Исследование многочастичных эксклюзивных реакций в К+р- и П+р-взаимодействиях при 32 ГэВ/с тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ВВЩВНИЕ

ГЛАВА I. ОБЩЕ СВВДЕНШ О К+р- И 5i+p -ЭКСПЕРИМЕНТАХ

ПРИ 32 ГэВ/с НА КАМЕРЕ 'ЧЖРАЕЕЛЬ" . II

§ I.I. Получение и методика обработки экспериментальных данных в К+р-экоперименте . II

§ 1.2. Особенности обработки экспериментальных данных в 5Г+р -эксперименте

§ 1.3. Методика определения сечения резонансов

ГЛАВА П. ОБЩЕ ХАРА1СГЕРИСТИШ4 МНОГОЧАСТИЧШХ

ЭКСГЛШИЕНЫХ РЕАКЦИИ В К^ВЗЖЮДЕМСТВИЯХ

ПРИ 32 ГэВ/с

§ 2.1. Полные сечения

§ 2.2. Механизмы образования вторичных частиц в реакции К+р-» 25J"

2.2.1. Образование резонансов

2.2.2. Одночастичные спектры

2.2.3. Образование пучково- и мшпене-подобных кластеров

§ 2.3. Образование частиц и резонансов в реакции К+р-*К> К+К~ЗГЗГ~.

2.3.1. Спектры вторичных частиц

2.3.2. Образование резонансов

§ 2.4. Общие характеристики реакций и К+р-рК+р

2.4.1. Распределения по продольным и поперечным импульсам. 2.4.2. Образование резонансов

ГЛАВА Ш. АНАЛИЗ ЭКСМ103ИВ1Ж РЕАКЦИИ В

S4p -ВЗАИМОДЕШТВИЯХ ПРИ 32 ГэВ/с

§ 3.1. Упругое рассеяние

§ 3.2. Полные сечения многочастичных эксклюзивных реакций.

§ 3.3. Рождение резонансов в 4- и 6-частичных реакциях

§ 3.4. Процессы дифракционной диссоциации

§ 3.5. Квазидвухчастичные каналы.

§ 3.6. Спектры вторичных частиц в реакции tJr+p-^pUPfr- .Ю

В настоящее время одним из основных источников экспериментальной информации об адрон-адронных и адрон-ядериых взаимодействиях при высоких энергиях являются инклюзивные реакции-процессы, в которых из всего многообразия родившихся в результате столкновения продуктов реакции регистрируется одна или несколько частиц выдач:енного типа. Это обусловлено сложностью детектирования и измерения кинематических параметров большого числа частиц, образующихся в единичном акте соударения адронов высоких энергий. Такой подход даже в случае "мягких" столкновений адронов позволяет получить информацию о кварковой структуре взаимодействующих частиц и механизмах реакций. Вместе с тем, окончательное заключение о правильности той или иной модели сильных взаимодействий может быть вынесено только после детального сравнения модели с полным набором характеристик конечного состояния в широком спектре эксклюзивных реакций, когда регистрируются все вторичные частицы. К настоящему времени накоплен значительный объем экспериментальной информации по выделенным каналам реакции, главным образом с небольшим числом частиц в конечном состоянии. Существенная роль при этом отводится методике пузырьковых камер, неоспоримым преимуществом которой является 4ST'-геометрия эксперимента и высокая точность измерения кинематических параметров. Выделение каналов реакции с увеличением энергии взаимодействующих частиц становится всё более сложной задачей, поскольку при высоких энергиях основная доля полного сечения приходится на многочастичные процессы. Экспериментальные данные по выделенным каналам реакции с большой множественностью при высоких энергиях до сих пор остаются весьма фрагментарными, будучи полученными лишь в крайне ограниченном числе экспериментов.

Поэтому актуальной задачей в шизике высоких энергии является детальное изучение широкого спектра многочастичных эксклюзивных реакций, инициированных различными первичными частицами, в максимально доступном интервале энергий.

