Исследовавве dC взавмодеиствий при импульсе налетающих дейтронов 1.7 ГэВ/с на нуклон тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

Радиевый институт им. В.Г.Хпопина

РГ6 од

На правах рукописи

Рогачевсхий Олег Васильевич

УДК 539.17

Исследование ¿С вааимо действий при импульсе налетающих дейтронов 1.7 ГоВ/с на нуклон

01.04.16 — Фишка ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соисхание ученой степ» хаидидата фиоико-матеыатическпх лау^

Санкт-Петербург 1995 г.

Работа выполнена в Петербургском институте ядерной фиошга им. В.П.Константинова РАИ.

Научный руководитель:

кандидат

физико-математических наук старшин научный сотрудник

Официальные оппоненты:

доктор фиоико-математических

наук, профессор

кандидат

фгоико-математлческих наук старший научный сотрудник

Ермаков Константин Николаевич

Чернов Пшель Мордухович

Саранцев Виктор Владимирович

Ведущая оргапиоация: Санкт-Петербургский государственный технический университет.

Защита диссертации состоится _Л/¿/гЯ 1995 г.

Л Я о

в _час. на ояседании диссертационного совета Д 034.07.01

при Радиевом институте им. В.Г.Хлопнна. .

Автореферат разогнан

т> -У/ п /ЬлЯ

1995 г.

С диссертацией можно опнакомитьсл в библиотеке Радиевого института им. О.Г.Хлопииа.

У'{':г[ыи сс£р<гга()1. диссертационного совета

< / Поодняков А.В.

(/ и..

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Исследование ядерных взаимодействий вызывает интерес в свяоп с возможностью обнаружения и поучения различных коллективных явлений в ядерном веществе, обусловленных проявлением кварковой структуры ядра.

ТЪхие исследования активно ведутся в области релятивистской ядерной физики, и одним от подтверждений существования ненуклонных степеней свободы в ядре стало обнаружение рождения частиц оа пределами кинематихи нукяон-нукяонного взаимодействия — кумулятивного эффекта.

Информация о таких эффектах выявляется при изучении особенностей рождения вторичных частиц в ядерных взаимодействиях по сравнению с нуклон-нуклонными. Для понимания механизмов рождения необходимым является всесторонний анализ этих особенностей. Актуальным, поэтому, является дальнейший поиск отличий в рождении частиц в ядерных взаимодействиях, а также новых методов анализа экспериментальных данных для исследования таких процессов.

В инклюзивных экспериментах для етой цели предлагаются новые кинематические переменные, выделяющие различные стороны рождения кумулятивных частиц. Однако поскольку ядро-ядерные взаимодействия при релятивистских энергиях являются процессами множественного рождения, то существенная информация о них может быть получена при изучении этих процессов в эксклюзивных экспериментах оа счет изучения различных корреляционных (зависимостей, а также коллективных переменных для событий.

Основная цель работы состояла в исследовании ¿С жэнимодействип с рождением 7г_-мепонов при импульсе дейтронов 1.7 ГэН/с па ну »поп в оксклюоивном подходе и сравнении получении* данных с нначогич-

ними данными для нуион-нуклонных столкновении и предсказаниями имеющихся теоретических моделей.

Новизна и научная ценность работы. В рамках одной методики детально исследованы как одночастичные инклюзивные распределения вторичных частиц в dC-воаимодействиях при импульсе 1.7 ГоВ/с на нуклон с рождением 7Г~-меоонов, так и корреляционные оависимости между инклюзивными характеристиками частиц и коллективными переменными событий.'Последние изучены и для столкновений легких ядер с импульсом 4.2 ГэВ/с на нуклон, что позволило выявить оави-симость рассмотренных корреляций от начального импульса и массы ядра-снаряда.

Практическая ценность полученных результатов состоит в том, что они могут быть использованы для проверки различных моделей ядро-ядерных взаимодействий и при планировании новых охсперимен-тов по исследованию взаимодействий адронов и ядер с ядрами при промежуточных и высоких энергиях.

Апробация работы. Основные результаты диссертации представлялись на Совещаниях международного сотрудничества по исследованиям на двухметровой пропаловой пузырьковой камере JIBS ОИЯИ, семинарах лаборатории радиационной физики ПИЯФ и Международном симпооиуме "Мюонный катализ — 87".

Публикации. Основное содержание работы опубликовано в препринтах ПИЯФ РАН, сообщении ОИЯИ, журнале "Muod Catalized Fusion" и материалах международной конференции.

