CLEO (particle detector)

Введение

Детектор частиц в Корнелльском университете CLEO был детектором частиц общего назначения в Корнелльском кольце хранения электронов (CESR), и название сотрудничества физиков, которые управляли детектором. Название CLEO не является аббревиатурой; оно сокращено от Клеопатра и было выбрано для CESR (произносится Цезарь). CESR был ускорителем частиц, предназначенным для столкновения электронов и позитронов в центре энергии массы приблизительно 10 ГеВ. Энергия ускорителя была выбрана до того, как были обнаружены первые три резонанса Upsilon нижних кварков между 9,4 и 10,4 GeV в 1977 году. Четвертый Υ-резонанс, Υ{4S), был немного выше порога и, следовательно, идеально подходит для изучения производства B-мезонов. CLEO был герметичным детектором, который во всех своих версиях состоял из системы отслеживания внутри магнита соленоида, калориметра, систем идентификации частиц и детектора мюонов. За тридцать лет службы детектор подвергся пяти основным модернизациям, как для повышения его возможностей, так и для оптимизации его для изучения мезонов B. Детектор CLEO I начал собирать данные в октябре 1979 года, а CLEO c закончил собирать данные 3 марта 2008 года. CLEO изначально измеряла свойства Υ(13S) резонансов ниже порога для производства B мезонов. Все больше времени ускорителя было потрачено на Y{\displaystyle Y{\displaystyle Y} , поскольку сотрудничество стало более заинтересованным в изучении B-мезонов. После того, как эксперимент CUSB был прекращен в конце 1980-х годов, CLEO провел большую часть своего времени на Υ{4S} и измерил многие важные свойства мезонов B. В то время как CLEO изучал B-мезоны, он также смог измерить свойства D-мезонов и тау-лептонов и обнаружить много новых шарм-адронов. Когда фабрики BaBar и Belle B начали собирать большие объемы данных в начале 2000-х годов, CLEO больше не мог проводить конкурентоспособные измерения мезонов B. CLEO повторно изучила Υ{1}3S) резонансы, затем прошла последнюю модернизацию в CLEO c. CESR работал на более низких энергиях, а CLEO измерил многие свойства резонансов ψ и D мезонов. CLEO был самым продолжительным экспериментом в истории физики частиц.

Particle detector at Cornell University

CLEO was a general purpose particle detector at the Cornell Electron Storage Ring (CESR), and the name of the collaboration of physicists who operated the detector. The name CLEO is not an acronym; it is short for Cleopatra and was chosen to go with CESR (pronounced Caesar). CESR was a particle accelerator designed to collide electrons and positrons at a center of mass energy of approximately 10 GeV. The energy of the accelerator was chosen before the first three bottom quark Upsilon resonances were discovered between 9.4 GeV and 10.4 GeV in 1977. The fourth Υ resonance, the Υ(4S), was slightly above the threshold for, and therefore ideal for the study of, B meson production. CLEO was a hermetic detector that in all of its versions consisted of a tracking system inside a solenoid magnet, a calorimeter, particle identification systems, and a muon detector. The detector underwent five major upgrades over the course of its thirty year lifetime, both to upgrade the capabilities of the detector and to optimize it for the study of B mesons. The CLEO I detector began collecting data in October 1979, and CLEO c finished collecting data on March 3, 2008. CLEO initially measured the properties of the Υ(1–3S) resonances below the threshold for producing B mesons. Increasing amounts of accelerator time were spent at the Υ(4S) as the collaboration became more interested in the study of B mesons. Once the CUSB experiment was discontinued in the late 1980s, CLEO then spent most of its time at the Υ(4S) and measured many important properties of the B mesons. While CLEO was studying the B mesons, it was also able to measure the properties of D mesons and tau leptons, and discover many new charm hadrons. When the BaBar and Belle B factories began to collect large amounts of data in the early 2000s, CLEO was no longer able to make competitive measurements of B mesons. CLEO revisited the Υ(1 3S) resonances, then underwent its last upgrade to CLEO c. CESR ran at lower energies and CLEO measured many properties of the ψ resonances and D mesons. CLEO was the longest running experiment in the history of particle physics.