Целью диссертационной работы является экспериментальное исследование ряда эксклюзивных реакции в К+р- и 5Г+р -взаимодействиях при 32 ГэВ/с и интерпретация полученных данных с точки зрения некоторых современных моделей. Эксперименты выполнены на 4,7 м водородной пузырьковой камере "Мирабель", облученной в сепарированных пучках 1С"1"- и -мезонов ускорителя ИФВЭ.

В диссертации представлены экспериментальные данные по 6-, 8-и 10-частичным эксклюзивным реакциям в К+р-взаиглрдействиях /-'■""З/. к*р - к+р CD

К+Р K+pK+K-Ji+JT- (2)

К+Р k+pppvr+jr- (3)

Х+р -5> К+рЗт+Зш- (4)

К+р -*> (5) и по 2-, 4-, 6-, 8- и 10-частичным эксклюзивным реакциям в взаимодействиях /4-5/.

6) vr+p (7)

ЗГ+р К* К- (8) рр (9)

0?+р (Ю)

К + К~5ГА5Т- (II) 5Г4р р р

Uf+p-r p (13)

Зг* p -5> Цзг P (14)

Научная новизна исследования состоит в том, что реакции (4) и (5) впервые изучаются в настоящей работе, а для реакций (2) и (3) сечения измерены только в одном эксперименте при 16 ГэВ/с /6//. Реакции (1)-(5), (8)-(9) и (II)-(I4) исследуются при максимальной на сегодня энергии. В области более высоких энергий имеются данные для реакции (7) и оценка сечения реакции (10) при 147 ГэВ/с полученные после опубликования наших результатов.

Практическая ценность работы. Полученные в диссертации данные позволили глубже понять механизмы рождения частиц и резо-нансов в каон-протонных и пион-протонных соударениях, стимулировали дальнейшее развитие одной из современных модификаций рекурсивных кварк-каскадных моделей - Лундской кварк-фрагментационной модели. Результаты диссертации могут быть использованы при планировании других экспериментов и для интерпретации полученных в них данных.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав и заключения.

Основные результаты исследований, составивших содержание диссертации, могут быть сформулированы следующим образом:

I. Измерены сечения многочастичных каналов реакции в К^р-взШ'Шодействиях:

5 (К> -> ^piSriSf-) = 163*5 мкб (I)

6ЧК+р-*> К4р К4К"3№) = 38*2 мкб (2)

5(К4р-*»К+р ррдi+Si-) = 16*2 мкб (3) 58^ шсб (4)

Цдг+НЗГ) = 20+| шсб (5)

-в з аимо дей с твиях:

1010*60 мкб (7) к4 к-; = 80*15 шсб (8) 17*7 шсб (9) 186*25 жб (Ю) 102*17 жб (II) 24*9 жб (12) 37^13 жб (13) 26*12 жб (14)

ГэВ/с. Реакции (4) и (5) исследованы впервые.

Реакции (1)-(5), (8), (9) и (10)—(14) изучены при максимальной энергии. При более высоких энергиях тлеются только данные для реакции (7) и оценка сечения реакции (10) при 147 ГэВ/с, полученные после опубликования результатов настоящей работы.

2. Исследована энергетическая зависимость сечений реакций (1)-(3) и (7)-(9). Сечение реакции (I) достигает максимума при v/5 ^ 5 ГэВ и уменьшается с ростом энергии. Сечения реакций (2) и (3) в пределах ошибок не изменяются в интервале первичных mi-пульсов от 16 до 32 ГэВ/с. Сечение реакции (7) в интервале первичных импульсов 6-32 ГэВ/с убывает по степенному закону Модель реджезованного однопионного обмена в целом неплохо воспроизводит энергетическую зависимость сечения реакции (7). Сечения реакции (8) и (9) в пределах ошибок не зависят от энергии во всем доступном диапазоне первичных импульсов.