Объем диссертации. Диссертация состоит но введения, трех глав п заключения. Текст содержит 84 страницы, включая 8 таблиц и 35 рисунков. Список литературы содержит 61 наименование.

Автор оащищает:

1. Измерительную систему, созданную для поиска и измерения со-

4

бытии на стереоснишах, полученных с трековых камер.

2. Реоультаты методического алалиоа ¿-пропал! и ¿С- воаимодействий при импульсе дейтронов 1.7 ГоВ/с на нуклон.

3. Реоультаты сравнительного аиалиоа одночастичных инклюонв-ных спектров я"-меоонов и протонов в ¿С-воалмодействиях при импульсе дейтронов 1.7 Го В/с на нуклон.

4. Реоультаты корреляционных исследований в столкновениях легких ядер при импульсах налетающих ядер 1.7 и 4.2 ГоВ/с на нуклон.

Содержание диссертации

Во-введении отмечается актуальность исследований в области релятивистской ядерной физики и необходимость раовития методов анализа экспериментальных данных в исследованиях множественных процессов рождения частиц. Сформулирована основная цель работы и приведено краткое содержание диссертации.

В первой главе диссертации описываются методические вопросы получения и обработки экспериментальной информации.

Экспериментальный материал был получен с помощью двухметровой пропановой пузырьковой камеры ЛВЭ ОИЯИ, раомещенной в магнитном поле напряженностью Я ¡» 15 жГс. Камера окспонирочалась в пучках дейтронов на синхрофазотроне ЛВЭ ОИЯИ при импульсе 1.7 ГоВ/с на нуклон.

Иомерение, пространственное восстановление и получение кинематических параметров треков в событиях былп нро1^ц"пм н П1!НФ РАН.

Для виоуалыюго поиска событий на стереоснимках использовался проектор БПС-75. Измерение отобранных событий проводилось на. полуавтоматических измерительных микроскопах, соединенных блоками КАМАК с ЭВМ СМ-4 в измерительную систему. Процесс измерения событий обслуживался программой, выполняющейся на ЭВМ.

Для получения кинематических параметров треков данные намерений передавались по каналу межмашинной связи на ЭВМ PC/AT, где обрабатывались программой ГЕОФИТ. Восстановление и сборка событий по результатам выдачи программы ГЕОФИТ осуществлялись программой редактирования событий. Иоображение события, выводимое программой редактирования на окран дисплея, показано на рис. 1.

Event 1707632

Яасоп! S3 nultlRllcltu S KaaGumantK X

Рас. 1. Иоображение события, выводимое на охран программой редактирования событии

Для измеренных событий выполнена проверка качества измерения

G

треков и изотропности вылета вторичных частиц по аоимуталыюму углу. Средние (значения ошибок йычисленных параметров вторичъых частиц помещены в таблицу 1.

Таблица 1. Опгабхв параметров частиц.

х"-мезоны протоны

р < 0.6 ГоВ/с р > 0.6 ГзВ/с

<Ар/р> 0.13 ±0.05 0.05 ±0.06 0.15 ±0.07

< ДД > (град) 0.58 ±0.27 0.71 ±0.23 0.25 ±0.12

< Ыда > 0.026 ±0.023 0.046 ±0.033 0.009 ±0.010

В реоультате проведенных измерений получена выборка ио ~ 1800 событии ¿-пропан взаимодействий.

Во второй главе диссертационной работы описаны реоультаты вычисления инклюзивных сечений рождения и средней множественности тг""-мезонов в ¿-пропан и ¿(^-взаимодействиях, критерии выделения ¿р-воаимодействий, а также реоультаты анализа инклюзивных спектров вторичных частиц для ¿С-взаимодействий.

Оценка сечения рождения и средней множественности 7Г~-меоонов во взаимодействиях дейтронов с углеродом была сделана по результатам просмотра ~ 3000 кадров.

Значения этих величин для ¿-пропан взаимодействий, полученные по результатам просмотра, получились равными:

**с= (220 ± 20) мб < тг = 0.120 ± 0.004 .

С использованием известных значений для полных и НС-сочгчтй

были получены инклюзивное сечение рождения и средняя мпожсп нш

ность 7Г"-мезонов в ¿С. взаимодействиях:

7

а}с = (62 ± 6) мб. < п >Ц = 0.146 ± 0.015 .

Приведены критерии выделения ¿^-взаимодействий. В результате выделения втих вэаимбдействий го выборки ¿-пропан взаимодействий получено ~ 1590 событий с ¿С-вэаимодействиши.