Предложение и строительство

Корнеллский университет построил серию синхротронов с 1940-х годов. Синхротрон 10 ГеВ, работавший в 1970-х годах, проводил ряд экспериментов, но он работал на гораздо более низкой энергии, чем линейный ускоритель 20 ГеВ в SLAC. Еще в октябре 1974 года Корнелл планировал модернизировать синхротрон, чтобы достичь энергии 25 ГеВ, и построить новый синхротрон, чтобы достичь 40 ГеВ. После открытия J/Ψ в ноябре 1974 года, продемонстрировавшего, что интересная физика может быть выполнена с электронным позитронным коллайдером, Корнелл представил в 1975 году предложение о электронном позитронном коллайдере, работающем до центра энергий массы 16 ГеВ с использованием существующего синхротронного туннеля. Ускоритель 16 ГеВ будет исследовать энергетическую область между ускорителем SPEAR и ускорителями PEP и PETRA. CESR и CLEO были утверждены в 1977 году и в основном завершены к 1979 году. CLEO был построен в большом экспериментальном зале в южной части CESR; меньший детектор под названием CUSB (для Колумбийского университета Стони-Брук) был построен в северной области взаимодействия. Между предложением и строительством CESR и CLEO, Fermilab обнаружил резонансы Υ и предположил, что существует целых три состояния. и Y{\displaystyle Y} 2S) были подтверждены на ускорителе DORIS. Первым делом, когда ЦЭСР начал работать, было найти СМИ. CLEO и CUSB обнаружили Υ(1S) вскоре после начала сбора данных и использовали разницу в массе от DORIS, чтобы быстро найти Υ(2S). Более высокие энергии пучка CESR позволили CLEO CLEO иметь конкуренцию в измерении B-мезонов, особенно от сотрудничества ARGUS. Сотрудничество CLEO было обеспокоено тем, что детектор ARGUS в DESY будет лучше, чем CLEO, поэтому оно начало планировать модернизацию. Улучшенный детектор будет использовать новую дрейф-камеру для отслеживания и измерения dE/dx, калориметр йодида цезия внутри нового соленоидного магнита, счетчики времени полета и новые детекторы мюонов. Новая дрейф-камера (DR2) имела такой же внешний радиус, как и оригинальная дрейф-камера, чтобы ее можно было установить до того, как другие компоненты были готовы. В центре внимания эпохи CLEO I. V было наблюдение полулептонического распада B до безрадостного окончательного состояния,

Cornell University had built a series of synchrotrons since the 1940s. The 10 GeV synchrotron in operation during the 1970s had conducted a number of experiments, but it ran at much lower energy than the 20 GeV linear accelerator at SLAC. As late as October 1974, Cornell planned to upgrade the synchrotron to reach energies of 25 GeV and build a new synchrotron to reach 40 GeV. After the discovery of the J/Ψ in November 1974 demonstrated that interesting physics could be done with an electron positron collider, Cornell submitted a proposal in 1975 for an electron positron collider operating up to center of mass energies of 16 GeV using the existing synchrotron tunnel. An accelerator at 16 GeV would explore the energy region between that of the SPEAR accelerator and the PEP and PETRA accelerators. CESR and CLEO were approved in 1977 and mostly finished by 1979. CLEO was built in the large experimental hall at the south end of CESR; a smaller detector named CUSB (for Columbia University Stony Brook) was built at the north interaction region. Between the proposal for and construction of CESR and CLEO, Fermilab discovered the Υ resonances and suggested that as many as three states existed. and Υ(2S) were confirmed at the DORIS accelerator. The first order of business once CESR was running was to find the Υs. CLEO and CUSB found the Υ(1S) shortly after beginning to collect data, and used the mass difference from DORIS to quickly find the Υ(2S). CESR's higher beam energies allowed CLEO

CLEO had competition in the measurement of B mesons, particularly from the ARGUS collaboration. The CLEO collaboration was worried that the ARGUS detector at DESY would be better than CLEO, therefore it began to plan for an upgrade. The improved detector would use a new drift chamber for tracking and dE/dx measurements, a cesium iodide calorimeter inside a new solenoid magnet, time of flight counters, and new muon detectors. The new drift chamber (DR2) had the same outer radius as the original drift chamber to allow it to be installed before the other components were ready. The highlight of the CLEO I. V era was the observation of semi leptonic B decays to charmless final states,

