Исследование проведения реальной части и логарифмического наклона амплитуды упругого Пр- и рр-рассеяния в области энергий 30-345 ГЭВ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

Стр.,

ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ ТЕОРИИ СИЛЬНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

И АМПЛИТУДА УПРУГОГО РАССЕЯНИЯ ВПЕРЕД.

§1Л. Безмодельные следствия теории сильных взаимодействий.

§1.2, Модель полюсов Редже.

§1.3. Феноменология упругого рассеяния с малыми переданными импульсами.

§1.4. Экспериментальное определение параметров малоуглового рассеяния.

Глава П. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА. ОРГАНИЗАЦИЯ ЗАПУСКА

И СБОР ДАННЫХ.

§2.1. Мишень-детектор ядер отдачи.

§2.2. Регистрация рассеиваемой частицы

§2.3. Пучковый магнитный спектрометр

§2.4. Идентификация частиц

§2.5. Организация избирательного запуска

§2.6. Сбор данных и контроль хода эксперимента

Глава Ш. АНАЛИЗ ДАННЫХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

§3.1. Единая система пространственных координат.

§3.2. Калибровка спектрометрических каналов.

§3.3. Определение шкалы переданных импульсов

§3.4. Измерение скорости дрейфа электронов в газе ионизационной камеры.

§3.5. Определение положения ионизационной камеры в единой системе координат

§3.6. Имитация физических событий и определение глобальной эффективности.

§3.7. Выделение событий упругого рассеяния

§3.8. Определение дифференциального сечения рассеяния,

Глава 1У. ФЕНОМЕНОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ И ИНТЕРПРЕТАЦИЯ

РЕЗУЛЬТАТОВ.

§4.1. Определение реальной части и логарифмического наклона дифракционного конуса для амплитуды упругого рассеяния при нулевых переданных импульсах.

§4.2. Справедливость дисперсионных соотношений при высоких энергиях.

§4.3. Реальная часть амплитуды рассеяния впереди полное сечение взаимодействия при высоких энергиях.

§4.4. Сужение дифракционного конуса

§4.5. Зависимость наклона дифракционного конуса от переданного импульса

Работа посвящена исследованию упругого рассеяния пионов и протонов высоких энергий с малыми передачами импульса на ядрах водорода. Вместе с определением полных сечений взаимодействия,эти эксперименты входят в непременный набор опытов на всех ускорите -лях элементарных частиц. Эти измерения позволяют извлечь фунда -ментальные характеристики взаимодействия, интерпретация их ре -зультатов затрагивает основные положения теории и дает возможность в известной степени судить о поведении сильных взаимодействий при энергиях ускорителей следующих поколений.

В первой главе приводятся основные положения теории, касаю -щиеся фазы амплитуды упругого рассеяния вперед, а также рассмат -риваются следствия моделей полюсов Редже для энергетической зависимости логарифмического наклона дифракционного конуса и полных сечений. Обсуждается феноменология упругого рассеяния, указываются приближения, используемые при описании данных опыта, анализи -руются возможные неточности и корреляции между введенными пара -метрами. В заключении главы приводится краткий обзор эксперимен -тальных данных по малоугловому рассеянию,существовавших до выполнения наших исследований.

Вторая глава посвящена описанию постановки эксперимента.Особое внимание уделено рассмотрению самой важной части установки-импульсной ионизационной камеры, наполненной водородом, являющейся одновременно и мишенью, и детектором ядер отдачи. Обсуждается организация многоуровневой системы избирательного запуска установки. .

В третьей главе приводятся алгоритмы анализа данных и получения экспериментальных результатов. Рассматривается в деталях процедура калибровки, позволившая обеспечить высокую точность абсолютной нормировки дифференциальных сечений. Описываются спе-' циальные процедуры определения эффективности регистрации полез -ного события аппаратными и программными средствами, характерные при использовании "живой" мишени.

В четвертой главе приводятся результаты феноменологического анализа полученного экспериментального материала. Рассматриваются вопросы справедливости дисперсионных соотношений при высоких энергиях и возможность их использования для проверки различных гипотез о поведении полных сечений при асимптотических энергиях. Указывается на универсальный характер этого поведения для адро-нов. Рассматривается вопрос о сужении дифракционного конуса с ростом энергии. Отмечается слабая зависимость темпа сужения от переданного импульса и его одинаковость при рассеянии пионов, каонов и нуклонов на протонах.

В заключении формулируются основные результаты исследования.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах

34,35,38,43,49,66-75/.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сформулируем основные результаты исследования.

1. Измерены дифференциальные сечения упругого ЗГ р -рассеяния о в области кулон-ядерной интерференции (0,002 ^ l-tU0,04) (ГэВ/с) в диапазоне энергий (30 4- 345) ГэВ. При 12 значениях энергии, выше 60 ГэВ, исследования выполнены впервые. Аналогичные измерения для упругого рр-рассеяния проведены в диапазоне энергий (100 * * 300) ГэВ.

