Исследование радиационных распадов мезонов и электромагнитного образования адронов в поле ядра тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

Введение

1 Исследование радиационного распада rj' —> tt+tt~j

1.1 Установка ЛЕПТОН-Ф

1.2 Отбор событий

1.3 Анализ углового распределения.

1.4 Анализ распределения по эффективной массе двух пионов.

1.5 Дальнейшие исследования распада rf —>• 7г+7Г~7.

2 Изучение возможности регистрации электромагнитных процессов на установке СФИНКС

2.1 Качественный анализ некоторых возможных механизмов образования экзотических барионов.

2.2 Установка СФИНКС.

2.3 Выбор процесса для регистрации.

2.4 Отбор событий.

2.5 Анализ системы ртт°.

3 Эксперимент Е

3.1 Физические цели эксперимента Е

3.2 Установка SELEX.

4 Определение радиационной ширины Г[а2(1320)~ —> 7г~7]

4.1 Первичная кинематическая реконструкция.

4.2 Отбор событий.

4.3 Анализ реакции 7г~~ + А —7г+7г~7г~ + А.

4.4 Когерентное образование резонансов в электромагнитных и сильных взаимодействиях.

4.5 Нормировка сечений.

4.6 Расчеты эффективности

4.7 Определение разрешения по поперечному переданному импульсу

4.7.1 Отбор событий.

4.7.2 Определение разрешения для распадов и сравнение с расчетами Монте-Карло.

4.7.3 Корректировка Монте-Карло и разрешение по поперечному переданному импульсу для а2(1320)-мезона.

4.8 Фитирование сигнала.

4.9 Поправки, усреднение результатов и определение ошибок измерений

5 Верхний предел на парциальную ширину распада £(1385)" —у и сечение реакции 7£- —¥ Л7г~

5.1 Изучаемая реакция и отбор событий.

5.2 Исследование возможных источников фона.

5.3 Определение радиационной ширины Е(1385)~.

5.4 Вычисление угловых распределений в изучаемой реакции.

5.5 Определение сечения реакции 7Е"" —у

Актуальность темы исследования.

В настоящее время общепризнаной теорией сильных взаимодействий является квантовая хромодинамика. Благодаря свойству асимптотической свободы в области больших переданных импульсов возможно применение методов теории возмущений, однако в непертурбативной области наши знания по-прежнему формируются в основном экспериментальными исследованиями и различными феноменологическими моделями. Поэтому спектроскопия адронов давно уже стала классическим направлением в физике высоких энергий. Многообещающим направлением являются расчеты на решетках, но они требуют очень больших вычислительных ресурсов, и в настоящее время их предсказательная сила все еще мала.

Из множества различных взаимодействий адронов важную роль играет изучение процессов с реальными и виртуальными фотонами. В конечном итоге это связано с тем, что электромагнитные взаимодействия адронов теоретически более понятны по сравнению с чисто адронными процессами, а их интерпретация, как правило, имеет меньше неопределенностей. В частности, измерение радиационных распадов адронов позволяет получить информацию об их структуре на больших расстояниях, о таких характеристиках, как магнитные моменты, углы смешивания и константы связи, что является необходимой базой для последующего сравнения с предсказаниями различных феноменологических моделей. Точность измерений многих радиационных распадов мала, а некоторые распады еще не были наблюдены, поэтому требуются дальнейшие усилия экспериментаторов в этой области.

Сложность измерений радиационных распадов связана с тем, что большинство из них имеет низкие относительные вероятности — на уровне десятых долей процента и ниже. Другой причиной трудностей прямых измерений является фон от адрон-ных процессов с образованием в конечном состоянии 7г°-мезонов (либо '/^-мезонов), распадающихся на два фотона, с последующей потерей одного из них.

