vestifmИзвестия Национальной академии наук Беларуси. Серия физико-математических наукProceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics Series1561-24302524-2415The Republican Unitary Enterprise Publishing House "Belaruskaya Navuka"10.29235/1561-2430-2025-61-4-320-329vestifm-865Research ArticleФИЗИКАPHYSICSМетодика измерения переходного электромагнитного форм-фактора в конверсионном распаде ω → π0e+e– на детекторе КМД-3Methodology for measuring the transition electromagnetic form factor in the conversion decay ω → π0e+e– with the CMD-3 detectorГригорьевД. Н.GrigorievD. N.

Григорьев Дмитрий Николаевич – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник; доцент

пр. Академика Лаврентьева, 11, 630090, Новосибирск

пр. К. Маркса, 20, 630073, Новосибирск

Dmitry N. Grigoriev – Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading Researcher; Associate Professor

11, Academician Lavrent’ev Ave., 630090, Novosibirsk

20, K. Marks Ave., 630073, Novosibirsk,

d.n.grigoriev@inp.nsk.suКазанинВ. Ф.KazaninV. F.

Казанин Василий Федорович – кандидат физико-математических наук, ведущий научный сотрудник; старший преподаватель кафедры физики, Специализированный учебно-научный центр

пр. Академика Лаврентьева, 11, 630090, Новосибирск

ул. Пирогова, 2, 630090, Новосибирск

Vasily F. Kazanin – Ph. D. (Physics and Mathematics), Leading Researcher; Senior Lecturer in the Department of Physics, Specialized Education-Scientific Center

11, Academician Lavrent’ev Ave., 630090, Novosibirsk

2, Pirogov Str., 630090, Novosibirsk

V.F.Kazanin@inp.nsk.suИвановВ. Л.IvanovV. L.

Иванов Вячеслав Львович – кандидат физико-математических наук, научный сотрудник

пр. Академика Лаврентьева, 11, 630090, Новосибирск

Vyacheslav L. Ivanov – Ph. D. (Physics and Mathematics), Researcher

11, Academician Lavrent’ev Ave., 630090, Novosibirsk 

vyacheslav_lvovich_ivanov@mail.ruШёлковыйД. В.ShoukavyD. V.

Шёлковый Дмитрий Викторович – кандидат физико-математических наук, заведующий центром

пр. Независимости, 68-2, 220072,Минск

Dzmitry V. Shoukavy – Ph. D. (Physics and Mathematics), Head of the Center, B. I. Stepanov Institute of Physics

68-2, Nezavisimosti Ave., 220072, Minsk

shoukavy@ifanbel.bas-net.byИнститут ядерной физики имени Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук ; Новосибирский государственный технический университетBudker Institute of Nuclear Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences ; Novosibirsk State Technical UniversityИнститут ядерной физики имени Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук ; Новосибирский государственный университетBudker Institute of Nuclear Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of Sciences ; Novosibirsk State UniversityИнститут ядерной физики имени Г. И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наукBudker Institute of Nuclear Physics of the Siberian Branch of the Russian Academy of SciencesИнститут физики имени Б. И. Степанова Национальной академии наук БеларусиB. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus202506012026614320329Copyright © Григорьев Д.Н., Казанин В.Ф., Иванов В.Л., Шёлковый Д.В., 20262026Григорьев Д.Н., Казанин В.Ф., Иванов В.Л., Шёлковый Д.В.Grigoriev D.N., Kazanin V.F., Ivanov V.L., Shoukavy D.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://vestifm.belnauka.by/jour/article/view/865

Представлена усовершенствованная методика измерения переходного электромагнитного форм-фактора в конверсионном распаде ω → π0e+e– с использованием данных, накопленных детектором КМД-3 на e + e –-коллайдере ВЭПП-2000. Ключевое нововведение метода заключается в применении метода кинематической реконструкции в рамках двух различных гипотез: для сигнального канала (ω → π0e+e–) и основного фонового процесса (ω → π+π–π0). Данный подход позволяет эффективно подавлять фон от 3π событий, практически полностью его устраняя, а также приводит к существенному сужению распределения инвариантной массы двух фотонов от распада π⁰ в сигнальных событиях. Более узкий пик массы π⁰ значительно улучшает разделение сигнала от оставшегося квантово-электродинамического фона (e+e– → e+e–γγ). Для демонстрации эффективности методика была применена к части данных с интегральной светимостью 13 pb⁻¹, накопленной в области массы ω-мезона. Проведенный анализ свидетельствует о существенном повышении точности измерения форм-фактора F(q). Разработанная методика позволяет рассчитывать на более точное определение параметра наклона форм-фактора Λ ω−2 после применения к полному массиву данных с интегральной светимостью около 50 pb⁻¹.

