Исследование образования заряженных адронов в v (v) А-взаимодействиях на камере СКАТ при энергии 3+30 ГэВ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА I

МОДЕЛИ И ХАРАКТЕРИСТИКИ МНОЖЕСТВЕННОГО ОБРАЗОВАНИЯ ЧАСТИЦ

1.1 Инклюзивный метод исследования множественных процессов

1.2 Характеристики множественных процессов

1.3 Модели и их предсказания.

ГЛАВА

ОБРАБОТКА ФИЛЬМОВОЙ ИНФОРМАЦИИ С ПУЗЫРЬКОВОЙ КАМЕРЫ СКАТ

2.1 Параметры нейтринного пучка и пузырьковой камеры СКАТ

2.2 Обработка фотоснимков

2.3 Цросмотр

2.4 Измерение и перемер

2.5 Геометрическая реконструкция событий

2.6 Физический просмотр и создание ленты суммарных данных

ГЛАВА

АНАЛИЗ ТОЧНОСТНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ РЕКОНСТРУКЦИИ

СОШТИЙ

3.1 Моделирование точностных характеристик камеры СКАТ

3.2 Восстановление пространственных координат точки

3.3 Реконструкция импульсов заряженных частиц.

ГЛАВА

ИНКЛЮЗИВНЫЕ СПЕКТРЫ ЗАРЯЖЕННЫХ АДРОНОВ

4.1 Выборка экспериментального образца

4.2 Структура события и свойства инклюзивных распределений по поперечному импульсу.

4.3 Распределения по продольным переменным

ГЛАВА

СВОЙСТВА РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ПО МНОЖЕСТВЕННОСТИ ЗАРЯЖЕННЫХ

АДРОНОВ

5.1 Экспериментальный образец ••••••••••.••••

5.2 Средние множественности

5.3 Дисперсия распределения по множественности и двухчастичный корреляционный параметр . . •

5.4 Масштабная инвариантность КНО-распределения

5.5 Средний суммарный заряд адронов

Изучение процессов множественного образования адронов существенно для выяснения структуры адронов и построения теории сильного взаимодействия. В настоящее время роль множественных процессов для проверки теоретических моделей является определяющей, поскольку при современных энергиях ускорителей множественные процессы доминируют над процессами одиночного рождения мезонов и упругого рассеяния частиц. Особое значение имеют закономерности, установленные при изучении инклюзивных процессов, теоретические основы рассмотрения которых были разработаны А« А*Логуновым и сотрудниками Масштабная инвариантность множественных процессов, проявляющаяся, например, через инклюзивный спектр Х-еМ/с/Х ( X - рп /ртах ), впервые была установлена в экспериментах на Серпуховском ускорителе.

Открытие масштабной инвариантности стимулировало проведение экспериментальных и теоретических исследований процессов множественной генерации частиц. В физике высоких энергий возникло целое направление, посвященное изучению инклюзивных процессов.

В последние годы интенсивно изучается образование адронов в глубоко-неупругих лептон-нуклонных взаимодействиях. Интерес к уД/ -взаимодействиям определяется, в частности, тем, что в отличии от сильных и электромагнитных взаимодействий, в слабых взаимодействиях имеется предпочтительный, определяемый законом сохранения заряда, состав кварков, фрагментирующих в адроны в области пучка (рассеянный кварк) и мишени (дикварк-спектатор). Этот конкретный состав кварков определяет ^90% сечения нейтринных У Л/-* у» X взаимодействий« Таким образом, глубоко-неупругие взаимодействия нейтрино с нуклонами, идущие через заряженный ток, фактически позволяют изучать фрагментацию отдельных типов кварков и дикварков в адроны.

К настоящему времени установлен ряд общих закономерностей для адронной системы, образованной как в лептон-адронных, так и в адрон-адронных взаимодействиях при энергиях свыше 10 ГэВ. Сравнение лептон-адронных и адрон-адронных взаимодействий, в частности, показало, что многие свойства распределений по множественности аналогичны для них и зависят, главным образом, от кваркового состава частиц пучка и мишени, а также от величины энергии в системе покоя адронов Данная диссертация представляет проверку этих закономерностей в реакции взаимодействия нейтрино (антинейтрино) с ядрами фреона при энергии 3+30 ГэВ. Где это возможно, экспериментальные распределения сравниваются с предсказаниями кварк-партонной модели ^•

Автор диссертации принимал участие на всех стадиях проведения нейтринного эксперимента на пузырьковой камере СКАТ: в подготовке методики обработки и анализа, обработке экспериментальных данных и физическом анализе результатов.