Для проведения высокостатистичных исследований радиационных распадов нужны установки с хорошими эффективностями регистрации всех продуктов реакции, с эффективной охранной системой, способной подавлять фоновые процессы с потерянным фотоном, с быстрыми системами выработки триггера и сбора данных. Такими свойствами обладала установка ЛЕПТОН-Ф — последняя модификация из семейства установок экспериментальной программы ЛЕПТОН на Серпуховском ускорителе в Протвино. В качестве примера, демонстрирующего отличные способности этой установки, можно привести обнаружение редкого радиационного распада Я/Л(1285) -> ф'у [1].

Точность измерений относительной вероятности радиационных распадов методом прямого наблюдения обычно ограничена фоновыми процессами с потерянным фотоном. В ряде случаев избежать этих трудностей помогает использование другого процесса — когерентного образования резонанса в электромагнитном поле ядра

B + {A,Z)-+B* + {A,Z) (1)

Оказывается, что сечение этого процесса прямо пропорционально ширине радиационного распада Г (В* —> В7), причем при высокой энергии пучка коэффициент пропорциональности вычисляется практически модельно-независимым образом, что позволяет трактовать такое измерение как фактически прямое. Впервые этот метод был предложен Примаковым [2], а несколько позднее, независимо от него, Померан-чуком и Шмушкевичем [3].

Характерными чертами сечения процесса (1) являются логарифмический рост с энергией и приблизительная пропорциональность квадрату заряда ядра. Дифференциальное сечение da/dq2 (где q2 — квадрат переданного импульса) имеет максимум в области очень малых значений q2 и далее падает приблизительно как l/q2. Отсюда видно, что благоприятными экспериментальными условиями являются: высокая энергия, хорошее разрешение по переданному импульсу, и использование мишеней с большим зарядом ядра.

Этим условиям удовлетворял эксперимент SELEX (Е781 по классификации национальной лаборатории им. Ферми (FNAL). США), работавший на ускорителе Тэва-трон, США. Основная экспозиция в данном эксперименте проводилась на гиперон-ном пучке с энергией 600 ГэВ с углеродной и медной мишенями. Также была сделана специальная экспозиция со свинцовой мишенью. Хорошее разрешение по переданному импульсу обеспечивалось измерением треков в пучковой и вершинной частях установки системой микростриповых детекторов, которая на момент набора статистики (1996-97 гг.) была самой большой в мире.

Электромагнитные взаимодействия могут быть также использованы для образования адронных систем с хорошо определенным начальным состоянием и/или в хороших фоновых условиях, с целью дальнейшего изучения чисто адронных процессов. В качестве примера можно привести широкую экспериментальную программу измерений, проводимых на ускорителе CEBAF, одним из направлений которой является, в частности, изучение характеристик барионов в процессах фоторождения [4]. Благодаря эффекту Примакова, уникальный £~-пучок эксперимента SELEX предоставлял принципиальную возможность изучения процессов фоторождения на нестабильной частице — £~-гипероне. Одним из таких процессов является образование £(1385)"", регистрация которого позволила бы определить радиационную ширину этого гиперона.

Цель диссертационной работы.

Целыо диссертационной работы является исследование электромагнитных взаимодействий адронов:

• Р1сследование радиационного распада ?/ -4 тт+п~гу.

• Определение возможности регистрации процессов электромагнитного образования адронов на установке СФИНКС.

• Измерение ширины радиационного распада а2 (1320) 7г 7 на основе эффек та Примакова.

• Поиск электромагнитного образования £(1385)~-гиперона в реакции Е~+РЬ —> Ал1~ + РЬ и определение радиационной ширины этого гиперона на основе эффекта Примакова.

Экспериментальная ситуация по каждому из исследуемых вопросов детально анализируется в начале соответствующих глав диссертации. Здесь кратко приведем лишь основные сведения о проводившихся ранее измерениях, и сравним с ними полученные в ходе исследований результаты.

До проведения измерений на установке ЛЕПТОН-Ф распад rj' —7г+7г~7 уже наблюдался в нескольких экспериментах. Считалось, что распад происходит каскадным образом через р°-мезон. