Исследование инклюзивных и полуинклюзивных реакций и корреляций вторичных заряженных частиц в интервале энергий 0,1-10 ТэВ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА. I. ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О МЕХАНИЗМЕ АДРОН-ЯДЕРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ.

§ I. Интерес к проблеме

§ 2. Аддитивная кварковая модель (АКМ) адрон-ядерных взаимодействий

§ 3. Характеристики, измеряемые в адрон-ядерных взаимодействиях.

§ 4. Экспериментальные данные множественных процессов на ядрах

1. Зависимость средней множественности заряженных частиц от.энергии и атомного номера

2. Инклюзивные спектры в -взаимодействиях

3. Поведений поперечных импульсов в адрон-ядерных взаимодействиях

ГЛАВА П. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ АППАРАТУРА. МЕТОДИКА ОЕРА

БОТКИ. ТОЧНОСТИ, ДОСТИГНУТЫЕ В ЭКСПЕРИМЕНТЕ

§ I. Установка Цхра-Цкаро

§ 2. Состав адронов, падающих на установку Цхра-Цкаро

§ 3. Методика обработки экспериментальных данных и точности, достигнутые в эксперименте на установке

Цхра-Цкаро-2.

§ 4. Установка Цхра-Цкаро-I и точности, достигнутые в эксперименте

ГЛАВА Ш. СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИНКЛЮЗИВНЫХ И ПОЛУИНКЛЮЗИВНЫХ Z -РАСПРЕДЕЛЕНИЙ И РАСПРЕДЕЛЕНИЙ МНОЖЕСТВЕННОСТИ НА РАЗЛИЧНЫХ ЯДРАХ В ИНТЕРВАЛЕ

ЭНЕРГИЙ 0,1-10 ТэВ.

§ I. Поправки к множественности вторичных частиц в различных интервалах углов

1. Потери частиц в узком конусе

2. Потери частиц, летящих под большими углами.

3. Эффективность регистрации камерами многих частиц и пропуск треков при просмотре и построении ливня

4. Потери частиц из-за геометрии установки

5. Имитация частиц вторичными взаимодействиями

6. Имитация частиц электрон-позитронными парами

7. Лидирующие частицы и их потери

8. Частица сопровождения.

9. Оценка поправки на "черные" и "серые" треки .ВО

§ 2. Учет ошибок в определении углов вылета вторичных частиц.

§ 3. Зависимость характеристик вторичных релятивистских частиц от

§ 4. Множественность релятивистских частиц в hA -столкновениях для различных областей псевдобыстрот

ГЛАВА 1У. ПОПЕРЕЧНЫЕ ИМПУЛЬСЫ ВТОРИЧНЫХ ЗАРЯЖЕННЫХ ЧАСТИЦ В АДРОН-ЯДЕРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ ПРИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЯХ

§ I. Малые и средние поперечные импульсы Д. < I Гэв/с)

§ 2. Большие поперечные импульсы ( I Гэв/с)

Интерес к исследованиям взаимодействий высокоэнергичных ад-ронов с ядрами обусловлен практически уникальной возможностью понять пространственно-временную картину сильных взаимодействий адронов.

В современной физике высоких энергий эксперименты с использованием космических лучей занимают особое место.

Хотя современные ускорители являются поставщиками все больших энергий налетающих адронов, именно в космических лучах с некоторым опережением по энергии предсказываются основные характеристики взаимодействий адронов с ядрами.

Особенно важны исследования при энергиях выше ускорительных, при этих энергиях рожденные в первом взаимодействии частицы будут адронизироваться вне атомного ядра.

Наибольшие возможности в этом плане имеют эксперименты, выполненные в космических лучах с использованием трековых приборов: искровых камер и ядерных эмульсий.

В течение ряда лет нами исследовалось множественное рождение частиц при взаимодействии адронов космического излучения с ядрами на высокогорной станции Цхра-Цкаро им, Г.Е.Чиковани,

Настоящая работа посвящена исследованию поведения вторичных частиц, рожденных в инклюзивных и полуинклюзивных реакциях космических адронов с различными ядрами от полиэтилена до свинца в широком интервале энергий налетающего адрона 0,1-5 тэв.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, В первой главе рассмотрена картина адрон-ядерных взаимодействий, развиваемая в рамках аддитивно-кварковой модели (АНМ).

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В работе исследовались адрон-ядерные взаимодействия на чистых мишенях (СИ^,Л1, Си., РЬ ) в интервале энергий налетающего адрона 0,1+5 ТэВ. Как первичный поток использовались космические адроны (состав: 70$ нуклонов и 30% пионов)»

Взаимодействия регистрировались визуально детектирующей системой, состоящей из искровых камер (установка Цхра-Цкаро-2) и камер Вильсона (установка Цхра-Цкаро-I), помещенных в магнитное поле. Энергия события измерялась с помощью ионизационного калориметра.

Нами разработаны и реализованы: а) адекватные условия отбора -взаимодействий, зарегистрированных установкой Цхра-Цкаро-2 в вышеуказанном интервале энергий; б) методика измерения проекционных углов вылета вторичных частиц по отношению к направлению первичной. Направление первичной определялось по центру тяжести узкого конуса. Точность определения углов вылета вторичных частиц = 0,2 град; в) алгоритм программы обработки события, зарегистрированного ионизационным калориметром; г) уточнен состав вторичных частиц; произведена оценка фона и его исключение из основного материала; учтены влияния ошибок в определении углов вылета вторичных частиц и потери частиц, вызванные перекрытием треков, эффективностью регистрации камерой большого числа частиц, просмотром и зарисовкой ливня, геометрическим обрезанием установкой; д) предложен и реализован новый режим термостатирования

1000 л камер Вильсона и зазора магнита, а также увеличение регистрирующего объема камеры при помощи переноса поршня. Это привело к увеличению максимально измеримого импульса. Нами получено: максимально измеримый импульс сг 50 ГэВ, угловое разрешение для вторичных частиц (Гв =0,02 град.

Сформулируем основные физические результаты, полученные в диссертации. Необходимо отметить, что для энергий 600 и 1500 ГэВ результаты получены впервые.

1. Показано, что в -взаимодействиях распределение множественности и полуинклюзивные £ -распределения в событиях с hf< в пределах ошибок не зависят от атомного номера ядра мишени А « (2*1,5) и слабо зависит от энергии взаимодействия в рассматриваемом диапазоне энергий. Приведены аргументы в пользу того, что в этих событиях мы имеем дело с квазинуклонными взаимодействиями, в которых присутствие ядра не проявляется на измеряемых нами характеристиках.

Найдено, что вклад этих событий в общее число адрон-ядерных взаимодействий слабо зависит от А , как А ^. С увеличением энергии взаимодействия от 200 до 600 ГэВ доля квазинуклонных событий падает на (13*15)+6% для взаимодействий на среднем и тя-жедом ядре, на легком ядре она в пределах ошибок от энергии не зависит,

2. Наблюдено, что средняя множественность в интервале прев-добыстроты КПs ^ "быстрых" частиц, летящих вперед в СЦМ, слабо увеличивается с ростом А , как А с коэффициентом d = 0,06+0,02; 0,06+0,03; 0,07+0,03 при средних энергиях взаимодействия 200, 600, 1500 Гэв. Показатель в А в пределах ошибок от энергии не зависит.

3. Средняя множественность <"Л "мягких" частиц, испускаемых назад СЦМ, растет с ростом А » показатель при А ** » оС = 0,25+0,05; 0,24+0,06; 0,29+0,09, и также в пределах ошибок от энергии не зависит,

4. Произведено сравнение поведения > с предсказаниями ряда вариантов аддитивной кварковой модели. Показано, что модели, не учитывающие вторичные неупругие перерассеяния кварков или более медленных партонов, не могут быть согласованы с экспериментом.

5. Анализ характеристик распределения поперечных импульсов вторичных частиц (на материале Цхра-Цкаро-I при <- 400 ГэВ) показал, что: а) для малых и средних поперечных импульсов ( р±<< I ГэВ/с): величины корреляции между поперечными рм и продольным импульсом pif в СЦМ, а также поперечным импульсом у^ и углом вылета Q частицы в ЛС можно объяснить как специфической структурой фазового объема, учитывающего ограниченность поперечного импульса, так и вкладом когерентного механизма взаимодействия. Обнаружено также, что спектр поперечных импульсов по в М -взаимодействиях при 0,3 имеет излом того же типа, что ив />/? --взаимодействиях; б) обнаружено, что для больших поперечных импульсов VjJZ- I ГэВ/с) возрастает средняя множественность вторичных частиц во взаимодействии. Наблюдается преимущественный вылет частиц в событии в направлении, противоположном по азимуту частице с I ГэВ/с (азимутальная асимметрия); последняя рождается в основном в передней полусфере в СЦМ. Эти явления возможно связаны с началом рождения жестких струй в М -реакциях.

В заключение автор считает своим прямым долгом выразить благодарность своему научному руководителю доктору физико-математических наук Котляревскому Д.М., благодаря которому происходили формирование и развитие моих подходов к исследовательской работе.

