S), luego se sometió a su última actualización a CLEO-c. CESR funcionó a energías más bajas y CLEO midió muchas propiedades de las resonancias ψ y los mesones D. CLEO fue el experimento de mayor duración en la historia de la física de partículas. [12] [13]
Historia
Propuesta y construcción
La Universidad de Cornell había construido una serie de sincrotrones desde la década de 1940. El sincrotrón de 10 GeV en funcionamiento durante la década de 1970 había realizado una serie de experimentos, pero funcionaba con una energía mucho menor que el acelerador lineal de 20 GeV en SLAC. [14] En octubre de 1974, Cornell planeó actualizar el sincrotrón para alcanzar energías de 25 GeV y construir un nuevo sincrotrón para alcanzar los 40 GeV. [15] Después del descubrimiento del J / Ψ en noviembre de 1974 [16] [17] demostró que se podía hacer física interesante con un colisionador electrón-positrón, Cornell presentó una propuesta en 1975 para un colisionador electrón-positrón operando hasta el centro de energía de masa de 16 GeV utilizando el túnel de sincrotrón existente. Un acelerador a 16 GeV exploraría la región energética entre la del acelerador SPEAR y los aceleradores PEP y PETRA . [18] CESR y CLEO se aprobaron en 1977 [19] y en su mayoría terminaron en 1979. [20] CLEO se construyó en la gran sala experimental en el extremo sur de CESR; se construyó un detector más pequeño llamado CUSB (para la Universidad de Columbia-Stony Brook) en la región de interacción norte. Entre la propuesta y la construcción de CESR y CLEO, Fermilab descubrió las resonancias Υ y sugirió que existían hasta tres estados. [2] El Υ (1S) [21] [22] y Υ (2S) [23] [24] se confirmaron en el acelerador DORIS. La primera orden del día una vez que CESR estuvo en funcionamiento fue encontrar las Υs. CLEO y CUSB encontraron el Υ (1S) poco después de comenzar a recopilar datos y utilizaron la diferencia de masa de DORIS para encontrar rápidamente el Υ (2S). Las energías de haz más altas de CESR permitieron a CLEO [25] y CUSB [26] encontrar el Υ (3S) más masivo y descubrir el Υ (4S). [27] [28] Además, la presencia de un exceso de electrones [29] y muones [30] en el Υ (4S) indicó que decayó a mesones B. CLEO procedió a publicar más de sesenta artículos utilizando la configuración CLEO I original del detector. [31]
CLEO tenía competencia en la medición de mesones B, particularmente de la colaboración ARGUS . [32] La colaboración de CLEO estaba preocupada de que el detector ARGUS en DESY fuera mejor que CLEO, por lo que comenzó a planificar una actualización. El detector mejorado utilizaría una nueva cámara de deriva para el seguimiento y las mediciones dE / dx, un calorímetro de yoduro de cesio dentro de un nuevo imán de solenoide, contadores de tiempo de vuelo y nuevos detectores de muones. La nueva cámara de deriva (DR2) tenía el mismo radio exterior que la cámara de deriva original para permitir su instalación antes de que los otros componentes estuvieran listos. [32]
CLEO recopiló datos durante dos años en la configuración CLEO IV: nueva cámara de deriva, detector de vértices de diez capas (VD) dentro de la cámara de deriva, inserto de cámara de deriva de tubo de paja de tres capas (IV) dentro del VD, y un calorímetro CsI prototipo que reemplaza uno de los detectores de ducha de punta de poste originales. [33] Lo más destacado de la era CLEO IV fue la observación de desintegraciones B semileptónicas a estados finales sin encanto, [34] presentado menos de tres semanas antes de una observación similar de ARGUS. [35] El cierre para la instalación de DR2 permitió a ARGUS superar a CLEO en la observación de la mezcla B, que fue la medición más citada de cualquiera de los experimentos B simétricos. [36]
CLEO II
CLEO cerró en abril de 1988 para comenzar el resto de la instalación de CLEO II y terminó la actualización en agosto de 1989. [37] Un rastreador de precisión (PT) con cámara de paja de seis capas reemplazó el IV y los detectores de tiempo de vuelo. Se instalaron calorímetro CsI, electroimán y hierro, y cámaras de muones. Esta sería la configuración CLEO II del detector. Durante la era CLEO II, la colaboración observó el cambio de sabor de la corriente neutra decae B +, 0 → K * +, 0 γ [38] y b → s γ. [39] Las desintegraciones de los mesones B a dos mesones sin encanto también se descubrieron durante CLEO II. [40] [41] Estas desintegraciones fueron de interés debido a la posibilidad de observar una violación de CP en desintegraciones como K ± π 0 , [42] aunque tal medición requeriría grandes cantidades de datos.