3. Исследована реакция упругого Ui+f* -рассеяния при 32 ГэВ/с. Измерены полное сечение упругого рассеяния (^ el = 3,37*0,13 мб) и дифференциальное сечение cHF/dt. Показано, что эффективная траектория нелинейна, а её пересечение d(O) больше единицы.

4. Исследован вклад процессов с образованием резонансов К*°(896), К*°(896), Д++С123f ° и 0 в реакциях (I), (2), (4), (5), (7) и (10). Показано, что относительный выход р° -мезонов в реакциях (I), (4) и (5) увеличивается с ростом множественности частиц в конечном состоянии, тогда как относительный выход К350(896) и Д++(1232), возможно, даже уменьшается. Сечения квазидвухчастичных каналов и ЗГ^-^-Рд+^/яэа; реакции (7) продолжают убывать с ростом энергии пропорционально зависимости б^рСлаб)""^'^ в соответствии с предсказаниями модели однопионного обмена.

5. Исследован вклад процессов дифракционной диссоциации в реакциях (I), (4), (5), (7) и (8). Показано, что суммарное сечение процессов одновершинной дифракции в реакции (I) уже при 32 ГэВ/с составляет значительную долю («-36$) от полного сечения этой реакцш-i. Вклад дифракционных процессов в сечения 8- и 10-частичных реакций (4) и (5) отсутствует. В реакции (7) сечения дифракционного возбуждения -мезона и протона составляют соответственно 484*40 и 307*32 жб, то есть 80% от полного сечения реакции (7). Р

В реакции (8) доминирует диссоциация Si4-*^4 К+ К" с сечением 43*12 мкб, а полный вклад процессов дифракционной диссоциации в реакцию (8) составляет 40%. Сравнение реакций (7) и (8) с соответствующими Ktp-реакциями при 32 ГэВ/с показало, что процессы дифракционного возбуждения протона в системы р^З!" и рКЧК~ совместимы с гипотезой о факторизации.

6. Изучены характеристики распределении вторичных частиц в реакциях (I), (2), (4), (5) и (7) по продольным и поперечным импульсам. Показано, что доля первичного импульса, уносимого лидирующими частицами в реакции (I), возрастает с увеличением энергии, в то время как их <рт> медленно убывает. Эффект лидирования К+-мезона, сильно проявляющийся в реакциях с небольшой множественностью, уменьшается с ростом множественности и практически полностью отсутствует в 10-частичной реакции (5). Рекурсивная кварк-каскадная модель 1унд-Монте-Карло правильно описывает характер распределений квантовых чисел по фазовому объему в реакциях (I), (4) и (5) и в целом воспроизводит зависимость этих распределений от множественности, однако распределение по энергии лидирующего кварка, заложенное в модели, требует модификации. Многие особенности одночастичных спектров вторичных частиц в изученных эксклюзивных реакциях свидетельствуют о кварковой структуре адронов.

В заключение считаю своим приятным долгом выразить искреннюю признательность и глубокую благодарность члену-корреспонденту АН ГССР Нодару Сардионовичу Амаглобели и доктору физико-математических наук профессору Павлу Валентиновичу Шляпникову за эффективную поддержку и интерес к работам, на которых основана настоящая диссертация.

Я выражаю глубокую благодарность кандидату физико-математических наук Леониду Николаевичу Гердюкову за поддержку моего интереса к затронутым в диссертации вопросам, их плодотворные обсуждения, а также неоценимую помощь при написании диссертации.

Я благодарен моим соавторам И.В.Ажиненко, Ю.А.Белокопытову, Л.А.Боровикову, В.В.Брызгалову, А.П.Воробьеву, П.А.Горбунову, С.А.Гуменюку, В.В.Князеву, А.И.Курносенко, Т.Г.Махарадзе, Л.П.Петровых, В.М.Роньжииу, В.Н.Рядовикову, АЛЛ.Рыбину, В.А.Уварову, В.П.Фалалееву, Г.Н.Хромовой, О.Г.Чикилеву за их плодотворный вклад в работы, вошедшие в диссертацию.