Я выражаю глубокую признательность академику АН ГССР профессору Э.Л.Андроникашвили за предоставление возможности проведения данного эксперимента и активную поддержку при выполнении работы.

Выражаю свою благодарность доктору физико-математических наук, заведующее отделом Канчели О.В. за полезные многократные обсуждения и доктору физико-математических наук, заведующей отделом Н.Н.Ройнишвили, которая рядом идей способствовала успеш-ноафг анализу экспериментального материала.

Мне приятно выразить признательность сотрудникам отдела "Высоких энергий", которые принимали участие в обработке экспериментального материала и отдела "Широких атмосферных ливней", которые принимали участие в создании, наладке и эксплуатации установок Цхра-Цкаро-I и Цхра-Цкаро-2.

Считаю своим долгом выразить благодарность моим товарищам по работе Цомая П.В., Гарсеванишвили Л.П., Папанову С.Д. за плодотворное сотрудничество, поддержку и помощь в работе.

1. Фейнман Ф. Взаимодействия фотонов с ядрами. М., Мир, 1975.

2. Грибов В.Н. Пространственно-временное описание взаимодействий адронов при высоких энергиях. Материалы УШ зимней школы ЛИЯФ, 1973, часть 2, с. 5-36.

3. Канчели О.В. Неупругие взаимодействия быстрых адронов с ядрами. Письма в ЖЭТФ, 1973, т.18, с. 465-469.

4. Барашенков B.C., Тонеев В.Д. Взаимодействия внсокоэнергичных частиц и атомных ядер с ядрами. М.; Атомиздат, 1972.520с.

5. Давиденко Г.В., Николаев Н.Н. Внутриядерные каскады и множественное рождение на ядрах в партонной и мультиперефери-ческой моделях. Ш, 1976, т.24, с. 772-783.

6. Николаев Н.Н. %льтипереферическая партонная модель. Физика высоких энергий. Материалы XI зимней школы ЛИЯФ, 1976,с. 53-95.

7. Анисович В.В. Процессы сильного взаимодействия при больших энергиях и модель кварков партонов. Материалы IX зимней школы ЛИЯФ, 1974, ч.З, с.106-148.

8. Шехтер В.М. 1У Международный семинар по проблемам физики высоких энергий. Дубна, 1979, с. 277.

9. Aniso/ick V.V., ShabtlsKy Ум. М., SUldter KM. Field* of

10. ProjecUk in Hadron-Wwckon Ih+erac-f;ons dncf

11. SW+un> of Uadrons. Preprint LWPI ,//55Z,{377

12. Никитин Ю.П., Розенталь И.Л. Ддерная физика высоких энергий. М., Атомиздат, 1980 , 297с.

13. ОДурзин B.C., Сарычева Л.И. Взаимодействия адронов высоких энергий. Наука, 1983, 287с.

14. Гришин В.Г. Множественное ролщение частиц в адрон-адронных взаимодействиях при высоких энергиях. ЭЧАЯ, 1976, т.7,с. 595-646.

15. Никитин Ю.П., Розенталь И.Л., Сергеев Ф.М. Взаимодействия частиц высоких энергий с ядрами. УШ, 1977, т. 121, с.3-53.

16. Шабельский Ю.М. Процессы множественного рождения в адрон--ядерных соударениях при высоких энергиях. ЭУАЯ, 1981, т.12, с, 1070-1115.

17. ГУламов К.Г., Гулямов У.Г., Чернов Т.М. Экспериментальные данные по множественному рождению на ядрах. 1978, ЭЧАЯ, т.9, с. 554-601.

18. Азимов С.А., Гуламов К.Г., Навотный В.Ш., Петров В.И., Чернова Л.П. Неупругие соударения Ji"-мезонов с ядрами фотоэмульсии при = 50 и 200 Гэв и сравнительный анализ

19. ЯГ А и рА -взаимодействий при ускорительных энергиях. В кн.: Взаимодействие частиц с ядрами при высоких энергиях. 1981, "ФАН", с. 3-73.

20. Ayres D.C. ei а I. jL±p,K-p,pp о, pp elasli'c sorting-from ffoiott 5 &ei//c. ,vJ5 ,f>.5io5

21. Анисович В.В. Составляющие кварки и партоки в мягких процессах. Физика высоких энергий. Материалы Х1У зимней школы ЛИЯФ, 1979, с.4-81.

22. Биленький С.Э. Лавинные процессы в космических лучах. М-Л, ОГИЗ Гостехиздат, 1948. 242 с.

23. Громов Ю.А., Котляревский Д.М. и др. Широкозазорные искровые камеры установки Цхра-Цкаро. ПТЭ, 1979, 4, с. 79-80.