Observación de asimetrías dependientes del tiempo en la producción de ciertos estados finales simétricos de sabor (como J / Ψ K0
S) fue una forma más fácil de detectar la violación de CP en los mesones B, tanto teórica como experimentalmente. [43] Se necesitaba un acelerador asimétrico, en el que los electrones y positrones tenían energías diferentes, para medir la diferencia de tiempo entre las desintegraciones B 0 y B 0 . CESR y CLEO presentaron una propuesta para construir un anillo de baja energía en el túnel existente y actualizar el detector CLEO II con fondos de la NSF . SLAC también presentó una propuesta para construir una fábrica B con fondos del DOE . Los diseños iniciales se revisaron por primera vez en 1991, pero el DOE y la NSF acordaron que no había fondos suficientes disponibles para construir cualquiera de las instalaciones y se pospuso la decisión sobre cuál construir. Las propuestas se reconsideraron en 1993, esta vez con ambas instalaciones compitiendo por el dinero del DOE. En octubre de 1993, se anunció que la fábrica B se construiría en SLAC. [44]
Después de perder la competencia por la fábrica B, CESR y CLEO procedieron con un plan de dos partes para actualizar el acelerador y el detector. La primera fase fue la actualización a la configuración CLEO II.V entre mayo y octubre de 1995, que incluyó un detector de silicio para reemplazar el PT y un cambio de la mezcla de gas en la cámara de deriva de una mezcla de argón-etano a una de helio-propano. mezcla. [45] El detector de silicio proporcionó una excelente resolución de vértice, lo que permitió mediciones precisas de las vidas D 0 , D + , D sy τ y la mezcla D. La cámara de deriva tenía mejor eficiencia y resolución de impulso.
CLEO III
La segunda fase de la actualización incluyó nuevos cuadrupolos superconductores cerca del detector. Los detectores VD y DR2 tendrían que ser reemplazados para dejar espacio para los imanes cuadrupolos. Un nuevo detector de silicio y una cámara de identificación de partículas también se incluirían en la configuración CLEO-III.
La actualización de CLEO III reemplazó la cámara de deriva y el detector de silicio y agregó un detector Cherenkov ( RICH ) de imagen de anillo para una mejor identificación de partículas. [46] La cámara de deriva CLEO III (DR3) logró la misma resolución de impulso que la cámara de deriva CLEO II.V, a pesar de tener un brazo de palanca más corto para acomodar el detector RICH. La masa de las placas terminales CLEO III también se redujo para permitir una mejor resolución en los calorímetros de la tapa terminal. [47]
CLEO II.V dejó de recopilar datos en febrero de 1999. El detector RICH se instaló a partir de junio de 1999 y el DR3 se instaló inmediatamente después. El detector de silicio se iba a instalar a continuación, pero aún se estaba construyendo. Se realizó una corrida de ingeniería hasta que el detector de silicio estuvo listo para su instalación en febrero de 2000. [48] CLEO III recopiló 6 fb −1 de datos en el Υ (4S) y otros 2 fb −1 por debajo del Υ (4S).
Con la llegada de los experimentos de alta luminosidad de BaBar y Belle , CLEO ya no pudo realizar mediciones competitivas de la mayoría de las propiedades de los mesones B. CLEO decidió estudiar los diversos estados de quarkonia de fondo y encanto y mesones de encanto. El programa comenzó revisando los estados Υ por debajo del umbral del mesón B y los últimos datos recopilados con el detector CLEO-III estaban en las resonancias Υ (1-3S).
