Исследование ηπ °-и ηπ-систем, образующихся в реакциях центрального рождения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

Актуальность проблемы

Наше современное понимание структуры материи отражено в Стандартной Модели. Согласно этой модели адронная материя состоит из кварков (д) и глюонов (д). Взаимодействия кварков и глюонов описывается квантовой теорией поля, которая называется Квантовая Хромодинамика (КХД). Двумя основными группами адронов являются мезоны (дд) и ба-рионы (ддд). В соответствии со своими квантовыми числами, среди которых изоспин /, спин J, пространственная Р и зарядовая С четность, они классифицируются по мультиплетам, описываемым теорией групп. КХД математически представляет неабелеву теорию, физически это означает возможность взаимодействия глюонов, квантов поля, друг с другом и образование новых форм адронов: глюболов (2д, 3КХД также предсказывает существование гибридов (ддд), четырехкварковых состояний дддд и молекул, состоящих из двух адронов, например, КК. Все эти объекты называются экзотическими. Задачей адронной спетроско-пии является обнаружение адронных состояний, как экзотических, так и обычных, определения их квантовых чисел, внутренней структуры, механизма образования в целях их последующей классификации.

Поиск экзотических адронных состояний сопряжен с определенными трудностями. Достаточно сказать, что в то время как основные мезонные и барионные мультиплеты практически уже заполнены, нет ни одного состояния, принадлежность которого к экзотике была бы строго экспериментально доказана. Лишь в последние годы интенсивных исследований в этой области появились кандидаты в глюболы, гибриды и четырехквар-ковые состояния, о которых мы можем говорить со все большей долей что неверно для мезонов. Типичным примером может служить пара векторных мезонов ш(783) и 0(1030). 0(1030) охотно распадается на К К (84%) и плохо на 7г7г7г(15%), напротив, <¿/(783) преимущественно распадается на 7г7г7т(90%). Это объясняется кварковой структурой. 0(1030) - практически чистое 55 состояние, в то время как о;(783) состоит из и и & кварков: ий + ¿(1.

5. Экзотические частицы, содержащие валентные глюоны, т.е. гибриды и глюболы, должны иметь матричные элементы распада по каналу, содержащему 77', большие, чем по каналу, содержащему 7/, из-за более сильной связи т/ с глюоном [17]. То же самое можно сказать и о распадах по каналам, содержащим г\ и 7г: распад в первый из них для гибрида или глюбола более предпочтителен. Измеряя относительные вероятности распадов частиц по каналам, например, 7г7г, 7777, 777/, г/'т]1, мы можем судить о том, насколько сильна в них глюонная компонента.

Существует ряд процессов, в которых рождение экзотических состояний, содержащих валентные глюоны, более вероятно, чем в остальных. Диаграммы этих процессов изображены на рисунке 1.1. Перечислим их.

1. Распады <//-0, 1.1 (а,с), имеют ограниченное число каналов и, как следствие, низкий уровень фоновых процессов.

2. Центральное рождение в протон-протонных столкновениях происходит путем обмена двумя виртуальными частицами. Интенсивность померон-померонного обмена растет по отношению к реджеон-померонному и реджеон-реджеонному с ростом энергии. Природа померона неизвестна, но предполагается, что эта траектория Редже образуется двумя или более глюонами, вследствии чего в двухпомеронном обмене ожидается рождение насыщеных глюонами состояний 1.1 (Ь).

3. Протон-антипротонная 1.1 (<1) аннигиляция также может быть источником г любо лов.