Инклюзивные распределения тг""-меаонов( образующихся в ^-взаимодействиях, сравнивались со спектрами тг~-меоонов, рождающихся в реакции пр —> к~Х при импульсе нейтрона 1.73 ГеВ/с, и с расчетами ядро-ядерных взаимодействий по модели кварк-глюонных струн, использующейся для описания ядро-ядерных столкновений при промежуточных энергиях. Показано, что механизмы рождения тг~-мезонов в ¿С-и пр-взаимодействиях близки. Модель кварк-глюонных струн удовлетворительно воспроизводит импульсные распределения вторичных частиц, но завышает вероятность рождения частиц в области фрагментации мишени.

На рис. 2 показано распределение я "-мезонов по продольной бы-

т>

о ас

• пр

Рис, 2. Распределение 7г~-ме-оонов по быстроте.

строте Y — ynfíjJ- Гистограмма — расчеты по модели. Видно, что распределения для пр-и dC-воаямодействий отличаются незначительно, в то время ras максимум в модельном распределении сдвигается в область фрагментации мишени.

Распределение х""-мезонов в нухлон-нуклонной с. ц. м. по косинусу угла вылета, приведенное на рис. 3, также свидетельствует о совпадении механизмов рождения т'~-меооноз в dC- и пр-воаимодействиях. Области выпета 7Г"-мезонов в направлениях вперед и наоад моделью описываются неудовлетворительно.

0.20

Ряс. 3. Распределения *~-ке-ооиов в нухлон-нуклониои с. д. м. по косинусу угла вылета

0.5 ,1.0

cos l5

Средние оначения импульса и поперечного импульса 7г~-меоонов в ¿С-взаимодействиях больше, а среднее оначение угла их вылета меньше, чем в пр-воаимодействиях.

Рассмотрены инклюзивные распределения протонов-участников ¿С-воаимо действия. На рис. 4 покаоано распределение протонов по продольной быстроте. Видно, что экспериментальное распределение имеет

два максимума, что может быть свяоано с существованием двух источ-

0

Рис. 4. Распределение протонов по продольной быстроте У, Укаооны также быстрота ядра-ыишени (Ут) и идрагсна-

ряда (УР)

0.20

Рис. 5. Распределение протонов по косинусу угла вылета в иуглон-нуклонной системе Центра масс

и О О

г

"О 2

¡•0.10

0.05

о.оо

1

♦

♦ I ♦

-1_1—1_1_1_1—1—1._ 1—1. * г . 1 . . • .

-1.0

-0.5

-0.0

.0.5 „ 1.0 СО^Т/

до

ников протонов. В модельном распределении эта особенность почти не проявляется.

На рис. 5 приведено распределение протонов по косинусу угла вылета в нуклон-нуклоннон системе центра масс. Экспериментальные данные, особенно в области фрагментация ядра-снаряда, моделью кварк-глюон-ных струн не описываются.

В третьей главе представлены результаты анализа корреляционных зависимостей в событиях с рождением я"~-меэонов при взаимодействии с углеродом дейтронов с импульсом 1.7 ГэВ/с на нуклон и протонов, дейтронов, ядер *Не и С с импульсом 4.2 ГзВ/с на нуклон.

Рассмотрены (зависимости между средними значениями характеристик 7г~-меоонов и их порядком кумулятивности и изучена зависимость этих корреляций от массы и энергии налетающего ядра-снаряда.

Зависимость среднего импульса 7Г~-меоонов < р > от их порядка ку-мулятивности щ для дейтронов различной энергии показана на рис. б. Видно, что обе зависимости имеют одинаковые характерные особенности: падение до некоторого минимума, затем рост и намечающийся

» ♦

I

I

♦} *

1.1

о

«" 1.0 о 0.9 3 0.8 0.7 О.в 0.5 04 0.3 0.2

°'Ь.О 0.2 0.4 О.в 0.8

О 4.2 ПэВ/о о 1.7 ТэВ/с

-а_

1.0 1.2 11

1.« 71*

Рве. 6. Оависимость средних значений < р > от Пк для 7г""-меоонов, образующихся в ¿С-воаимоденствиях при различных импульсах налетающих дейтронов;

пк =

Е-

£11.

тпн — масса нуклона

выход на плато при больших п*.

Рис. 7. (Зависимость между < и* > и »г Pfl* *""-меоонов при рвошгшых нмлульсах налетающих дейтронов

1.1 р ""iï 1.0

Й по -__0.8

0.8

0.7

0.6

ОЛ

ОЛ

0J

0.2

0.1

а

О 4.2 ГэВ/с □ 1.7 ГэВ/с

.......ТТ^ДВт.. .......