CLEO-c
CLEO-c fue la versión final del detector y se optimizó para tomar datos a las energías de haz reducidas necesarias para los estudios del quark encanto. Reemplazó el detector de silicio CLEO III, que tenía una eficiencia menor a la esperada, con una cámara de deriva estéreo (ZD) de seis capas. CLEO-c también funcionaba con el imán de solenoide a un campo magnético reducido de 1 T para mejorar la detección de partículas cargadas de bajo impulso. Las bajas multiplicidades de partículas a estas energías permitieron una reconstrucción eficiente de los mesones D. CLEO-c midió las propiedades de los mesones D que sirvieron como entradas para las mediciones realizadas por las fábricas B. También midió muchos de los estados de quarkonia que ayudaron a verificar los cálculos de QCD de celosía.
Detector
Los subdetectores de CLEO realizan tres tareas principales: seguimiento de partículas cargadas, calorimetría de partículas neutras y electrones e identificación del tipo de partículas cargadas.
Seguimiento
CLEO siempre ha utilizado un imán de solenoide para permitir la medición de partículas cargadas. El diseño original de CLEO requería un solenoide superconductor, pero estaba claro que no se podía construir uno a tiempo. Primero se instaló un solenoide convencional de 0.42 T, luego se reemplazó por el imán superconductor en septiembre de 1981. La bobina superconductora fue diseñada para operar a 1.2 T, pero nunca fue operada por encima de 1.0 T. [49] Se construyó un nuevo imán para el CLEO II mejora y se colocó entre el calorímetro y el detector de muones. Operó a 1,5 T hasta CLEO-c, cuando el campo magnético se redujo a 1,0 T.
Cámaras de alambre
El detector CLEO original usaba tres cámaras de seguimiento separadas. La cámara más interna (IZ) era una cámara de alambre proporcional de tres capas que ocupaba la región entre un radio de 9 cm y 17 cm. Cada capa tenía 240 alambres de ánodo para medir el azimut de la pista y 144 aros de tiras de cátodo de 5 mm de ancho dentro y fuera de los alambres de ánodo (864 tiras de cátodo en total) para medir la trayectoria z. [50]
La cámara de deriva CLEO I (DR) estaba inmediatamente fuera de la IZ y ocupaba la región entre un radio de 17,3 cm y 95 cm. Consistía en diecisiete capas de celdas de 11,3 mm x 10,0 mm con 42,5 mm entre las capas, para un total de 5304 celdas. Había dos capas de cables de campo para cada capa de cables sensoriales. Las capas impares eran capas axiales y las capas pares eran capas estéreo alternas. [51]
La última cámara de seguimiento dedicada CLEO I fue la cámara de deriva Z externa plana (OZ) entre el imán de solenoide y las cámaras dE / dx. Constaba de tres capas separadas radialmente 2,5 cm. La capa más interna era perpendicular a la línea de luz, y las dos capas externas estaban a ± 10 ° con respecto a la cámara más interna para proporcionar alguna información de seguimiento azimutal. Cada octante estaba equipado con una cámara OZ. [52]
Se construyó una nueva cámara de deriva, DR2, para reemplazar la cámara de deriva original. La nueva cámara de deriva tenía el mismo radio exterior que la original para que pudiera instalarse antes de que el resto de las actualizaciones de CLEO II estuvieran listas. DR2 era un detector de 51 capas, con una disposición de capas 000 + 000- axial / estéreo. DR2 tenía solo una capa de cables de campo entre cada capa de cables de detección, lo que permite que quepan muchas más capas en el espacio asignado. Los cables de detección axial tenían un escalonamiento de media celda para ayudar a resolver la ambigüedad de izquierda a derecha de la cámara de deriva original. Las capas de campo interior y exterior de la cámara eran tiras de cátodo para realizar mediciones de las coordenadas longitudinales de las pistas. DR2 también fue diseñado para realizar mediciones dE / dx además de realizar mediciones de seguimiento. [53]
La cámara IZ fue reemplazada por una cámara de deriva de diez capas (VD) en 1984. Cuando el radio de la baliza se redujo de 7.5 a 5.0 cm en 1986, se construyó una cámara de paja de tres capas (IV) para ocupar el nuevo espacio disponible. El IV fue reemplazado durante la actualización CLEO II con un tubo de paja de cinco capas con un radio interior de 3,5 cm.