2. Определены отношения реальной части амплитуды рассеяния вперед к ее мнимой части с точностью д^ * 0,01 и логарифмический наклон дифракционного конуса & с точностью д 6 «0,3 о

ГэВ/с) . Для 1Гр -рассеяния данные по наклону конуса при малых переданных импульсах ( Itl «0,02 (ГэВ/сполучены впервые.

3. Найденные значения реальной части амплитуды рассеяния вперед в пределах ошибок совпадают с результатами вычислений, осно -ванных на дисперсионных соотношениях, по меньшей мере до 100 ГэВ в случае 'ЗГр -рассеяния и до 400 ГэВ для рассеяния протонов. Существовавшие ранее данные по реальной части амплитуды ifp -рассеяния противоречили дисперсионным соотношениям в области энергий (25 * 40) ГэВ.

4. На основе полученных экспериментальных данных по величине реальной части амплитуды тГр -рассеяния при энергиях в диапазоне (150 * 345) ГэВ показано, что рост полных сечений ТГр -взаимодействия должен продолжаться по меньшей мере до 2000 ГэВ. При этой энергии сечение должно достигнуть 29 мб, превысив на 20$ минимальное значение сечения при энергии 70 ГэВ. Сделано предположение,что рост полных сечений является универсальным свойством сильных взаимодействий.

5. Впервые обнаружено явление сужения конуса тгр-рассеяния при малых переданных импульсах. Показано, что при параметризации энергетической зависимости величины наклона дифракционного конуса ТГр -рассеяния выражением & « + р Е параметр 2с0р в два раза меньше значения, общепринятого для рр-рассеяния.

6. Предложена модификация описания энергетической зависи -мости наклона дифракционного конуса для учета предасимптотичес -кого характера взаимодействия при доступных энергиях, что позволило единым образом описать существующие данные по наклону диф -ракционного конуса , к~р- и р^р-рассеяния. Показано, что асимптотически сужение конуса носит универсальный характер, при этом темп сужения не зависит от сорта частицы и переданного импульса.

1. Боголюбов Н.Н., Ширков Д.В. Введение в теорию квантованных полей. - Москва, 1957.

2. Иден Р. Соударения элементарных частиц при высоких энергиях, Москва, 1970.

3. Померанчук И.Я. Равенство полных сечений взаимодействия нуклонов и антинуклонов при больших энергиях. ШЭТ§, 1958, т.34, с.725.

4. Fischer J. General lows of hadron scattering at very high energies. Phys. Reports, 1981, v.76, p.158.

5. Khuri U.K. and Kinoshita T. Forward scattering amplitude and univalent functions." Phys. Rev., 1965, v.140, C.B706.

6. Logunov A.A., Van Hien H., Todorov I.T. and Khrustalev O.A. Asymptotic relations between cross sections in local field• theory. Phys. Lett., 1963, v.7. p.69.

7. Van Hove L. Exchange contributions to high energy scattering and imaginary character of the elastic amplitude. Phys. Lett., 1963, v.7, p.76.

8. Martin A. Unitarity and high energy behaviour of scattering amplitudes. Phys. Rev., 1963, v.129. p.1432.

9. Auberson G., Martin A. and Mennessier G. An inequality on the slope of the diffraction peak in elastic collisions of particles of arbitrary spin. Phys. Lett., 1977, v.67B, p.75.

10. Regge J. Introduction to complex orbital momentum. Nuovo Cim. 1959, v.14, p.951.

11. Regge J. Bound, states, shadow states and Mandelstam representation. Nuovo Cim., 1960, v.17, p.947.1.. Грибов В.Н. О возможном асимптотическом поведении упругого рассеяния. ЗКЭТФ, 1961, т.41, с.667.

12. Lapidus A.M., Lisin V.I., Ter-Martirosyan К.A., Volkovitsky Р.Е. Experimental data fit in the theory of Pomeron with 1 and some it's consequences. M., 1976. (Preprint/ITEP:115).

13. Грибов B.H., Мигдал А.А. Свойства полюса Померанчука и связанных с ним ветвлений цри малых переданных импульсах. ЯФ, 1968, т.8, с.1002.

14. Грибов В.Н., Мигдал А.А. Квазистабильный полюс Померанчука и дифракционное рассеяние цри сверхвысоких энергиях. ЯФ, 1968, т.8, с.1213.

15. Мигдал А.А., Поляков A.M., Тер-Мартиросян К.А. Теория взаимодействующих померонов и адронные реакции при высокой энергии.- Материалы IX зимней школы ЛИЯФ, Ленинград, 1974, с.162.