CLEO II

CLEO была закрыта в апреле 1988 года, чтобы начать остаток установки CLEO II, и завершила модернизацию в августе 1989 года. Вместо IV был установлен шестислойный точный трекер соломенной камеры (PT), а также время полета детекторов, калориметр CsI, магнитный магнит и железо, а также были установлены муонные камеры. Это будет конфигурация детектора CLEO II. В эпоху CLEO II сотрудничество наблюдало изменение вкуса нейтральных распадах тока B+,0→ K*+,0 γ Эти распадные процессы представляли интерес из-за возможности наблюдения нарушения CP в распадах, таких как K±π0, хотя для такого измерения потребуется большое количество данных. Наблюдение за зависимой от времени асимметрией в производстве определенных симметричных конечных состояний вкуса (таких как J/Ψ K) было более легким способом обнаружения нарушения CP в мезонах B, как теоретически, так и экспериментально. Необходим был асимметричный ускоритель, в котором электроны и позитроны имели разные энергии, чтобы измерить разницу во времени между распадами B0 и 0. CESR и CLEO представили предложение о строительстве кольца с низким энергопотреблением в существующем тоннеле и модернизации детектора CLEO II при финансировании NSF. SLAC также представила предложение о строительстве завода B с помощью средств DOE. Первоначальные проекты были впервые рассмотрены в 1991 году, но Министерство энергетики и Национальный фонд энергетики согласились, что недостаточно средств для строительства любого объекта, и решение о том, какой из них построить, было отложено. Предложения были пересмотрены в 1993 году, на этот раз с обоими объектами, конкурирующими за деньги DOE. В октябре 1993 года было объявлено, что завод B будет построен в SLAC. После проигрыша конкурса на завод B, CESR и CLEO приступили к реализации плана в две части по модернизации ускорителя и детектора. Первый этап - модернизация CLEO II. V конфигурация в период с мая по октябрь 1995 года, включавшая в себя кремниевый детектор для замены PT и изменение газовой смеси в дрейф-камере с аргоно-этановой смеси на смесь гелия-пропана. Кремниевый детектор обеспечивал превосходное разрешение вершин, позволяя точно измерять продолжительность жизни D0, D+, Ds и τ и смешивание D. Дрейф-камера имела лучшую эффективность и разрешение импульса.

CLEO shut down in April 1988 to begin the remainder of the CLEO II installation, and finished the upgrade in August 1989. A six layer straw chamber precision tracker (PT) replaced the IV, and the time of flight detectors, CsI calorimeter, solenoid magnet and iron, and muon chambers were all installed. This would be the CLEO II configuration of the detector. During the CLEO II era, the collaboration observed the flavor changing neutral current decays B+,0→ K*+,0 γ These decays were of interest because of the possibilility to observe CP violation in decays such as K±π0, although such a measurement would require large amounts of data. Observation of time dependent asymmetries in the production of certain flavor symmetric final states (such as J/Ψ K) was an easier way to detect CP violation in B mesons, both theoretically and experimentally. An asymmetric accelerator, one in which the electrons and positrons had different energies, was necessary to measure the time difference between B0 and 0 decays. CESR and CLEO submitted a proposal to build a low energy ring in the existing tunnel and upgrade the CLEO II detector with NSF funding. SLAC also submitted a proposal to build a B factory with DOE funds. The initial designs were first reviewed in 1991, but DOE and NSF agreed that insufficient funds were available to build either facility and a decision on which one to build was postponed. The proposals were reconsidered in 1993, this time with both facilities competing for DOE money. In October 1993, it was announced that the B factory would be built at SLAC. After losing the competition for the B factory, CESR and CLEO proceeded with a two part plan to upgrade the accelerator and the detector. The first phase was the upgrade to the CLEO II. V configuration between May and October 1995, which included a silicon detector to replace the PT and a change of the gas mixture in the drift chamber from an argon ethane mix to a helium propane mix. The silicon detector provided excellent vertex resolution, allowing precise measurements of D0, D+, Ds and τ lifetimes and D mixing. The drift chamber had better efficiency and momentum resolution.

CLEO III

Вторая фаза модернизации включала в себя новые сверхпроводящие квадрополи возле детектора. Детекторы VD и DR2 должны быть заменены, чтобы освободить место для четырехполюсных магнитов. В конфигурацию CLEO III также будут включены новый кремниевый детектор и камера идентификации частиц. Модернизация CLEO III заменила дрейфовую камеру и кремниевый детектор и добавила кольцевой изобразительный детектор Черенкова (RICH) для расширенной идентификации частиц. Клео II. В прекратил сбор данных в феврале 1999 года. Детектор RICH был установлен в июне 1999 года, а DR3 был установлен сразу после этого. Силиконовый детектор должен был быть установлен следующим, но он все еще был в стадии строительства. Инженерный запуск был выполнен до тех пор, пока кремниевый детектор не был готов к установке в феврале 2000 года. CLEO III собрал 6 фб-1 данных на Y{\ 4S) и еще 2 фб-1 ниже Y{\ 4S). С появлением экспериментов BaBar и Belle с высокой светимостью CLEO больше не мог проводить конкурентоспособные измерения большинства свойств мезонов B. CLEO решила изучить различные состояния нижних и очаровательных кварконий и очаровательных мезонов.