1.0

2.0

хг

Приведенная на рис. 7 зависимость между порядком кумудятизко-сти и фейнмановской переменной говорит о том, что положение этих особенностей связало с областью рождения Частицы. Для дейтронов с импульсом 1.7 ГеВ/с области фрагментации мишени (-1 < xF < 0) и снаряда (0 < xF < 1) разделяются при значениях n* а 0.1 - 0.2, что соответствует началу минимума на рис б, а кинематически запрещенная для нуклон-нуклойных воаимодействий область начинается с щ и 0.4—0,5, при котором начинается выход на. плато. Для дейтронов с импульсом 4.2 ГвВ/с разделение этих областей происходит соответственно при щ и 0.1 - 0.2 и и 0.7 - 0.8.

Исследовано поведение некоторых коллективных переменных для событий в зависимости от порядка кумулятивности частиц в них. На рис. 8 показаны распределения средней множественности оаряжен-ных частиц < Псд > от порядка кумулятивности тг~-меоонов в событии. В области рождения частиц оа пределами кинематики нукпон-

нуклонного соударения, то есть для значении порядка кумулятивности

12

Ф

о

Ф

-1.0

^25 3 23

Я

20

13 13 10 в

3

3

о 0.

° 1 ^ 4.2 1ЪВ/с « сс;

о ас 1.7 ГоВ/с

- »И}

¡¡, п ш шШщ и Ш ф ф

Рис. 8. Зависимость от порядка хумулятивкоста тг--ыеоо-иов средней множественности оараженных частиц

0.2 ОЛ 0.6 0.8 1.0

1.2 1.4

пк

Щ > 0.8 для начального импульса 4.2 ГэВ/с на нуклон наблюдается некоторое увеличение множественности событий для всех рассматриваемых типов взаимодействий.

Для поучения отличий в характеристиках я~-мезонов, рождающихся в ¿С-Боаимодействиях, по сравнению с нуклон-нуклонными рассматривалась корреляционная зависимость между поперечным и продольным импульсами 7Г"-мезонов.

С ростом энергии налетающих дейтронов наблюдается уменьшение поперечных импульсов яг "-мезонов в центральной области быстрот (У ~ 1) по сравнению с нуклон-нуклонными взаимодействиями, как ого демонстрируется на рис. 9 для дейтронов с импульсом 4.2 ГоВ/с на нуклон. При импульсе дейтронов 1.7 ГеВ/с такого уменьшения нет. Во фрагментационных областях зависимости для ¿С-и невзаимодействий совпадают для обоих значений импульсов.

Обнаружено реское изменение в поведении корреляционной зависимости между фейнмановсюй переменной и взвешенным значением

поперечного импульса вторичных частиц при изменении онергпи на-

13

0.2

0.1

0.0

■ 1 ■ 1 д ар — л~Х о ас — тт"Х з.ез Гэв/с 4.2 ГоВ/о

-1 : 1 I * . I Л „1~_ 1 1. ,1.— 1.1.

О -1.0

0.0

1.0

3.0

3.0

Рис. 9. Распределения < рг > для 1г~-меоолов хах фунхцди У в лабораторной системе в ре-агцадх с импульсом налетающих частиц 4.2 ГвВ/с

У

4.0

2

0.8

Рис. 10. Распределения < Рт >м Для «Г-ыеоонов к ах функция Ху в нуююн-нуклон-ной системе центра масс при р наличных импульсах налетающих дейтронов

летающей частицы. На рис. 10 показана зависимость взвешенного среднего значения поперечного импульса -¡г "-мезонов < рт >Е от фейн-маноБскон переменной Хр для импульса налетающих дейтронов 1.7 и 4.2 ГоВ/с на нуклон. Наблюдаемое изменение корреляционной (зависимости связано, видимо, с зависимостью рассматриваемой корреляции от начальной энергии в нуклон-нуклонном взаимодействии.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы:

1. Для измерения стереофотоснпмков с трековых детекторов с фильмовым съемом информации в ЛРФ ПИЯФ создана полуавтоматические система измерения..Создано и используется программное обеспечение, значительно ускорившее процесс обработки событий с таких детекторов.

2. Получены (значения сечения рождения и средней множественности 7г~-меоопоа в ¿С-воаимодействиях.

3. Получены полные кинематические характеристики ~ 1500 ¿С-та-пмодействпн при импульсе дейтронов 1.7 ГэВ/с на нуклон с рождением 7г~-меоонов.