16. Collins P.D.B., Gault P.D. and Martin A. A phenomenological investigation of the pomeron in pp scattering. Phys.Lett., 1973, V.47B, p.171.

17. Копелеович В.З. Полюс Померанчука цри (0) I. Л., 1976, (Прецринт/ЛИЯФ:269).

18. West G.B. and Yennie D.R. Coulomb interference in high energy scattering . Phys.Rev., 1968, v.172, p.1413.

19. Липатов Л.Н. Тормозное излучение адронов и интерференция куло-новского и ядерного взаимодействия цри высоких энергиях.- Л., 1969, Материалы IУ зимней школы по теории ядра и физике высоких энергий, ч.П, с.93.

20. Кириллова Л.Ф., Никитин В.А., Пантуев B.C., Свиридов В.А., Струнов Л.Н., Хачатурян М.Н., Христов Л.Г., Шафранова М.Г., Корбел 3., Роб Л., Дамянов С., Златева А., Златанов 3.,

21. Йорданов В., Каназирски X., Марков П., Тодоров Т., Чернев X., Далхажаев Н., Тувдендорж Д. Упругое рассеяние рр- и pd- рассеяние на малые углы в интервале энергий 2-10 ГэВ. ЯФ, 1965, т.1, с.533.

22. Amaldi U., Cocconi G., Diddehs A.N., Robinson R.W., Dorenbosch J., Duinker W., Gustvson D., Meyer J., Potter K., Wetherell A.

23. Barancelli A. and Bosio C. The real part of the forward proton scattering amplitude measured at the CERN Intersecting storagering. Phys. Lett., 1977, V.66B, p.390.

24. Азимов Я.И., Левин E.M., Рыскин М.Г., Хозе В.А. Чем интереснаобласть малых переданных имцульсов при больших энергиях? -Материалы IX зимней школы, Лениград, 1974, ЛИЯФ.

25. Poley K.J., Jones R.S., Lindenbaum S.J., Love W.A., Ozaki S.,

26. Platner E.D, Quarles C.A. and Willen E.H. Experimental test of the pion-nucleon forward dispersion relations at high energies. Phys. Rev, 1969, v.181, p.1775.

27. В.В., Смирнов Е.В., Соловьев Л.Ф., Соловьянов В.Л. Упругое рассеяние -мезонов на цротонах в области кулон-ядерной интерференции в интервале импульсов 33-60 ГэВ/с. Серцухов,1975. (препринт ИФВЭ, ПЭФ:75-69; Nucl. Phys., 1976, V.B106, с.413»

28. Ankenbrandt С., Atac М., Brown R., Ecklund S., Gollon P.J., Lach J., MacLachlan J., Roberts A., Fajardo L.A., Majka R.,

29. Marx J.H., Nemethy P., Sandweiss>J., Schiz A., Slaughter A.J.+ +

30. Elastic scattering of , К" , P" at small angles: a preliminary analysis, FERMILAB-Conf-75/61 EXP(1975).

31. Querrou M., Shegelskij V.A., Vazeille P. and Vorobiev A. High precision study of elastic scattering in the coulomb interference region, proposal to the SPS commitее. CERN/SPSC/74-94/ p 26, 4 october 1974.

32. Воробьев А.А., Грирорьев Ю.С., Денисов А.С., Залите Ю.К., Королев В.А., Королев Г.А., Ковшевный Г.Г., Ласточкин Н.К., Маев Е.М., Щегельский В.А. Метод измерения сечения рассеяния адронов на цротонах. Л., 1972# (дреггринт/ФТИ :429).

33. Vorobyov A.A., Zalite Y.K., Korolev G.A., Sokolov G.L., Solya-kin G.E., Schegelsky V.A. A method for studies of small angle hadron-proton elastic scattering in the Coulomb interference region. Nucl. Instr. Meth., 1974, v.119,p.509.

34. Аблеев В.Г., Апокин В.Д., Воробьев А.А., Величко Г.Н., Залите Ю.К., Королев Г.А., Маев Е.М., Матуленко Ю.А., Нурушев С.Б., Пискунов Н.М., Селезнев B.C., Сиксин В.В., Ситник И.М.,

35. Соловьянов В.А., Строковский Е.А., Струнов Л.Н., Терентьев Н.К., Шаров В.И., Ханзадеев А.В., Щегельский. Упругое рассеяние вперед на протонах тГ-мезонов с имцульсом 40 ГэВ/с. -Ядерная физика, 1978, т.28, с. 1529.I- 181

36. Аблеев В.Г.,Апокин В.Д., Терентьев Н.К., Величко Г.Н., Воробьев

37. А.А., Залите Ю.К., Королев Г.А., Маев Е.М., Матуленко Ю.А.,

38. Нурушев С.Б., Пискунов Н.М., Селезнев B.C., Сиксин В.В.,

39. Ситник И.М., Соловьянов В.Л., Строковский Е.А., Струнов Л.Н.,

40. Ханзадеев А.В., Шаров В.И., Щегельский В.А. Измерение полных исеченийупараметра дифракционного коцуса уцругого П~£> , П"4Не рассеяния при энергии 40,4 ГэВ. Л., (Препринт/ ЛИЯФ:630).