Материал диссертации основан на анализе 125000 стереофотографий в нейтринных и 182000 стереофотографий в антинейтринных сеансах, полученных и прошедших полную стадию обработки в период с 1976 по 1980 годы. Статистика экспериментального образца для анализа составила 5197 и 1561 событие с мюоном в конечном состоянии, обнаруженных в эффективном объёме камеры в нейтринной и антинейтринной экспозициях соответственно.

В первой главе диссертации рассмотрены основы инклюзивного метода исследований множественных процессов при высоких энергиях* Приведены характеристики и параметра, используемые для представления и анализа экспериментальных распределений по множественному образованию адронов. Перечислены модели, наиболее часто употребляемые для описания процессов множественной генерации частиц, и даны некоторые предсказания этих моделей* Во второй главе приведены основные параметры нейтринного пучка и физико-технические данные пузырьковой камеры СКАТ» рассмотрена система обработки фильмовой информации: просмотр, измерение и перемер, геометрическая реконструкция событий, физический просмотр и создание ленты суммарных данных

В третьей главе представлены точностные характеристики геометрической реконструкции нейтринных событий» Отражены особенности эксперимента, обусловленные конструкцией камеры: влияние на точность геометрической реконструкции наклона, кликвидности "плавающего" стекла и температурного градиента сред Проведен анализ корректности восстановления пространственных координат и параметров заряженных частиц, а также правильности вычисления их ошибок

В четвертой главе представлены инклюзивные спектры заряженных адронов, образованных в У(ЮА -взаимодействиях при энергии 3*30 ГэВ Установлено, что в области инвариантной массы адронов Ч/< 5 ГэВ распределение заряженных адронов близко к изотропному, а средний поперечный импульс слабо зависит от Показано, что фейнмановская масштабная инвариантность для структурной функции Р (Хр) может выполняться только при > Ю ГэВ^. В этой области \Х/1 распределение по переменной струи Х = »где энергия индивидуального адрона, Ен суммарная энергия всех адронов, также удовлетворительно описывается в рамках кварк-партонной модели*

В пятой главе представлены свойства распределений по множественности для заряженных адронов Изучена зависимость средней множественности заряженных адронов от кинематических переменных. Обсуждается зависимость дисперсии распределений по множественности и интегрального двухчастичного корреляционного параметра от средней множественности заряженных адронов. Изучены КНО-распределения и средние суммарные заряды адронов в различных кинематических областях. Проведено сравнение полученных результатов с данными, полученными при рассеянии нейтрино (антинейтрино) на свободных нуклонах.

В заключении приведены основные результаты диссертации. Материал диссертации основан на работах, выполненных при участии автора и опубликованных в препринтах ИФВЭ, журнале "Zeit schrift fur physik " и представленных на Меявдународной конференции "Нейтрино-82й в Будапеште:

Д.С.Баранов, Л.Л.Закамский, А.А.Иванилов, В.Е.Ивченко,«. 3 В.Й.Клюхин, В.И.Конюшко, В.М.Кораблев, В. А. Коротко в Е.П.Кузнецов, В.Г.Нузьменко, В.В.Макеев, О.И.Михайлов

A.Г.Мягков, А.Ю.Поляруш, Ю.Г.Рябов, А.А.Соколов, В.Е.Соловьёв. Препринт ИФВЭ 84-80, Серпухов, 1984.

ОБРАБОТКА ШЛЬМОВОЙ ИНФОРМАЦИИ С ПУЗЫРЬКОВОЙ КАМЕРЫ СКАТ".

B.И.Конюшко, В.М.Кораблев, Е.П.Кузнецов, О.И.Михайлов,. 4

Ю.Г.Рябов.

Препринт ШВЭ 75-128, Серпухов, 1975.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПУЗЫРЬКОВОЙ КАМЕРЫ СКАТ". D.S.Baranov, V*I.Ermolaev, V.I.Hleborad, P.V.Ivanov. 5

V.I.Konyushkfr, V.M.Korablev, V.A.Korotkov, V.V#Makeev et al. Preprint I HEP 83-174» Serpukhov, 1983î Z# Phys. Ç21. (1984) РИ97.

INCLUSIVE CHARGED HADRON SPECTRA IN vA AND vA INTERACTIONS AT ^ 30 GeV11•

R.Nahnhauer in: Proceedings of the "v -82" conference, Balatonfured, 1982, Vol.11, p.180. "SKAT-RESULTS ON HADRONIC FINAL STATES".