4. Проведен сравнительный анализ-инклюзивных спектров 7г~-мезо-нов, образующихся в ¿С-воаимодействиях при импульсе дейтронов 1.7 ГзВ/с на нуклон и в 2 еакцин пр -»-л~Х для такого же импульса налетающего нейтрона. Рассмотрены спектры протонов-участников йС- взаимодействий и отмечены присущие им особенности. Распределения вторичных частиц сравнивались также со спектрами, рассчитанными по модели кварх-гпюонных струн. Расчеты по модели кварк-глюонных струн неплохо воспроизводят импульсные распределения частиц, но не описывают угловые

15

«зависимости для них во фрагментационных областях.

5. В результате корреляционных исследований рС\clC-, а С-и СС-воаимодействий при импульсе 4.2 ГоВ/с на нуклон и ¿С-воаимо-действий при импульсе 1.7 ГоВ/с на нуклон:

• Впервые получены оависнмостн средних оначений характеристик тг~-мезонов, образующихся в ¿С-взаимодействиях при импульсе 1.7 ГоВ/с на нуклон, от их порядка кумулятивности. Сравнение с аналогичными зависимостями для этого же взаимодействия при импульсе 4.2 ГоВ/с на нуклон показывает, что характер зависимости средних характеристик т~-мезо-1юв от этой переменной не меняется при изменении импульса налетающего дейтрона.

• Впервые рассмотрены зависимости между фейнмановской переменной и порядком кумулятивности рождающихся 7г"-мезонов. Выявлено, что особенности, наблюдаемые в распределениях средних характеристик тг~-мезонов от порядка кумулятивности, коррелируют с изменениями области их рождения.

• Для рассматриваемых типов взаимодействия изучены зависимости средних оначений коллективных переменных событии: множественности заряженных частиц и числа взаимодействующих нуклонов от порядка кумулятивности 7Г~-мезо-нов в событиях. Наблюдается увеличение оначений этих коллективных переменных для событий с 7г~-меионами, вылетающими в кинематически запрещенную область для ^//-взаимодействий.

• Для 7г~-меооноя, рождающихся в ('С-взаимодействиях, впервые рассмотрены коррел.яшюшше "зчисимости между нх по-

16

перечным и продольным импульсами и ах оависимость от энергии ядра-снаряда. Обнаружено репхое изменение в поведении зависимости взвешенного среднего поперечного импульса от фейнмановскоп переменной дня разных импульсов налетающих дейтронов. Оно может быть связано с возможной зависимостью вида этой корреляции от энергии налетающих частиц в нуклон-нуклонных столкновениях.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

[1] Бекмироаев Р.Н., ..., Рогачевский О.В. и др.

Исследование характеристик 1Г~-меоонов во воаимодействиях ядер дейтерия с импульсом 1.7 ГоВ/с на нуклон с ядрами водорода и углерода.

Теоисы докладов Международного симпозиума "Мюонныц яагалда — 87" Гатчина, 1987

[2] Bekmirzaev R.N.,. ■Rogachevsky O.V. et al.

Study of я---meson characteristics in the interactions of 1.7 GeV/c deuterium with hydrogen and carbon nuclei. Muon Catalized Fusion, 3(1988), 537-544.

[3] Асфендиаров Д.А.,..., Рогачевский О.В. и др. Полуавтоматическая система измерения стереоснимков с трековых детекторов.

Препринт ПИЯФ-1896, Гатчина, 1993.

[4] Ермаков К.П., Рогачевский О.В., Соловьев М.И. и др. Изучение особенностей в характеристиках частиц и событий в

17

ядро-ядерных взаимодействиях Сообщение ОИЯИ Р1-94-240, Дубна, 1994.

[5] Ермаков К.Н., Рогачевский О.В., Стабников М.В.

Корреляции между продольным и поперечным импульсами 7г--меоонов, обраоующихся в ¿Овзаимодействиях при импульсах 1.7 и 4.2 ГоВ/с на нуклон Препринт ПИЯФ-2012, Гатчина, 1994.

[6| Ермаков К.Н., Рогачевский О.В., Стабников М.В.

Инклюзивные распределения вторичных частиц в ¿С-взаимодействиях при импульсе 1.7 ГоВ/с на нуклон. Препринт ПИЯФ-2036, Гатчина, 1995.

Отпечатано на ротапринте ПШФ

Зак. 289, тир; 100, уч.-изд.л.1;22/У-1995г. Бесшттно