41. Баранов С.А., Гадкиев М.К., Кулаков В.М., Шатинский В.М.orЭО

42. Новые данные об JL -распаде U .-Ядерная физика, 1967, т.5, с.518.до

43. Vorobyov A.A., Damaskinsky Е.А., Kash.ch.uk А.P., Krivschich A.G. A method for improving the spatial resolution of multiwire proportional chambers. L., 1975* (Preprint/ LUPhl:178).

44. Kashchuk A.P., Golovtsov V.L. A special digital processor unit for fast rejection of unscattered particles. L., 1978. (Preprint/ LNPhI:395).

45. Sogard M.R. Radiative corrections in elastic hadron scatterihg. Phys. Rev.,1974, v.D9, c.1486.

46. Боресков К.Г., Лапидус A.M., Сухоруков С.Т., Тер-Мартиросян К.А. Упругое рассеяние и реакция перезарядки при высокой энергии в тесрии комплексных моментов. Я.Ф., 1971, тЛ4, с.814.

47. Carrol A.S., Chiahg I.-H., Kycia T.P., Li K.K., Mazur P.O., Mockett P.M., Rahm D.C.,Baker M.P., Eartly D.P., Giacomelli G.,

48. Koehler P.P.M., Pretzl K.P., Rubinstein R., Wehmann A.A., Cool+

49. R.L., Packler 0. Total cross section of Q , K~, P on protons and deutrons between 23 and 280 GeV/c. Phys. Lett., 1976, v. 61B, p. 303.

50. Carrol A.S., Chiang I.-H., Kycia T.P., Li K.K., Marx M.D, Rahm D.C., Baker W.P., Eartly D.P., Giacomelli G., Jonckheere

51. A.M., Koehler P.P.M., Mazur P.O., Rubinstein R., Packler 0.+

52. Total cross section of П , К , P, and P on protons and deutrons between 200 and 370 Gev/c. Phys. Lett., 1979, v. 80B, p.423*

53. Апокин Б.Д., Матуленко Ю.А., Нурушев С.Б., Селезнев B.C., Сиксин В.В., Соловьянов В.Л., Ханзадеев А.В., Королев Г.А., Маев Е.М., Щегельский В.А., Терентьев Н.К., Величко Г.Н.,

54. Залите Ю.К., Воробьев А.А., Аблеев В.Г., Ситник И.М., Шаров В.И., Строковский Е.А., Струнов Л.Н., Пискунов Н.М. Упругое ТГр рассеяние вперед цри энергии 40 ГэВ. ЯШ, 1978, т. 28, с. 1529.

55. Grein W. Analysis of the land! forward scattering amplitudes including information from and IT N scattering. Nucl. Phys., 1977,V.B131, p.255.

56. Величко Г.Н., Воробьев А.А., Залите Ю.К., Королев Г.А., Маев E.M., Терентьев Н.К., Ханзадеев А.В., Щегельский В.А. Упругое рр-рассеяние в области кулон-ядерной интерференции в диапазоне энергий (500*1000) МэВ. Л., 1981. (Прецринт/ЛИЯ$:655).

57. Carboni G. Measurements of , ds^g/dt and event distribution in pp collisions at s=31,53 and 63 GeV. Third topical workshop on proton-antiproton collider/physics. Geneva, 19S3» CERN 83-04, p.251.

58. Matthiae G. Elastic scattering and total cross-section at the CERN collider. Third topical workshop on proton-antiproton collider physics. Geneva, 1983, CERN 83-04, p. 237.

59. Favart D. Measurement of small-angle pp and pp elastic scattering at the CERN intersecting storage rings. Third topical workshopon proton-antiproton collider physics. Geneva, 1983, CERN 83-04, p.270.

60. Martin A. What do we learn from proton-antiproton diffractive scattering at the CERN colliders. Geneva, 1981, CERN TH-3221 .

61. Kokkedee J.J.J., Van Hove L. Quark model and high-energy scattering. Nuovo Cim., 1966, v.42, №3, p.711-716.

62. Levin E.M., Shekhter V.M. Small angle elastic scattering and quark model. - L., 1978. (Preprint/LNPhI:442).

63. Coulomb interference region at 100 GeV/c and 140 GeV/c. -Geneva, 1977» CERN report, Submitted to the European Conference on Particle Physics, Budapest.