La cámara de deriva CLEO III (DR3) fue diseñada para tener un rendimiento similar al de la cámara de deriva CLEO II / II.V aunque sería más pequeña para dejar espacio para el detector RICH. Las dieciséis capas más internas eran axiales, y las 31 capas más externas se agruparon en supercapas estéreo alternas de cuatro capas. La pared exterior de la cámara de deriva se equipó con almohadillas catódicas de 1 cm de ancho para proporcionar medidas z adicionales. [6]
La última cámara de deriva construida para CLEO fue la cámara de deriva interna ZD para la actualización CLEO-c. Su diseño de seis capas, totalmente estéreo, proporcionaría mediciones longitudinales de pistas de bajo impulso que no alcanzarían las capas estéreo de la cámara de deriva principal. Con la excepción del ángulo estéreo más grande y el tamaño de celda más pequeño, el diseño ZD era muy similar al diseño DR3. [54]
Detectores de silicio
CLEO construyó su primer detector de vértices de silicio para la actualización CLEO II.V. El detector de silicio era un dispositivo de tres capas, dispuesto en octantes. La capa más interna tenía un radio de 2,4 cm y la capa más externa tenía un radio de 4,7 cm. Se utilizaron un total de 96 obleas de silicio, con un total de 26208 canales de lectura. [55]
La actualización de CLEO III incluyó un nuevo detector de vértices de silicio de doble cara y cuatro capas. Estaba hecho de 447 obleas idénticas de 1 pulgada × 2 con un paso de banda de 50 micrómetros en el lado r-φ y un paso de 100 micrómetros en el lado z. El detector de silicio alcanzó una eficiencia del 85% después de la instalación, pero pronto comenzó a sufrir ineficiencias cada vez mayores. Las ineficiencias se encontraron en regiones aproximadamente semicirculares en las obleas. [56] El detector de silicio fue reemplazado por CLEO-c debido a su bajo rendimiento, la menor necesidad de capacidades de vértice y el deseo de minimizar el material cerca de la baliza. [57]
Calorimetría
CLEO Tenía tres calorímetros separados. Todos utilizaron capas de tubos proporcionales intercalados con láminas de plomo. Los detectores de lluvia de octantes estaban fuera de los detectores de tiempo de vuelo en cada uno de los octantes. Cada detector de octante tenía 44 capas de tubos proporcionales, alternando paralelos y perpendiculares al faro. Los cables se agruparon para reducir el número de canales de lectura para un total de 774 bandas. [58] Los detectores de ducha de extremo de octante eran dispositivos de dieciséis capas colocados en cada extremo de las cámaras dE / dx. Las capas siguieron un patrón estéreo negativo, azimutal, positivo, azimutal y estéreo. Los cables estéreo estaban paralelos a los lados inclinados del detector. Las capas se agruparon de manera similar a los detectores de ducha octante. [59] El detector de ducha de punta de polo se colocó entre los extremos de la cámara de deriva y las puntas de polo del retorno de flujo magnético. El detector de ducha de punta de poste tenía 21 capas, con siete grupos de capas verticales, + 120 °, -120 °. El detector de ducha en cada lado se construyó en dos mitades para permitir el acceso a la baliza. [60]
La calorimetría mejoró significativamente durante la actualización de CLEO II. El nuevo calorímetro electromagnético utilizó cristales de 7784 CsI dopados con talio. Cada cristal tenía aproximadamente 30 cm de profundidad y una cara de 5 cm x 5 cm. La región central del calorímetro era un cilindro colocado entre la cámara de deriva y el imán de solenoide, y se colocaron dos calorímetros de extremo en cada extremo de la cámara de deriva. Los cristales en la tapa del extremo se orientaron paralelos a la línea del haz. Los cristales del calorímetro central se enfrentaron a un punto desplazado del punto de interacción tanto longitudinal como transversalmente unos pocos centímetros para evitar ineficiencias por el paso de partículas entre cristales vecinos. [61] El calorímetro midió principalmente la energía de fotones o electrones, sin embargo, también se usó para detectar antineutrones. [62] Todas las versiones del detector desde CLEO-II hasta CLEO-c utilizaron el calorímetro CsI.