This paper presents an improved methodology for measuring the transition electromagnetic form factor in the conversion decay ω → π0e+e– using data collected by the CMD-3 detector at the VEPP-2000 e+e– collider. The key improvement involves the application of a kinematic reconstruction technique under two distinct hypotheses: the signal hypothesis (ω → π0e+e–) and the dominant background hypothesis (ω → π+π–π0). This approach allows for a powerful suppression of 3π background, virtually eliminating it, and significantly narrows the invariant mass distribution of two photons from π0 decay in signal events. The refined π0 mass peak enhances the separation of the signal process from the remaining QED background (e+e– → e+e–γγ). To demonstrate the effectiveness of the method, it was applied to a subset of the data with an integrated luminosity of 13 pb⁻¹, accumulated near ω-meson mass. The analysis shows a significant improvement in the precision of the form factor F(q) measurement. The developed methodology paves the way for a more precise determination of the form factor slope parameter Λ ω−2 when applied to the full dataset, which has an integrated luminosity of approximately 50 pb⁻¹.

конверсионный распадω-мезонпереходный электромагнитный форм-факторподавление фонадетектор КМД-3conversion decayω-mesontransition electromagnetic form factorbackground subtractionCMD-3 detectorАвторы выражают искреннюю благодарность коллективу ВЭПП-2000 за безупречную работу коллайдера в период набора данных. Мы также признательны всем членам коллаборации КМД-3 за их существенный вклад, постоянную поддержку и плодотворные обсуждения, без которых данное исследование было бы невозможно. Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта Российского научного фонда № 23-42-10025 (https://rscf.ru/project/23-42-10025/) и Белорусского рес­ публиканского фонда фундаментальных исследований № Ф23РНФ-118.The authors express their sincere gratitude to the VEPP-2000 operation team for maintaining the superb performance of the collider throughout the data-taking period. We also extend our heartfelt thanks to all members of the CMD-3 collaboration for their essential contribution, unwavering support, and stimulating discussions, which made this study possible. The investigation was conducted with financial support of the grant of Russian Science Foundation no. 23-42-10025 (https://rscf.ru/project/23-42-10025/) and Belarusian Republican Foundation for Fundamental Research no. Ф23РНФ-118.ReferencesLandsberg L. G. Electromagnetic leptonic decays and structure of light mesons. Soviet Physics Uspekhi, 1985, vol. 28, art. ID 435. https://doi.org/10.1070/pu1985v028n06abeh003830Landsberg L. G. Electromagnetic leptonic decays and structure of light mesons. Soviet Physics Uspekhi, 1985, vol. 28, art. ID 435. https://doi.org/10.1070/pu1985v028n06abeh003830Dzhelyadin R. I., Golovkin S. V., Konstantinov A. S., Konstantinov V. F., Kubarovski V. P., Landsberg L. G., Mu­ khin V. A. [et al.]. Study of the electromagnetic transition form-factor in ω → π0μ+μ– decay. Physics Letters B, 1981, vol. 102, no. 4, pp. 296–298. https://doi.org/10.1016/0370-2693(81)90879-0Dzhelyadin R. I., Golovkin S. V., Konstantinov A. S., Konstantinov V. F., Kubarovski V. P., Landsberg L. G., Mu­ khin V. A. [et al.]. Study of the electromagnetic transition form-factor in ω → π0μ+μ– decay. Physics Letters B, 1981, vol. 102, no. 4, pp. 296–298. https://doi.org/10.1016/0370-2693(81)90879-0Arnaldi R., Banicz K., Borer K., Castor J., Chaurand B., Chen W., Cicalò C. [et al.] (NA60 Collaboration). Precision study of the η → μ+μ–γ and ω → μ+μ–π0 electromagnetic transition form-factors and of the ρ → μ+μ– line shape in NA60. Physics Letters B, 2016, vol. 757, pp. 437–444. https://doi.org/10.1016/j.physletb.2016.04.013Arnaldi R., Banicz K., Borer K., Castor J., Chaurand B., Chen W., Cicalò C. [et al.] (NA60 Collaboration). Precision study of the η → μ+μ–γ and ω → μ+μ–π0 electromagnetic transition form-factors and of the ρ → μ+μ– line shape in NA60. Physics Letters B, 2016, vol. 757, pp. 437–444. https://doi.org/10.1016/j.physletb.2016.04.013Adlarson P., Afzal F., Aguar-Bartolomé P., Ahmed Z., Annand J. R. M., Arends H. J., Bantawa K. [et al.]