Я благодарен дирекции ИФВЭ за предоставленную мне возможность участия в эксперименте на камере "Мирабель" и выполнения настоящей диссертации.

Я признатален сотрудникам лабораторий Франции и Бельгии, совместно с которыми был выполнен К+р-эксперимент.

Я глубоко благодарен Ш.С.Шошиашвшш, В.Г.Картвелишвшш, Г.Ш.Джапаридзе за плодотворные обсуждения вопросов, затронутых в диссертации.

Я также признателен сотрудникам ОЗИПК, ФТО, ОЭА, ОКУ и 0П за их вклад в проведение К+р- и ЗГ+р-экспериментов и обработку полученной информации.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации представлены результаты экспериментального исследования выделенных каналов реакции в К+р- и зг+р-взаимодействиях при 32 ГэВ/с. Эксперимент выполнен на 4,7 м водородной пузырьковой камере "Мирабель" в пучках К+- и 37+-мезонов ускорителя ИФВЭ в Серпухове.

1. И.В.Ажиненко, Ю.А.Белокопытов, А.П.Воробьев, С.А.Еуменюк,

2. A.И.Курносенко, В.Н.Рядовиков, О.Г.Чикилев, В.Ф.Чунихин, П.В.Шляпюпсов, М.Ван Иммероель, М.Гиссен, Ж.Ж.Дюмон, Я.Ф., т. 34, 1051, 1981.

3. И.В.Ажиненко, Ю.А.Белокопытов, А.А.Боровиков, А.П.Воробьев,

4. B.В.Князев, А.И.Курносенко, В.Н.Рядовиков, В.Ф.Чунихин, В.А.Уваров, П.В.Шляпников, М.Ван Иммероель, М.Гиссен, Ж.Ж.Дюмон, Я.Ф., т. 35, 938, 1982.

5. И.В.Ажиненко, Ю.А.Белокопытов, В.В.Брызгалов, А.П.Воробьев, Л.Н.Гердюков, В.В.Князев, А.И.Курносенко, Т.Г.Махарадзе,

6. В.Н.Перевозчиков, Л.П.Петровых, A.M.Рыбин, В.Н.Рядовиков, Г.И.Сорокин, В.А.Уваров, О.Г.Чикилев, В.Ф.Чунихин, П.В.Шляпников, М.Ван Иммероель, Ж.Ж.Дюмон, Я.Ф., т. 37, 1484, 1983.

7. И.В.Ажиненко, Ю.А.Белокопытов, В.В.Брызгалов, А.П.Воробьев, Л.Н.Гердюков, В.В.Князев, А.И.Курносенко, Л.П.Петровых, В.М.Роньжин, А.М.Рыбин, В.Н.Рядовиков, В.А.Уваров, О.Г.Чикилев, В.Ф.Чунихин, П.В.Шляпников, Я.Ф., т. 31,648,1980.

8. И.В.Ажиненко, Ю.А.Белокопытов, А.А.Боровиков, А.П.Воробьев, Л.Н.Гердюков, В.В.Князев, А.И.Курносенко, В.М.Перевозчиков, А.М.Рыбин, В.Н.Рядовиков, В.А.Уваров, В.П.Фалалеев, Г.Н.Хромова, О.Г.Чикилев, В.Ф.Чунихин, П.В.Шляпников. Я.Ф., т. 34, 1482, 1981.

9. C.Dujardin, P.Y/indmolders, "Cross Sections for 4C chanals in K+p Interactions", Ivlons University Preprint ШРЕ 150 (1976).

10. D.H.Brick et al., Z.Physik, C19, 1 (1983).

11. Ф.Бернард и др., Препринт ИФВЭ 73-9, Серпухов (1973).

12. Н.А.Глаголев. "Формирование пучков заряженных частиц для жидководороднои камеры "Мирабель"", кандидатская диссертация Серпухов (1975).