Identificación de partículas
En CLEO se producen cinco tipos de partículas cargadas de larga duración: electrones, piones, muones, kaones y protones. La identificación adecuada de cada uno de estos tipos mejora significativamente las capacidades del detector. La identificación de partículas se realizó tanto por subdetectores dedicados como por el calorímetro y la cámara de deriva.
La parte exterior del detector CLEO se dividió en octantes independientes que se dedicaron principalmente a la identificación de partículas cargadas. [63] No se alcanzó un consenso claro sobre la elección de la tecnología para la identificación de partículas, por lo tanto, dos octantes estaban equipados con cámaras de ionización dE / dx, dos octantes estaban equipados con detectores Cerenkov de gas de alta presión y cuatro octantes estaban equipados con gas Cerenkov de baja presión detectores. [64] El sistema dE / dx demostró un rendimiento superior en la identificación de partículas y ayudó en el seguimiento, por lo que en septiembre de 1981 los ocho octantes estaban equipados con cámaras dE / dx. [65] [66] Las cámaras dE / dx midieron la ionización de partículas cargadas a medida que pasaban a través de una cámara proporcional de múltiples alambres (MWPC). [63] : 17 Cada octante dE / dx se fabricó con 124 módulos separados, y cada módulo contenía 117 cables. Se agruparon grupos de diez módulos para minimizar el número de canales de lectura. Los dos primeros y dos últimos módulos no estaban instrumentados, por lo que cada octante tenía doce celdas. [63] : 33
El detector de tiempo de vuelo estaba directamente fuera de las cámaras dE / dx. Identificó una partícula cargada midiendo su velocidad y comparándola con la medición del impulso de las cámaras de seguimiento. Se dispusieron barras centelleantes paralelas a la línea de luz, con seis barras para cada mitad del octante. Las seis barras en cada mitad octante se superponen para evitar tener regiones sin instrumentar. Los fotones de centelleo se detectaron mediante tubos fotomultiplicadores. Cada barra tenía 2,03 m × 0,312 m × 0,025 m. [67]
Las cámaras de deriva de muones CLEO I eran los detectores más externos. Dos capas de detectores de muones estaban fuera del hierro magnético en cada extremo de CLEO. La región del barril tenía dos capas adicionales de cámaras de muones después de 15 cm y 30 cm de hierro magnético. Los detectores de muones tenían entre 4 y 10 longitudes de radiación de profundidad y eran sensibles a los muones con energías de al menos 1-2 GeV. El yugo magnético pesaba 580 toneladas, y cada uno de los cuatro carros móviles en cada esquina del detector pesaba 240 toneladas, para un total de 1540 toneladas. [68]
CLEO II usó detectores de tiempo de vuelo entre la cámara de deriva y el calorímetro, uno en la región del cañón y el otro en la región de la tapa del extremo. La región del barril constaba de 64 barras Bicron con guías de luz que conducían a tubos fotomultiplicadores fuera de la región del campo magnético. Un sistema similar cubrió la región de la tapa terminal. El sistema TOF tenía una resolución de tiempo de 150 cm. Los detectores TOF central y terminal combinados cubrieron el 97% del ángulo sólido. [4]
El detector de muones CLEO I estaba lo suficientemente lejos de la región de interacción como para que las desintegraciones en vuelo de piones y kaones fueran un trasfondo significativo. [32] La estructura más compacta del detector CLEO II permitió que los detectores de muones se acercaran al punto de interacción. Se colocaron tres capas de detectores de muones detrás de capas de absorbentes de hierro. Se leyeron los contadores de transmisiones desde cada extremo para determinar la posición z. [4]
La actualización de CLEO III incluyó la adición del subdetector RICH, un subdetector de identificación de partículas dedicado. Se requirió que el detector RICH tuviera menos de 20 cm en la dirección radial, entre la cámara de deriva y el calorímetro, y menos del 12% de la longitud de radiación. El detector RICH utilizó la radiación de Cerenkov de partículas cargadas para medir su velocidad. En combinación con la medición del impulso de los detectores de seguimiento, se pudo determinar la masa de la partícula y, por lo tanto, su identidad. Las partículas cargadas produjeron luz Cerenkov al pasar a través de una ventana de LiF. Catorce anillos de treinta cristales de LiF formaban el radiador del RICH, y los cuatro anillos más centrales tenían un patrón de dientes de sierra para evitar la reflexión interna total de los fotones de Cerenkov. Los fotones viajaron a través de un volumen de expansión de nitrógeno, lo que permitió determinar con precisión el ángulo del cono. Los fotones se detectaron mediante almohadillas de cátodo de 7,5 mm x 8,0 mm en una cámara de hilos múltiples que contenía una mezcla de gas metano-trietilamina. [46]
Programa de física
CLEO ha publicado más de 200 artículos en Physical Review Letters [69] y más de 180 artículos en Physical Review . [70] Los informes de inclusivo [39] y exclusivo [38] b → s γ se han citado más de 500 veces. [71] La física B solía ser la principal prioridad de CLEO, pero la colaboración ha realizado mediciones en un amplio espectro de temas de física de partículas.