D.S.Baranov, N.A.Chabrov, V.A.Pilippov, P.V.Ivanov,.•.• 6 V.I.Konyuhko, V.M.Korablev, V.A.Korotkov, V.A.Krupnov et al# Ereprint IHEP 83-173, Serpukhov, 1983; Z. Phys. C21 (1984) p;i89.

PROPERTIES OP MULTIPLICITY DISTRIBUTIONS IN vA AND vA INTERACTIONS AT 30 GeV".

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследование образования заряженных адронов во взаимодействиях нейтрино (антинейтрино) с ядрами фреона при энергии 3*30 ГэВ показало, что:

2 О

1. В области квадрата эффективной массы адронов И/ <25 ГэВ^ отсутствует четкое проявление двухструйной структуры событий и наблюдается преимущественно изотропная структура. р

2. Средний поперечный импульс адронов слабо зависит от V/ и даёт симметричный эффект "чайки" в зависимости от переменной 2

Фейнмана Хр . Эффект усиливается с ростом № .

3. Инвариантная структурная функция проявляет зависи

2 2 мость от ^ в рассматриваемой \Х/ -области, при этом Шейнмановская масштабная инвариантность может выполняться только при

2>10 ГэВ2.

4. Среднее значение переменной струи Т. слабо зависит от и квадрата переданного 4-импульса 0. . Более того, <2> при

2. >0.2 не зависит от переменной Бьеркена Хв как для положительных, так и для отрицательных частиц.

5. Экспериментальные данные неудовлетворительно описываются

2 2 партонной моделью при № < 10 ГэВ .

6. Средние множественности для отрицательно и положительно заряженных адронов хорошо описываются линейной функцией

7. Средняя множественность заряженных частиц в передней полусфере не зависит от О2 для фиксированного .

8. Дисперсия распределения по множественности в зависимости от средней множественности для лидирующих частиц удовлетворяет линейному соотношению Вроблевского. Поведение дисперсии нелиди-рующих частиц близко к Цуассоновскому.

9. Поведение интегрального двухчастичного корреляционного

Р+Н-) параметра т2 в зависимости от. средней множественности для лидирующих частиц аналогично поведению в РР -аннигиляции, а для нелидирующих частиц близко поведению ^ в рр -взаимодействиях.

10. КНО-распределения для всех заряженных частиц, а также для отрицательных частиц, образованных в уА-, у А- и тг"А -взаимодействиях, согласуются друг с другом и проявляют масштабно-инвариантные свойства.

11. Разность средних суммарных зарядов адронов, полученных в у А- и у А -взаимодействиях растет с ростом и уже в исследуемой области № близка к предсказанию кварк-партонной модели.

12. Ядерные эффекты слабо влияют на полную среднюю множественность отрицательно заряженных частиц, но влияют на перераспределение частиц между передней и задней полусферами. Внутриядерное перерассеяние ослабляет двухчастичные корреляции между адронами в конечном состоянии.

13. Методические исследования точностных характеристик геометрической реконструкции нейтринных событий показали, что пространственные координаты, импульсы заряженных частиц и ошибки на них вычисляются корректно.

Автор диссертации выражает благодарность дирекции Института физики высоких энергий за постоянную поддержу программы нейтринных исследований на пузырьковой камере СКАТ.

Автор благодарит руководство Отдела нейтринной физики за действенную помощь в организации проведения сеансов на пузырьковой камере СКАТ и в реализации обработки фильмового материала.

Автор признателен всем службам Института, которые непосредственно были связаны с реализацией нейтринного эксперимента на камере СКАТ,

Автор диссертации выражает благодарность научному руководителю Ю.Г.Рябову, начальнику лаборатории В.В.Аммосову и всем сотрудникам лаборатории за постоянные обсуждения вопросов диссертационной работы и полезные советы.

1. A,A,Logunov, M,A,Mestvirishvili, Nguen Van Hieu, Phys» Lett. B25 (1967) p.611; A»A,Logunov, Nguen Van Hieu, in: OJopioal Conference on High Energy Collisions of Hadrons, Vol»II, СЕ1Ш (1968) p.74.

2. R.P.Peynman, "Photon-hadron interactions", Benjamin, New Yoifc, 1972; R.P.Peynman, Phys, Rev. Lett. 2^ (1969) p.1415; R.D.'Pield and R.P.Peynman, Phys.' Rev. D1^ (1977) p.2590.

3. Д.С.Баранов и др. 1^епринт ИФВЭ 84-80, Серпухов, 1984.