4. Некоторые адронные реакции, идущие с нарушением правил Окубо-Цвейга-Иизуки [1]. На рисунке 1.1 (е) изображена одна из таких ре

WA76 и WA91 при импульсах протонов пучка 85 и 300 ГэВ/с (л/s = 12.7 и 23.8 ГэВ). Существуют теоретические предсказания [2] для интенсив-ностей различных типов обмена в зависимости от энергии центра масс реакции 1.1: a(RR) ~ s-1, a(RP) ~ s-°-5, (1.2) ст(РР) ~ constant, где RR, RP и РР обозначают соответственно реджеон-реджеонный, реджеон-померонный и помер он-помер онный обмены. Следовательно, с увеличением энергии центра масс все более возрастает вклад двойного померонного обмена в сечение реакции 1.1 и увеличивается вероятность рождения насыщенных глюонами состояний. Результаты, полученные экспериментами WA76, WA91 и WA102 при разных энергиях подтверждают теоретические предсказания 1.2 [3]. Например, сечение образования р°(770), который имеет изоспин 1 и не может быть образован в двухпомеронном обмене, уменьшается с ростом s. В то же время сечение т]1 (958) не зависит от s, что можно объяснить образованием этого мезона в двухпомеронном обмене.

За последние несколько лет коллаборацией WA102 был проведен широкий спектр исследований в адронной спектроскопии [4], получено много новых результатов, в частности, предприняты попытки найти новые кинематические переменные, с помощью которых можно было бы отделять состояния с сильной глюонной компонентой от обычных мезонов. Было обнаружено два интересных эффекта, на которых хочется остановиться подробнее.

Глюбольный фильтр. В работе [5] было предложено анализировать данные при различных значениях кинематической переменной <£Рт, которая представляет собой разность между поперечными компонентами импульсов обменных частиц. Коллаборацией были получены отношения R сечений образования различных резонансов при малых (<0.2 ГэВ) и больших (> 0.5 ГэВ) значениях этой переменной [4]. Было обнаружено, что все исследованные резонансы по величине переменной R можно разделить на 3 группы. На рисунке 1.2 построены значения отношения R для разных резонансов. Интерес представляет тот факт, что все резонансы, qq природа которых не вызывает сомнения и которые могут быть

0.4

1Л а;

О) ^ 0.2

СП и

О 0

О

ГО

0.4 с о 0.2 и о и 0

0.4

0.2 0

0.4

0.2 0 а,(1260) п2( 1 670) и

I

1285)

1420)

1645)

1,(1870)

0 100 О 100 о

9о Оедгееэ

100

Г+

2~+

Рис. 1.3: Азимутальный угол ф между протонами конечного состояния для резонансов с Зрс = 0-+, 1 , 1++ и 2-+. и Г.Шулер в работе [8] рассчитали ф иг1 зависимости для резонансов с различными квантовыми числами для случая, когда обменная частица - померон, взаимодействующий как несохраняющийся векторный ток. В работе [9] эта модель была проверена для некоторых резонансов с Зрс = 0-+, 1++, 2~+,0++, 2++. Было получено хорошее описание экспериментальных данных. л

Цель диссертационной работы

Работа, представленная в диссертации, была сделана в рамках общих исследований эксперимента У/А102, задачей которых было изучение всех кинематически доступных резонансов, рождающихся в реакциях центральных рр столкновений при энергии протона пучка 450 ГэВ, поиск экзотических состояний, изучение свойств обнаруженных частиц, в част

Ч - квадрат разности 4-х импульсов протонов в конечном и начальном состоянии. для изучения других реакций. Создан комплекс программ парциально-волнового анализа систем двух псевдоскалярных мезонов, рождающихся в реакциях центральных рр столкновений, в котором реализованы все основные алгоритмы, начиная с аппроксимации многомерной эффективности и кончая нахождением всех нетривиальных решений ПВА.

Структура диссертации и защищаемые положения

Диссертация состоит из введения, 7 глав и заключения, включает 66 рисунков и 11 таблиц. В первой главе дан исторический обзор исследований системы 7]тг. Особый акцент делается на последних работах, посвященных поискам экзотического 1~+ состояния. Рассказывается о современном понимании природы а0(980) резонанса, а также об открытии новых частиц в системе г}тг: изовекторного скаляра ао(1450) и тензора £¿2(1650).