CLEO-c

CLEO c был окончательной версией детектора, и он был оптимизирован для получения данных при сниженных энергиях пучка, необходимых для исследований шарм-кварка. Он заменил кремниевый детектор CLEO III, который страдает от более низкой, чем ожидалось, эффективности, на шестислойную, полностью стерео-дрейфную камеру (ZD). CLEO c также работал с магнитом соленоида при уменьшенном магнитном поле 1 T для улучшения обнаружения заряженных частиц с низким импульсом. Низкая множественность частиц при этих энергиях позволила эффективно восстановить D-мезоны. CLEO c измеряет свойства D-мезонов, которые служили в качестве входных данных для измерений, выполненных на заводах B. Он также измерил многие состояния кварконии, которые помогли проверить расчеты QCD решетки.

Детектор

Субдетекторы CLEO выполняют три основные задачи: отслеживание заряженных частиц, калориметрия нейтральных частиц и электронов и идентификация типа заряженных частиц.

Отслеживание

CLEO всегда использовал магнитный магнит, чтобы позволить измерение заряженных частиц. Первоначальный проект CLEO требовал сверхпроводящего соленоида, но было ясно, что его не удастся построить вовремя. Сначала был установлен обычный соленоид 0,42 Т, затем в сентябре 1981 года его заменили сверхпроводящим магнитом. Сверхпроводящая катушка была разработана для работы при 1,2 Т, но она никогда не работала выше 1,0 Т. Для обновления CLEO II был построен новый магнит, который был помещен между калориметром и детектором мюонов. Он работал при 1,5 Т до CLEO c, когда магнитное поле было уменьшено до 1,0 Т.

Камеры проволоки

Первоначальный детектор CLEO использовал три отдельные камеры отслеживания. Внутренней камерой (IZ) была трехслойная пропорциональная проволочная камера, занимавшая область с радиусом от 9 до 17 см. Каждый слой имел 240 анодных проводов для измерения азимута трассы и 144 катодных ленточных обруча шириной 5 мм внутри и снаружи анодных проводов (всего 864 катодных ленты) для измерения трассы z. Дрейф-камера CLEO I (DR) находилась непосредственно за пределами ИЗ и занимала область с радиусом от 17,3 до 95 см. Он состоял из семнадцати слоев ячеек размером 11,3 мм × 10,0 мм с расстоянием между слоями 42,5 мм, в общей сложности 5304 ячейки. На каждый слой чувствительных проводов приходилось два слоя полевых проводов. Нечетные слои были осевыми, а четные - сменными стереослоями. Последней специальной камерой слежения CLEO I была плоская внешняя камера дрейфа Z (OZ) между магнитом соленоида и камерами dE/dx. Он состоял из трех слоев, радиально разделенных на 2,5 см. Самый внутренний слой был перпендикулярным линии луча, а два внешних слоя были на ±10° относительно внутренней камеры, чтобы обеспечить некоторую азимутную информацию о слежении. Каждый октант был оснащен камерой ОЗ. Новая дрейфовая камера DR2 была построена для замены первоначальной дрейфовой камеры. Новая дрейфовая камера имела тот же внешний радиус, что и первоначальная, поэтому ее можно было установить до того, как остальные модернизации CLEO II были готовы. DR2 был детектором 51 слоя с 000+000 аксиальными/стерио слоями. DR2 имел только один слой полевых проводов между каждым слоем чувствительных проводов, что позволяло вместить еще много слоев в отведенное пространство. Осевые провода имели полдюжины, чтобы помочь решить лево-правую двусмысленность первоначальной дрейфовой камеры. Внутренние и внешние слои камеры были катодными полосками для измерения продольных координат путей. DR2 также был разработан для измерения dE/dx в дополнение к измерениям слежения. В 1984 году камера IZ была заменена на десятислойную камеру дрейфа (VD). Когда в 1986 году радиус луча был уменьшен с 7,5 до 5,0 см, для занятия нового свободного пространства была построена трехслойная соломенная камера (IV). В ходе модернизации CLEO II IV была заменена пятислойной соломенной трубкой с внутренним радиусом 3,5 см. Дрейф-камера CLEO III (DR3) была разработана с целью обеспечения аналогичных характеристик, как и CLEO II/II. V дрейф-камера, хотя она должна быть меньше, чтобы обеспечить место для детектора RICH. Самые внутренние шестнадцать слоев были осевыми, а самые внешние 31 слой были сгруппированы в чередующиеся стерео четырехслойные суперслои. На внешней стенке дрейф-камеры были установлены катодные колодки шириной 1 см для дополнительных измерений z.