. Measurement of the ω → π0e+e– and η → e+e–γ Dalitz decays with the A2 setup at the Mainz Microtron. Physical Review C, 2017, vol. 95, art. ID 035208. https://doi.org/10.1103/physrevc.95.035208Adlarson P., Afzal F., Aguar-Bartolomé P., Ahmed Z., Annand J. R. M., Arends H. J., Bantawa K. [et al.]. Measurement of the ω → π0e+e– and η → e+e–γ Dalitz decays with the A2 setup at the Mainz Microtron. Physical Review C, 2017, vol. 95, art. ID 035208. https://doi.org/10.1103/physrevc.95.035208Timoshenko M. V., Borin V. M., Zharinov Yu. M., Zemlyansky I. M., Kasaev A. S., Karpov G. V., Kirpotin A. N. [et al.]. Status of Vepp-2000 BINP Electron–Positron Collider. Physics of Particles and Nuclei Letters, 2020, vol. 17, pp. 419– 424. https://doi.org/10.1134/s1547477120040457Timoshenko M. V., Borin V. M., Zharinov Yu. M., Zemlyansky I. M., Kasaev A. S., Karpov G. V., Kirpotin A. N. [et al.]. Status of Vepp-2000 BINP Electron–Positron Collider. Physics of Particles and Nuclei Letters, 2020, vol. 17, pp. 419– 424. https://doi.org/10.1134/s1547477120040457Khazin B. I. Physics and Detectors for VEPP-2000. Nuclear Physics B – Proceedings Supplements, 2008, vol. 181–182, pp. 376–380. https://doi.org/10.1016/j.nuclphysbps.2008.09.068Khazin B. I. Physics and Detectors for VEPP-2000. Nuclear Physics B – Proceedings Supplements, 2008, vol. 181–182, pp. 376–380. https://doi.org/10.1016/j.nuclphysbps.2008.09.068Grigoriev D. N., Vasilevskaya D. S., Ivanov V. L., Kazanin V. F., Kutsenko B. D., Shoukovy D. V. Preliminary result of studying the transition electromagnetic form factor in the conversion decay ω → π0e+e– on the CMD-3 detector. Physics of Particles and Nuclei, 2025, vol. 56, pp. 736–742. https://doi.org/10.1134/s1063779624702216Grigoriev D. N., Vasilevskaya D. S., Ivanov V. L., Kazanin V. F., Kutsenko B. D., Shoukovy D. V. Preliminary result of studying the transition electromagnetic form factor in the conversion decay ω → π0e+e– on the CMD-3 detector. Physics of Particles and Nuclei, 2025, vol. 56, pp. 736–742. https://doi.org/10.1134/s1063779624702216Ivanov V. L., Fedotovich G. V., Akhmetshin R. R., Amirkhanov A. N., Anisenkov A. V., Aulchenko V. M., Bashto­ voy N. S. [et al.] (CMD-3 Collaboration). Charged particle identification with the liquid xenon calorimeter of the CMD-3 detector. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 2021, vol. 1015, art. ID 165761. https://doi.org/10.1016/j.nima.2021.165761Ivanov V. L., Fedotovich G. V., Akhmetshin R. R., Amirkhanov A. N., Anisenkov A. V., Aulchenko V. M., Bashto­ voy N. S. [et al.] (CMD-3 Collaboration). Charged particle identification with the liquid xenon calorimeter of the CMD-3 detector. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research Section A: Accelerators, Spectrometers, Detectors and Associated Equipment, 2021, vol. 1015, art. ID 165761. https://doi.org/10.1016/j.nima.2021.165761Amirkhanov A. N., Anisenkov A. V., Aulchenko V. M., Akhmetshin R. R., Bashtovoy N. S., Berkaev D. E., Bon­ dar A. E. [et al.]. The first measurement of the conversion decay of the omega meson into a neutral pion and an electron-po­ sitron pair at the CMD-3 detector. Vestsі Natsyyanalʼnai akademіі navuk Belarusі. Seryya fіzіka-matematychnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics series, 2024, vol. 60, no. 1, pp. 52–71 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-2430-2024-60-1-52-71Amirkhanov A. N., Anisenkov A. V., Aulchenko V. M., Akhmetshin R. R., Bashtovoy N. S., Berkaev D. E., Bon­ dar A. E. [et al.]. The first measurement of the conversion decay of the omega meson into a neutral pion and an electron-po­ sitron pair at the CMD-3 detector. Vestsі Natsyyanalʼnai akademіі navuk Belarusі. Seryya fіzіka-matematychnykh navuk = Proceedings of the National Academy of Sciences of Belarus. Physics and Mathematics series, 2024, vol. 60, no. 1, pp. 52–71 (in Russian). https://doi.org/10.29235/1561-2430-2024-60-1-52-71Gribanov S. S., Popov A. S. Kinematic and vertex fitting package for the CMD-3 experiment. Journal of Instru­ mentation, 2024, vol. 18, art. ID P05030. https://doi.org/10.1088/1748-0221/18/05/p05030Gribanov S. S., Popov A. S. Kinematic and vertex fitting package for the CMD-3 experiment. Journal of Instru­ mentation, 2024, vol. 18, art. ID P05030. https://doi.org/10.1088/1748-0221/18/05/p05030

The authors declare that there are no conflicts of interest present.