Mesones B
El artículo más citado de CLEO informó la primera medición de la caída de la corriente neutra que cambia el sabor b → sγ. [39] La medición estuvo de acuerdo con el Modelo Estándar y colocó restricciones significativas en numerosas propuestas más allá del Modelo Estándar , como Higgs cargados y acoplamientos WWγ anómalos. También se midió la desintegración exclusiva análoga B +, 0 → K * +, 0 γ. [38] CLEO y ARGUS informaron mediciones casi simultáneas de desintegraciones del mesón B semileptónico sin encanto inclusivo, que establecieron directamente un valor distinto de cero del elemento de matriz CKM | V ub |. [34] [35] Las desintegraciones exclusivas del mesón B semileptónico sin encanto fueron observadas por primera vez por CLEO seis años más tarde en los modos B → πlν, ρlν, [72] y se utilizaron para determinar | V ub |. [73] [74] [75] [76] CLEO también descubrió muchos de los análogos hadrónicos: B +, 0 → K (892) + π - , [77] φ K (*) , [78] K + π 0 , K 0 π 0 , π + π - , [79] π + ρ 0 , π + ρ - , π + ω [80] η K * , [81] η ′ K [82] y K 0 π + , K + π - . [41] Estos modos de desintegración hadrónica sin encanto pueden sondear la violación de CP y son sensibles a los ángulos α y γ del triángulo de unitaridad. Finalmente, CLEO observó muchas desintegraciones encantadas exclusivas de mesones B, incluidas varias que son sensibles a | V cb |: B → D (*) K * - , [83] B 0 → D * 0 π 0 [84] B → Λ+
cp π - , Λ+
cp π + π - , [85] B 0 → D * 0 π + π + π - π - , [86] B 0 → D * ρ ′ - , [87] B 0 → D * - p p π + , D * - p n , [62] B → J / Ψ φ K, [88] B 0 → D * + D * - , [89] y B + → D 0 K + . [90]
Hechizar hadrones
Aunque CLEO corría principalmente cerca del Υ (4S) para estudiar los mesones B, también era competitivo con los experimentos diseñados para estudiar los hadrones encantadores. La primera medición de las propiedades de los hadrones encantadores por CLEO fue la observación de la D s . [91] CLEO midió una masa de 1970 ± 7 MeV, considerablemente más baja que las observaciones anteriores a 2030 ± 60 MeV [92] y 2020 ± 10 MeV. [93] CLEO descubrió el D sJ (2573) [94] y el D sJ (2463). [95] CLEO fue el primer experimento en medir la desintegración doblemente suprimida por Cabibbo D 0 → K + π - , [96] y CLEO realizó análisis de Dalitz de D 0, + en varios modos de desintegración. [97] [98] [99] [100] [101] [102] CLEO estudió el D * (2010) + , haciendo la primera medida de su ancho y la medida más precisa de la diferencia de masa D * -D 0 . [103] CLEO-c realizó muchas de las mediciones más precisas de las proporciones de ramificación del mesón D en canales inclusivos, [104] [105] μ + ν μ, [106] desintegraciones semileptónicas, [107] [108] y desintegraciones hadrónicas. [109] [110] [111] Estas fracciones de ramificación son entradas importantes para las mediciones del mesón B en BaBar y Belle. CLEO observó por primera vez la desintegración puramente leptónica D+