The original CLEO detector used three separate tracking chambers. The innermost chamber (IZ) was a three layer proportional wire chamber that occupied the region between a radius of 9 cm and 17 cm. Each layer had 240 anode wires to measure track azimuth and 144 cathode strip hoops 5 mm wide inside and outside the anode wires (864 cathode strips total) to measure track z. The CLEO I drift chamber (DR) was immediately outside the IZ and occupied the region between a radius of 17.3 cm and 95 cm. It consisted of seventeen layers of 11.3 mm × 10.0 mm cells with 42.5 mm between the layers, for a total of 5304 cells. There were two layers of field wires for every layer of sense wires. The odd numbered layers were axial layers, and the even numbered layers were alternating stereo layers. The last CLEO I dedicated tracking chamber was the planar outer Z drift chamber (OZ) between the solenoid magnet and the dE/dx chambers. It consisted of three layers separated radially by 2.5 cm. The innermost layer was perpendicular to the beamline, and the outer two layers were at ±10° relative to the innermost chamber to provide some azimuthal tracking information. Each octant was equipped with an OZ chamber. A new drift chamber, DR2, was built to replace the original drift chamber. The new drift chamber had the same outer radius as the original one so that it could be installed before the rest of the CLEO II upgrades were ready. DR2 was a 51 layer detector, with a 000+000 axial/stereo layer arrangement. DR2 had only one layer of field wires between each layer of sense wires, allowing many more layers to fit in the allotted space. The axial sense wires had a half cell stagger to help resolve the left right ambiguity of the original drift chamber. The inner and outer field layers of the chamber were cathode strips to make measurements of the longitudinal coordinate of tracks. DR2 was also designed to make dE/dx measurements in addition to tracking measurements. The IZ chamber was replaced with a ten layer drift chamber (VD) in 1984. When the beampipe radius was reduced from 7.5 to 5.0 cm in 1986, a three layer straw chamber (IV) was built to occupy the newly available space. The IV was replaced during the CLEO II upgrade with a five layer straw tube with a 3.5 cm inner radius. The CLEO III drift chamber (DR3) was designed to have similar performance as the CLEO II/II. V drift chamber even though it would be smaller to allow space for the RICH detector. The innermost sixteen layers were axial, and the outermost 31 layers were grouped in alternating stereo four layer superlayers. The outer wall of the drift chamber was instrumented with 1 cm wide cathode pads to provide additional z measurements.

Кремниевые детекторы

CLEO построил свой первый кремниевый детектор вершин для CLEO II. Улучшение V. Кремниевый детектор был трехслойным устройством, расположенным в октанах. Самый внутренний слой имел радиус 2,4 см, а самый внешний слой - 4,7 см. Всего было использовано 96 кремниевых пластинок с 26208 каналами считывания. Обновление CLEO III включало новый четырехслойный, двусторонний кремниевый детектор вершин. Он был изготовлен из 447 идентичных 1 дюйм × 2 в вафелях с 50-микрометровым полосовым шагом на стороне r φ и 100-микрометровым шагом на стороне z. Кремниевый детектор достиг 85% эффективности после установки, но вскоре начал страдать от все более крупных неэффективности. Неэффективность была обнаружена в полукруглой области на пластинах. Кремниевый детектор был заменен на CLEO c из-за его плохой производительности, сниженной потребности в вертикальных возможностях и желания свести к минимуму материал вблизи луча.