24. Новиков П.А., Штеманетян Г.З. Модульные стереофотоаппараты для научных исследований. В сб. Процессы множественной генерации при высоких энергиях. Мецниереба, 1977, с. 138.

25. Бердзенишвили О.Л., Громов Ю.А., Г^ссак В.В. и др. Анализатор ионизационного калориметра Цхра-Цкаро. Мецниереба, 1977, с. 127-130.

26. Меликян А.С., Хечинашвили B.C., Шерер Е.Н. Автоматизация ввода и обработки информации с ионизационного калориметра в ЭВМ "Наири-2", Мецниереба, 1977, с. I3I-I38.

27. Котляревский Д.М. Исследование взаимодействий адронов с ядрами в интервале энергий 0,05-5 ТэВ. Докторская диссертация. М., 1980, в надзак ЕРФИ.

28. Мамиджанян Э.Л. Изучение характеристик взаимодействия нейтронов космических лучей с ядрами при энергиях 50-10000 ГэВ. Автореферат докторской диссертации. Тбилиси, 1975, в надзак ТГУ.

29. Авакян В.В., Авуджян А.Т., Багдасарян Л,С. и др. Исследование состава и спектров адронов космического излучения на высотах гор* Вопросы атомной науки и техники, 1983, вып.4 (16), с. 25-44.

30. Мурзин B.C., Саричева Л.И. Множественные процессы при высоких энергиях. М. Атомиздат. 1974, 361с.

31. Громов Ю.А. Исследование сечений взаимодействий, коэффициен1. 13тов неупругости, спектров при энергиях 10хА 10 эв", М. Кандидатская диссертация, М., 1984, в надзак ЕРШ.

32. Андроникашвили Э.Л., Гарибашвили Д.И. и др. Установка "Цхра--Цкаро", предназначенная для исследования взаимодействий частиц космического излучения с веществом. Сб. ядерные взаимодействия при высоких энергиях. Тбилиси, Мецниереба, 1969, с. 88-91.

33. Фетисов Н.Н. Термостатирование камеры для точных измерений импульсов. Труды всесоюзной конференции по физике космических лучей. 1969, ч.1, вып.З, с. 100-104.

34. Денисов В.Г., Лебедев A.M., Фетисов Н.Н. Об искажении следов в камере Вильсона. Труды всесоюзной конференции по физике космических лучей, 1969, ч.1, вып.З, с. 105-109.

35. Габуния Л.Л., Раздольская Л.А., Ройнишвили Н.Н., Программа обработки проникающих ливней космических лучей с энергией 10го * Ю12 эв. Сб. Физика частиц высоких энергий, Мецниереба, 1965 с. 2077-2080.

36. Габуния Л*Л., Мандрицкая К.В., Раздольская Л.А., Ройнишвили Н.Н., Таталашвили Н.Г. Геометрическая программа обработки проникающих ливней космических лучей* Изв. АН СССР, сер«физ«, 1964, т.28, с. 2077-2080.

37. Сотрудничество Алма-Ата-Гатчина-Москва-Ташкент* Взаимодейпри 400 ГэВ. Препринт ШН, 1978, № 202* 26с.

38. ГУламов К.Г. и др. Множественное рождение в протон-ядерных соударениях при высоких энергиях. В сб. Множественные процессы при высоких энергиях. Ташкент. Изд. ФАН Уз.ССР, 1976, с.78.

39. Котляревский Д.М. Взаимодействие частиц с ядрами в интервале энергии 0,1-5 ТэВ. В сб. Процессы множественной генерации при высоких энергиях. Мецниереба, 1979, с. 42-50.

40. Атанелишвили М.Н., Бердзенишвили О.Л*, Вербецкий Ю.Г. и др. Зависимость множественности вторичных частиц от атомного номера ядра мишени и сечение неупругих взаимодействий. Письмаствия протонов с легкими (CN0) и тяжелымиядрамив ШЭТФ, 1974, 19, 405-407.

41. Щурияк Э.О. О неупругих взаимодействиях адронов с ядрами, mt 1976, 24, 630-642.

42. Хайакава С. Физика космических лучей. М., Мир, 1973.ч.1,701с.

43. Ahiso/icb V. v., Kotr;nsicy M./V., Shabel&Ki Yu.M.,

44. Calculation of intlusl^z Spectra in badron-nucleM^ collisions in the -frameworK aolol}fi/e c^uark Moclel a^ol cjuarK statistics Prtpriht LNPI , 1931 , W<?08

45. CzyZtWSKi a and Ryb'fc/Ci K. Oh ihQ distribution

46. O-f the. ШгпЬвг of charged Secondary parf.cks in high energy melast/'0 ihi-eractions. Nucl.Phys. VM, p. £33-64/.

47. Д)ао FT «I q|. Interactions at 303 6-ev multiplicity and iotaI cross seciioh. Phy£. Rev. Ltif,, m, v. p. 4Ш-КЬ0.