13. В.Н.Говорун и др., Сб. "Материалы семинара по обработке физической информации". Ереван (1976), стр. 345.

14. В.Н.Говорун и др., Международный симпозиум по автоматизации обработки данных с пузырьковых и искровых камер, 0ИЯИ-Ю-61-42,Дубна (1971) стр. 273.

15. А.З.Барабашев и др., Сб. "Материалы семинара по обработке физической информации", Ереван (1976) стр. 135.

16. А.А.Боровиков и др., Препринт ИФВЭ 78-21, Серпухов (1978).

17. А.И.Громов и др., "Математическое обеспечение комплекса проекторов ИФВЭ", труды РИМ, J£ 17, Москва (1974).

18. Б.Я.Герасимов и др., Сб. "Материалы семинара по обработке физической информации", Ереван (1976) стр. 224.

19. В.В.Брызгалов и др., Препринт ИФВЭ 77-24, Серпухов (1977).

20. В.П.Воеводин и др., Сб. "Материалы семинара по обработке физической информации", Ереван (1976) стр. 245.

21. В.М.Волчков и др., Препринт ИФВЭ 77-31, Серпухов (1977).

22. С.А.Гуменюк, "Методика использования HPD ИФВЭ для обработки данных в экспериментах на камере "Мирабель"", кандидатская диссертация, Серпухов (1979).

23. А.А.Боровиков и др., Препринт ИФВЭ 77-15 и 77-144, Серпухов (1977).

24. Ю.А.Белокопытов, "Организация системы обработки данныхи проблемы геометрической реконструкции событий в экспериментах на камере "Мирабель"", кандидатская диссертация, Серпухов (1979).

25. В.М.Перевозчиков, "Исследование отдельных эксклюзивных и инклюзивных реакций в К+р-эксперименте при 32 ГэВ/с на пузырьковой камере "Мирабель"", кандидатская диссертация, Серпухов (1981).

26. П.А.Горбунов, "Исследование инклюзивных реакций с медленными протонами в К+р-эксперименте при 32 ГэВ/с на камере "Мирабель"", кандидатская диссертация, Москва (1980).

27. J.Altaber et al., СЕЮТ Yellow preprint 70-21 (1970).

28. Ю.А.Куркин и др., Сб. "Материалы семинара по обработке физической информации", Ереван (1976), стр. 339.

29. Ю.А.Белокопытов и др., Препринты ИФВЭ 79-176 и 79-177, Серпухов (1979).

30. С.Lev/in et al., Z.Physik, СЗ, 275 (1980).

31. I.V.Ajinenko et al., Z.Physik, C4, 181 (1980).

32. А.М.Рыбш, "Исследование 5г*р-взаимодействий при 32 ГэВ/с в эксперименте на водородной пузырьковой камере "Мирабель", кандидатская диссертация, Серпухов (1980).

33. В.В.Брызгалов и др., Препринт ИФВЭ 73-91, Серпухов (1973).

34. А.А.Боровиков и др., Препринт ИФВЭ 73-66, Серпухов (1973).

35. S.P.Denisov et al., Phys.Lett., ЗбВ, 415 (1971).

36. J.D.Jackson, Nuovo Cimento, 34, 1644 (1964).

37. S.A.De Wolf et al., Phys.Rev., D19, 1336 (1979).

38. A,Givernaud et al., Uucl. Phys,, B160, 445 (1979).

39. Ll.A.Jabiol et al., Nucl. Phys. , B183, 330 (1981).

40. A.Givernaud et al. , ITucl. Phys., B153, 280 (1979).

41. E.A.De Y/olf. , Nucl. Phys., B132, 383 (1978).

42. S.Brandt et al., Phys.Lett., 12, 57 (1964).

43. M.Anguilar-Benitez et al., Review of particle properties. Phys.Lett., 111B, 1982.

44. P.Parni, Phys.Rev.Lett., 39, 1587 (1977).

45. A.De Rujula et al., llucl.Phys. , B138, 387 (1978).

46. S.Brandt, II.D.Dahmen, Z.Physik, C1 , 61 (1979).

47. A.Givernaud et al., Z.Physik, G8, 291 (1981).

48. D.Baere et al., Nucl. Phys., B122, 131 (1970).

49. P.L.Jain et al., Phys.Rev., D8, 738 (1973).

50. D.S.Golley et al., Nucl. Phys., B50, 1 (1972).

51. Ю.И.Арестов и др., Я.Ф., т. 32, 684 (1980).