Калориметрия

У меня было три отдельных калориметра. Все использовали слои пропорциональных труб, переплетенных с литами свинца. Детекторы октантного душа были вне времени детекторов полета в каждом из октантов. Каждый октановый детектор имел 44 слоя пропорциональных труб, чередующихся параллельно и перпендикулярно лучевой трубе. Провода были объединены вместе, чтобы уменьшить количество каналов считывания до 774 каналов. Октановые концовочные детекторы душа представляли собой шестнадцатислойные устройства, расположенные в обоих концах камер dE/dx. Слои следовали азимутному, положительному стерео, азимутному, отрицательному стерео шаблону. Стереопроводы были параллельны наклонным сторонам детектора. Слои были сгруппированы аналогичным образом, как и детекторы октантного душа. Детектор души на кончиках полюсов был помещен между концами дрейф-камеры и кончиками полюсов магнитного потока. Детектор душа на верхушке столба имел 21 слой, с семью группами вертикальных слоев +120°, 120°. Датчик душа с каждой стороны был построен в двух половинках, чтобы обеспечить доступ к лучевой трубе. Калориметрия была значительно улучшена во время обновления CLEO II. Новый электромагнитный калориметр использовал кристаллы 7784 CsI, допированные таллием. Каждый кристалл был примерно 30 см глубиной и имел 5 см × 5 см лицевой части. Центральной частью калориметра был цилиндр, помещенный между дрейфовой камерой и магнитом соленоида, а на обоих концах дрейфовой камеры были размещены два калориметра концовок. Кристаллы в конце капочки были ориентированы параллельно линии луча. Кристаллы в центральном калориметре обращены к точке, смещенной от точки взаимодействия как по продольной, так и поперечной сторонам на несколько сантиметров, чтобы избежать неэффективности частиц, проходящих между соседними кристаллами. Калориметр в первую очередь измерял энергию фотонов или электронов, однако он также использовался для обнаружения антинейтронов. Все версии детектора от CLEO II до CLEO c использовали калориметр CsI.

Идентификация частиц

В CLEO производятся пять типов долгоживущих заряженных частиц: электроны, пионы, мюоны, каоны и протоны. Правильная идентификация каждого из этих типов значительно улучшает возможности детектора. Идентификация частиц была выполнена как специальными субдетекторами, так и калориметром и дрейфовой камерой. Внешняя часть детектора CLEO была разделена на независимые октанты, которые в основном предназначены для идентификации заряженных частиц. Не был достигнут четкий консенсус по выбору технологии идентификации частиц, поэтому два октанта были оснащены камерами ионизации dE/dx, два октанта были оснащены детекторами высокого давления Cerenkov, а четыре октанта были оснащены детекторами низкого давления Cerenkov. Система dE/dx показала превосходные характеристики идентификации частиц и помогла в отслеживании, поэтому в сентябре 1981 года все восемь октанов были оснащены камерами dE/dx. Камеры dE/dx измеряли ионизацию заряженных частиц, проходящих через многопроволочную пропорциональную камеру (MWPC). Внешние детекторы - это муонные дрейф-камеры CLEO I. Два слоя муонных детекторов были снаружи магнитного железа на обоих концах CLEO. В области ствола были два дополнительных слоя мюонных камер после 15 см и 30 см магнитного железа. Мюонные детекторы имели глубину от 4 до 10 длин излучения и были чувствительны к мюонам с энергией не менее 12 ГеВ. Магнитное иго весило 580 тонн, а каждый из четырех подвижных тележек в каждом углу детектора весил 240 тонн, в общей сложности 1540 тонн. CLEO II использовал время обнаружения полета между дрейфовой камерой и калориметром, один в области ствола, другой в области конечного капочка. В области ствола было 64 бикронных бруска с светопроводами, ведущими к фотомультипликаторным трубкам за пределами области магнитного поля. Аналогичная система распространялась на регионы конечных областей. Система TOF имела разрешение 150 см. Центральный и конечный детекторы TOF в совокупности покрыли 97% твердого угла.

Five types of long lived, charged particles are produced at CLEO: electrons, pions, muons, kaons and protons. Proper identification of each of these types significantly improves the capabilities of the detector. Particle identification was done by both dedicated subdetectors and by the calorimeter and drift chamber. The outer portion of the CLEO detector was divided into independent octants that were primarily dedicated to charged particle identification. No clear consensus was reached on the choice of technology for particle identification, therefore two octants were equipped with dE/dx ionization chambers, two octants were equipped with high pressure gas Cerenkov detectors, and four octants were equipped with low pressure gas Cerenkov detectors. The dE/dx system demonstrated superior particle identification performance and aided in tracking, therefore in September 1981 all eight octants were equipped with dE/dx chambers. The dE/dx chambers measured the ionization of charged particles as they passed through a multiwire proportional chamber (MWPC). The CLEO I muon drift chambers were the outermost detectors. Two layers of muon detectors were outside the magnet iron on either end of CLEO. The barrel region had two additional layers of muon chambers after 15 cm and 30 cm of magnet iron. The muon detectors were between 4 and 10 radiation lengths deep and were sensitive to muons with energies of at least 1 2 GeV. The magnet yoke weighed 580 tons, and each of four movable carts at each corner of the detector weighed 240 tons, for a total of 1540 tons. CLEO II used time of flight detectors between the drift chamber and the calorimeter, one in the barrel region, the other in the endcap region. The barrel region consisted of 64 Bicron bars with light guides leading to photomultiplier tubes outside the magnetic field region. A similar system covered the endcap region. The TOF system had a timing resolution of 150 cm. The central and endcap TOF detectors combined covered 97% of the solid angle.