4. В.И.Конюшко и др. Препринт ИФВЭ 75-128, Серпухов, 1975.

5. D.S.Baranov et al. Preprint IHBP 83-174, Serpukhov, 1983; Z. Phys. 021. (1984) p.197; R.iNahnhauer in: Proceedings of the conference "v-82", Balatonfured, 1982, Vol,II, p.180.'

6. D.S.Baranov et al. Preprint IHEP 83-173, Serpukhov, 1983; Zt^ Phys. C21 (1984) p.189.

7. Z.Koba, H.B.melsen, P.Olesen, Nucl. Phys. B ^ (1972) p.317.

8. J.Benecke, T.T.Chan, C.U.Yange, E.Yen, Phys. Rev. Л8& (1969) P.2159.

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

10. В.Г.Гришин, "ИНКЛЮЗИВНЫЕ ПРОЦЕССЫ в адронных взаимодействиях при высоких энергиях" М., Энергоиздат, 1982.

11. Е.П.Кузнецов и др. Црепринт ОИШ 10-4269, Дубна, 1968; Препринт ИФВЭ 71-75, Серпухов, I97I; ПГЭ 1979, № 3 (с.43,47,50,5^).

12. Д.Г.Баратов и др. Препринт ИФВЭ 76-87, Серпухов, 1976.

13. Д.Г.Баратов и др. Препринт ИФВЭ 76-84, Серпухов, 1976.

14. А.И.Богинский и др. Препринт ИФВЭ 77-80, Серпухов, 1977; ПГЭ 1979, № 3 54.

15. А.Й.БОГИНСКИЙ и др. ДГЭ 1979, » 3 с.47.

16. European spiral reader symposium,' Stockholm 1972, р.б?. 17* Л.Л.Лихтенбаум и др. Трудц РИАН, Москва 1980, 1^ 40, с.З.

17. HYDRA Application Manual. СЕ1Ш 1973.

18. О.И.Михайлов, "Системы фоторегистрации и обработки снимков с пузырьковой камеры СКАТ" - автореферат диссертации. ИФВЭ 78-142, Серпухов, 1978.

19. В.И.Ефременко и др. Црепринт йТЭФ-83, Москва, 1980.

20. V.V.Malceev, Proceedings of the Conference ");-79", Bergen, 1979, p.279.

21. P.Allen et al. Nucl. Phys. B188 (1981) p.1. 23.' J.P.Berge et al. Phys;* Rev. DIS (1978) p.3905.

22. M.Derriclc et al. Phys.' Rev. ^ Д (1981) p.1071.

23. P.Allen et al. Munich preprint MPI-PAE/Exp.El. 106 (1982) *

24. A.Wroblewski Acta Physi' Polonica ВД (1973) p.857.

25. P.Allen et al;^ Nucl. Phys. B181 (1981) p.385.

26. M.Derrick et al. Phys. Rev. D25 (1982) p.624.

27. B.C.Yuldashev et al. Acta Phys. Polonica B^ (1978) p.513.

28. NVSchmits, Proceedings of the International Symposium on 1.epton and Photon Interactions at High Energies, Bonn, 1981, p.527; Preprint MPI-PAE/Exp.El. 96 (1981),

29. J.P.Berge et al. Nuci. Phys. B184 (1981) p.13.

30. P.Allen et al. Preprint MPI-PAE/Exp.El. 103 (1982).

31. G.R.Parrar, J.L.Rosner Phys. Rev. D^ (1973) p.2747.

32. R.MoElhaney , S.P.OIuan Phys. Rev. D8 (1973) p.2267.

33. C.H.Llewellyn-Smith Phys. Rep. 22. 0972) р.2б4; D.Rein, b,M,Seghal кпЛщ; of Physics 133 (1981) p.79; G.M.Radecky et al. Phys. Rev. D2S (1982) p.1161.

34. E.Albini et al. Nuovo Cim. 32A (1976) p.101; S.Barlag et al. Preprint DPhPE 31-08, 1981; D.Zieminska et al. Phys. Rev. D27 (1983) p.47^

35. A.M.Cooper in Proceedings of the conference "v-82", Balatonfured 1982, Vol.11, p.165. 4E. Г.И.Копылов, "Основы кинематики резонансов" М,, Наука, 1970.

36. А.А.Иванилов, Препринт ИФВЭ 74-103, Серпухов, 1974.

37. О.В.Канчели, Письма в ЖЭТФ 18 (1973) с.465; Н.Н.Николаев Успехи физических наук 134 (I98I) с.369.