48. ThtfhoS IV. e-f a I. Charged pctniicl-e Multiplicitydistributions of pp-collisions at YSR-enerjies. .Nucl. Phys. 6,4977 f \/1Z9 , p.3

49. Slattery P. EVid^ne-e for on set szmi-i*clus№ St-ealihq in рЫ-оп collision ж 5д~30& Ьем/отом-аМмУи ronige.Phys.Rei/'.Left., J.M,p.{<o%k

50. Анзсн 3.B., Гайншнов А.Ш., Еременко Л.Ё. и др. Сравнительный анализ характеристик неупругих X А и рД -взаимодействий при высоких энергиях. В сб. Неупругие адрон-адронные и ад-рон-ядерные взаимодействия. Изд. Наука, Казах.ССР, 1980,с. 44-64.

51. ShctbelsKi Tu. 14. лиМ SheK^W V.M.

52. MuIfipli'ci+у ©/ sstokdaries fa Hadron-huekuscollisions avid coHsiiiueht quay К nsc.ahrtn$ Ac+o Pbys. Pol. , b , /9ft) , v. И f jt>. 31?-5W.

53. Бацкович С. Ядерная физика. 1978, 28, 999-1009.

54. Anisovicb V.V. ahd Shz,K\er V.M. QuarK rvtodel -for mult/particle and 'iwelu5iVe reach 00 s.

55. Klucl. Phys- lb, <973,y. $5, p. H55-h7d

56. Анисович В. Фрагментационные процессы в кварковой комбинаторике. ЯФ, 1978, т.28, с. 761-771.

57. Николаев Н.Н. Взаимодействие частиц высокой энергии с ядрами. Докторская диссертация. М., 1980, в надзак ЛИЯФ.

58. Сотрудничество ААЖТ. Множественная генерация заряженных частиц в неупругих взаимодействиях протонов при 200 Гэв/с. ЯФ, 1974, т.20, с. 94-100.

59. Bogtjild W. al Some. -features oj1 par+icie hul+lplicifus and momentum spQcfra in Ые. !<*£+{ с pp collisions.

60. MucL Phys.lMW, и. £7, p. M5.

61. Sivm £>,, Bred**/ S.I. .IbranKevM^r ft.1.rge transverse Howeи+um processes fW Utf, C, 447€,V№,p.1

62. Elh§ S.D. Prot. Ш Memai Ccn{.

63. OH WujA Energy Physic S . London,

64. Fuck H<, Mia K., NiV/a K. al. Analysiso| 303 keV/c. proton inteгаtaggedbv/ en-er^y gamma- -pays. Prot. XV1.+ern, Conf. on Cosmic Ray , Ш7 ,v\7,p. 73

65. Левин Е.Н., Рыскин М.Г. Процесс с большими поперечными импульсами и партонная модель* Физика высоких энергий. Материалы XI зимней школы ЛИЯФ. Л, 1976, с. 267-366.

66. Никитин Ю.П., Розенталь И.Л. Теория множественных процессов. М. Атомиздат, 1976.

67. Chan Hony-Mo, LosKeiivicZ I., Allison W.V.M. A redgcjiH-ed hiuWipei*tpb-eraI model -for fneJas+icpros esse sat ЦдЬ energy. Nuotf.Cim. A/3(,8t v.57;p. ЯЪ-Ш.

68. Amati D.,Fub\ht S.; Sfavigellini A.

69. Theory of high-energy ' and multiple pro^^ciion, Huor. Cim4{№,v.M, p.m-sw.

70. Mm Ho/6 L> A fhen6toe.t\ologic.al duscusziohof intlashc collisions af high energies. Nuov. Ct'm.,/^3, p. m-M.70* %рзин B.C., Саричева Л.И. Космические лучи и их взаимодействие. М., Атомиздат, 1968, 390 с.

71. Гришин В.Г« Импульсные и угловые характеристики дифракционных и недифракционных Ol~p -взаимодействий при импульсе 40 М/с. ЯФ, 1977, 25, 998 -1002.

72. The ibtftS'fiqa'hion oj* mechanist* vj secondary parhcle.jtitration i'h-ffee process o-j toulhpls thhodrvnnuclear IhieracHons aiih£ energies higher lhan •hhos^oj accelerator. Coshlie ray Сон-f., Bay^alor-,