Программа по физике

CLEO опубликовала более 200 статей в Physical Review Letters и более 180 статей в Physical Review. Отчеты о физике B обычно были главным приоритетом CLEO, но сотрудничество проводило измерения по широкому спектру тем физики частиц.

Мезоны B

В наиболее цитируемой статье CLEO сообщалось о первом измерении изменения аромата нейтрального распада тока b→sγ. Измерения хорошо согласуются со стандартной моделью и накладывают значительные ограничения на многие предложения, выходящие за рамки стандартной модели, такие как заряженные гиггсы и аномальные WWγ-соединения. Аналогичный эксклюзивный распад B + 0 → K * + 0 γ также измерялся. CLEO и ARGUS сообщили о почти одновременных измерениях инклюзивного безрадостного полумелиптонного распада B-мезонов, что непосредственно установило ненулевое значение элемента матрицы CKM. Эксклюзивные безрадостные полулептонические распадные процессы мезонов B были впервые замечены CLEO шесть лет спустя в режимах B → πlν, ρlν, и использовались для определения Vub. CLEO также обнаружил многие адронные аналоги: B+,0→ K(892)+π−, φ K(*), K+π0, K0π0, π+π−, π+ρ0, π+ρ−, π+ω η K*, η′ K и K0π+, K+π−. 0→ D*0π0 B→ Λπ−, Λπ+π−, 0→ D*0π+π+π−, 0→ D*ρ′−, B0→ D*−pπ+, D*−p, B0→ D*+D*−, и B+→ 0 K+.

Чаровые адроны

Хотя CLEO проходил в основном вблизи Y{\displaystyle Y{\displaystyle Y} , чтобы изучать B-мезоны, он также был конкурентоспособным с экспериментами, предназначенными для изучения шармовых адронов. Первым измерением свойств шармовых адронов с помощью CLEO было наблюдение за Ds. CLEO измерил массу 1970 ± 7 MeV, что значительно ниже, чем предыдущие наблюдения на 2030 ± 60 MeV и 2020 ± 10 MeV. CLEO обнаружил DsJ{2573) и DsJ{2463). CLEO был первым экспериментом, который измерил двойной подавленный распад Cabibbo D0→ K+π−, а CLEO провел анализ Dalitz D0,+ в нескольких режимах распада. CLEO изучил D*(2010) +, сделав первое измерение его ширины и самое точное измерение массовой разницы D*D0. CLEO c сделал многие из самых точных измерений соотношений ветвления D-мезонов в инклюзивных каналах, μ+νμ, полулептонических распадах и адронных распадах. Эти разветвленные фракции являются важными входными данными для измерений B-мезонов в BaBar и Belle. CLEO впервые наблюдал чисто лептонический распад D→μ+, который предоставил экспериментальную меру константы распада fDs. CLEO c сделал наиболее точные измерения fD+ Другие режимы распада D, обнаруженные CLEO, - p, ωπ+, η ρ+, η'ρ+, φρ+, η π+, η'π+ и φ l ν. CLEO обнаружил много очарованных барионов и обнаружил или улучшил измерение многих режимов распада очарованных барионов. До того, как BaBar и Belle начали открывать новые шарм-барионы в 2005 году, CLEO обнаружила тринадцать из двадцати известных шарм-барионов: Ξ, Ξ(2790), Ξ(2815), Ξ, Σ(2520), Ξ(2645), Ξ(2645 и Λ(2593). Моды распада очарованных барионов, обнаруженные на CLEO, это Ω→ Ω−e+e; Λ→ p0η, Ληπ+, Σ+η, Σ*+η, Λ0K+, Σ+π0, Σ+ω, Λπ+π+π−π0, Λωπ+; и Ξ→Ξ0e+e.