s→ μ + ν , [112] que proporcionó una medida experimental de la constante de desintegración f D s . CLEO-c realizó las mediciones más precisas de f D + [106] y f D s . [103] Estas constantes de caída son a su vez una entrada clave para la interpretación de otras medidas, como la mezcla B. [113] Otro D+
sLos modos de desintegración descubiertos por CLEO son p n , [114] ωπ + , [115] η ρ + , η'ρ + , φρ + , [116] η π + , η'π + , [117] y φ l ν. [118] CLEO descubrió muchos bariones encantados y descubrió o mejoró la medición de muchos modos de desintegración de bariones encantados. Antes de que BaBar y Belle comenzaran a descubrir nuevos bariones encantadores en 2005, CLEO había descubierto trece de los veinte bariones encantadores conocidos: Ξ0
c, [119] Ξ0, +
c(2790), [120] Ξ0, +
c(2815), [121] Ξ'0, +
c, [122] Σ0, +, ++
c(2520), [123] [124] Ξ+
c(2645), [125] Ξ0
c(2645), [126] y Λ+
c(2593). [127] Los modos de desintegración bariónica encantados descubiertos en CLEO son Ω0
c→ Ω - e + ν e ; [128] Λ+
c→ p K 0 η, Ληπ + , Σ + η, Σ * + η, Λ K 0 K + , [129] Σ + π 0 , Σ + ω, [130] Λπ + π + π - π 0 , Λωπ + ; [131] y Ξ+
c→ Ξ 0 e + ν e . [132]
Quarkonium
Los estados de Quarkonium proporcionan datos experimentales para cálculos de QCD de celosía y QCD no relativistas. CLEO estudió el sistema Υ hasta el final de los experimentos CUSB y CUSB-II, [133] luego regresó al sistema Υ con el detector CLEO III. CLEO-c estudió los estados ψ de menor masa. CLEO [25] y CUSB [26] publicaron sus primeros artículos uno tras otro, informando la observación de los tres primeros estados Υ. Las afirmaciones anteriores de Υ (3S) [134] se basaban en ajustes de un pico con tres componentes; La observación de CLEO y CUSB de tres picos bien separados disipó cualquier duda restante sobre la existencia del Υ (3S). El Υ (4S) fue descubierto poco después por CLEO [25] y CUSB [28] y fue interpretado como decadente a mesones B debido a su gran ancho de decaimiento . Un exceso de electrones [29] y muones [30] en Υ (4S) demostró la existencia de desintegraciones débiles y confirmó la interpretación de la desintegración de Υ (4S) a mesones B. CLEO [135] y CUSB [136] informaron más tarde de la existencia de los estados Υ (5S) y Υ (6S).
CLEO I a CLEO II tuvieron una competencia significativa en física, principalmente de los experimentos CUSB, Crystal Ball y ARGUS. CLEO pudo, sin embargo, observar una serie de desintegraciones Υ (1S): τ + τ - , [137] J / Ψ X [138] y γ X X con X = π + , π 0 , [139] 2π + , π + K + , π + p, 2K + , 3π + , 2π + K + y 2π + p. [140] Las desintegraciones radiativas son sensibles a la producción de bolas de pegamento .
CLEO recopiló más datos en las resonancias Υ (1-3S) al final de la era CLEO III. CLEO III descubrió el estado Υ (1D), [141] las transiciones χ b1,2 (2P) → ωΥ (1S), [142] y Υ (3S) → τ + τ - decaimientos [143] entre otros.