52. C.Loudec et al., Nuovo Cimento, 41A, 166 (1977).

53. C.Bricman et al., Rev. Mod. Phys., 52 (1980).

54. I.V.Ajinenko et al., Z.Physik, C5, 177 (1980).

55. P. V. Chliapnikov et al. , ITucl. Phys., B91, 413 (1975).

56. P.V.Chliapnikov et al., Hucl. Phys., B164, 189 (1980).

57. M.Yu. Bogolubsky et al., Z.Physik, G19 (1983).

58. V.Blobel et al., Hucl. Phys., B111 , 397 (1976).

59. V.Blobel et al., Hucl. Phys., B88, 18 (1975).

60. B. Andersson et al. , Hucl. Phys., B178, 242 (1981).

61. S.P.Granet et al., Phys.Lett., 62B, 350 (1976).

62. R.E.Hendrik et al., Phys.Rev., D11, 529 (1975).

63. C.W.Akerlof et al., Phys.Rev., D14, 2864 (1976).

64. Ю.М.Антипов и др., Препринт ИФВЭ 76-95, Серпухов (1976).

65. J.Crech et al., Hucl. Phys., B26, 382 (1976).

66. V.Flaminio et al., preprint cerh-hera 79-01 (1979).

67. В.И.Мороз и др., Я.Ф., т. 6, 90 (1967).

68. А.Л.Пономарев и др., Я.Ф., т. 22, 807 (1975).

69. J.Bartke et al. , ITucl. Phys., B120, 1 (1977).

70. S.P.Granet et al., Hucl. Phys., B140, 389 (1978).

71. G.Y/olf, Phys.Rev., 182, 1538 (1969).

72. И.В.Аниненко и др., Препринт ИФВЭ 81-16, Серпухов (1981).

73. J.Ballam et al., Phys.Rev., D4, 194 (1971).

74. S.Brodsky, G.P.Lepage, Proceed of the XI International Symposium on Multiparticle Dinamics, Brugers (Belgium), Edithors e.De Wolf, F.Verbeure, p. 715.

75. P. V. Chliapnikov et al., Hucl. Phys., 33148, 400 (1979).

76. P. V. Chliapnikov et al., ITucl. Phys., B176, 303 (1980).

77. P.V.Chliapnikov et al., Phys.Lett., 55B, 237 (1975).

78. D.Brick et al., Proceed, of the X International Symposium on Multiparticle Dinamics, Goa (India), September (1979).

79. К.Г.Боресков и др., Препринт ОНЯИ P-8I63, Дубна (1974).

80. А.Камалов, Л.А.Пономарев, Препринт ИТЭФ-120, Москва (1976).из.

81. G.Ciapetti et al., Fuel. Phys., b64, 58 (1973).

82. В.В.Князев и др., Препринт ИФВЭ 80-122, Серпухов (1980).

83. D.S.Ayres et al., Phys.Rev.Lett., 35, 1195 (1975).

84. К.J.Foley et al., Phys.Rev.Lett., 11, 425 (1963).

85. D.Evans et al., Fuovo Cimento, A16, 299 (1973).

86. D.Harting et al,, Fuovo Cimento, 38, 60 (1975).

87. P. Bosetti et al., Fuel. Phys., B54, 141 (1973).

88. H.Grassier et al., Fuel. Phys., B75, 1 (1974).

89. J.T.Powers et al., Phys.Rev., D8, 1974 (1973).