Кварконий

Кваркониевые состояния обеспечивают экспериментальный вход для сетчатых и нерелятивистских расчетов QCD. CLEO изучала систему Υ до конца экспериментов CUSB и CUSB II, а затем вернулась в систему Υ с детектором CLEO III. CLEO c изучал состояния нижней массы ψ. CLEO и CUSB опубликовали свои первые статьи, сообщая об наблюдениях первых трех состояний Y. Ранее утверждения о Y(3S) опирались на припадки одного пика с тремя компонентами; наблюдения CLEO и CUSB за тремя хорошо разделенными пиками развеяли все оставшиеся сомнения в существовании Y(3S). Вскоре после этого Клео обнаружил Υ ((4S) и интерпретировал его как разлагающийся в B мезоны из-за большой ширины распада. Избыток электронов и мюонов в Υ(4S) продемонстрировал существование слабых распада и подтвердил интерпретацию распада Υ(4S) в мезоны B. CLEO и CUSB позже сообщили о существовании состояний Υ(5S) и Υ(6S). CLEO I и CLEO II имели значительную конкуренцию в физике Υ, в первую очередь от экспериментов CUSB, Crystal Ball и ARGUS. Однако CLEO смогла наблюдать ряд распада Υ(1S): τ+τ−, J/Ψ X и γ X с X = π+, π0, 2π+, π+K+, π+p, 2K+, 3π+, 2π+K+ и 2π+p. Радиационный распад чувствителен к образованию клеевых шаров. CLEO собрал больше данных на Υ ((1 3S) резонансах в конце эры CLEO III. CLEO III обнаружила состояние Υ(1D), переходы χb1,2(2P) →ωΥ(1S) и распад Υ(3S) →τ+τ− среди других. CLEO c измерил многие свойства состояний шармония. Основные моменты включают подтверждение ηc', подтверждение Y(4260), псевдоскалярные векторные распадения ψ(2S), ψ(2S) → J/ψ распад, наблюдение тринадцати новых адронных распадений ψ(2S), наблюдение hc(1P1), и измерение массы и разветвления фракций η в ψ(2S) → J/ψ распада.

Другие измерения

CLEO изучила физику двух фотонов, где и электрон, и позитрон излучают фотоны. Два фотона взаимодействуют, чтобы произвести векторный мезон или адронную антиадронную пару. CLEO опубликовал измерения как векторного мезонного процесса, так и адронного антиадронного процесса. CLEO провела сканирование энергии для энергий центра массы между 7 и 10 ГеВ для измерения отношения хадронного сечения. CLEO провела первые измерения электромагнитных форм-факторов π+ и K+ выше Q2 > 4 GeV2. Наконец, CLEO провела поиски частиц Хиггса и вне SM: бозоны Хиггса, аксионы, магнитные монополи, нейтралино, частицы с дробным зарядом, нижние квакарки и фамилионы.

Сотрудничество

Первоначальный проект детектора для южной области взаимодействия CESR начался в 1975 году. Физики из Гарвардского университета, Сиракузского университета и Рочестерского университета работали в синхротроне Корнелла и были естественным выбором в качестве сотрудников Корнелла. К ним присоединились группы из Университета Ратгерса и Университета Вандербильта, а также сотрудники из Колледжа ЛеМойна и Колледжа Итака. По мере присоединения к сотрудничеству ответственность за компоненты детекторов была возложена на дополнительные учреждения. Корнелл назначил физика, чтобы он наблюдал за разработкой части детектора внутри магнита, снаружи магнита и самого магнита. Структура сотрудничества была разработана для того, чтобы избежать предполагаемых недостатков в SLAC, где физики SLAC, как считалось, доминировали в операциях благодаря их доступу к ускорителю и детектору, а также к вычислительным и машинным средствам. Сотрудники могли свободно работать над анализом по своему выбору, а одобрение результатов для публикации было получено путем широкого голосования. Представитель (позже пресс-секретарь) также был выбран путем широкого голосования, включая аспирантов. Другими сотрудниками в сотрудничестве были координатор анализа и менеджер по работе, а затем также координатор программного обеспечения. В первом докладе CLEO были перечислены 73 автора из восьми учреждений. Корнеллский университет, Сиракузский университет и Рочестерский университет были членами CLEO на протяжении всей своей истории, и сорок два учреждения были членами CLEO в одно время. В 1996 году сотрудничество было самым крупным, в нем было 212 участников, прежде чем сотрудники начали переходить к экспериментам BaBar и Belle. Наибольшее количество авторов, которые появляются на CLEO бумаги было 226. В статье, опубликованной в то время, когда CLEO прекратил собирать данные, было 123 автора.