CLEO-c midió muchas de las propiedades de los estados de charmonium. Destacan confirmación de η c ', [144] confirmación de Y (4260), [145] desintegraciones pseudoescalar-vector de ψ (2S), [146] ψ (2S) → J / ψ desintegraciones, [147] observación de trece nuevas desintegraciones hadrónicas de ψ (2S), [148] observación de h c ( 1 P 1 ), [149] [150] y medición de la masa [151] y fracciones ramificadas [152] de η en ψ (2S) → Decaimiento J / ψ.
Leptones tau
CLEO descubrió seis modos de desintegración del τ:
- τ → K - π 0 ν τ , [153] [154]
- e - ν τ ν e γ, [155]
- π - π - π + η ν τ , π - π 0 π 0 η ν τ , f 1 π ν τ, [156]
- K - η ν τ [157] y K - ων τ . [158]
CLEO midió la vida útil de τ tres veces [159] [160] [161] con una precisión comparable o mejor que cualquier otra medición en ese momento. CLEO también midió la masa de τ dos veces. [162] [163] CLEO estableció límites en la masa de ν τ varias veces, aunque el límite de CLEO nunca fue el más estricto. [163] [164] [165] [166] [167] Las medidas de CLEO de los parámetros de Michel [168] fueron las más precisas para su época, muchas por un margen sustancial.
Otras medidas
CLEO ha estudiado la física de dos fotones , donde tanto un electrón como un positrón irradian un fotón. Los dos fotones interactúan para producir un mesón vector o pares hadrón-antihadrón. CLEO publicó mediciones tanto del proceso del vector mesón [169] [170] [171] [144] [172] [173] como del proceso hadrón-antihadrón. [174] [175] [176]
CLEO realizó un escaneo de energía para las energías del centro de masa entre 7 GeV y 10 GeV para medir la relación de la sección transversal hadrónica . [177] CLEO realizó las primeras mediciones de los factores de forma electromagnéticos π + y K + por encima de Q 2 > 4 GeV 2 . [178]
Finalmente, CLEO ha realizado búsquedas de partículas de Higgs y más allá de SM: bosones de Higgs, [179] [180] axiones, [181] monopolos magnéticos, [182] neutralinos, [183] partículas con carga fraccionada, [184] cuadrillas inferiores, [185 ] y familias. [186]
Colaboración
El diseño inicial de un detector para la región de interacción sur de CESR comenzó en 1975. Físicos de la Universidad de Harvard, la Universidad de Syracuse y la Universidad de Rochester habían trabajado en el sincrotrón de Cornell y eran elecciones naturales como colaboradores de Cornell. A ellos se unieron grupos de la Universidad de Rutgers y la Universidad de Vanderbilt, junto con colaboradores de LeMoyne College e Ithaca College. [187] A otras instituciones se les asignó la responsabilidad de los componentes del detector cuando se unieron a la colaboración. Cornell nombró a un físico para supervisar el desarrollo de la parte del detector dentro del imán, fuera del imán y del propio imán. [188] La estructura de la colaboración se diseñó para evitar las deficiencias percibidas en SLAC, donde se consideró que los físicos de SLAC dominaban las operaciones en virtud de su acceso al acelerador y detector ya las instalaciones de computación y máquinas. [189] Los colaboradores tenían la libertad de trabajar en el análisis de su elección, y la aprobación de los resultados para su publicación se realizó mediante votación de toda la colaboración. El portavoz (más tarde portavoces) también fue seleccionado por votación de toda la colaboración, incluidos los estudiantes graduados. [190] Los otros oficiales en la colaboración fueron un coordinador de análisis y un administrador de ejecución, luego también un coordinador de software. [191]
El primer artículo de CLEO enumeró a 73 autores de ocho instituciones. [27] La Universidad de Cornell, la Universidad de Syracuse y la Universidad de Rochester han sido miembros de CLEO durante toda su historia, y cuarenta y dos instituciones han sido miembros de CLEO al mismo tiempo. [192] [193] La colaboración fue su mayor en 1996 con 212 miembros, [194] antes de que los colaboradores comenzaran a pasar a los experimentos de BaBar y Belle. [195] El mayor número de autores que aparecieron en un artículo de CLEO fue 226. [196] [197] Un artículo publicado cerca del momento en que CLEO dejó de tomar datos tenía 123 autores. [198]
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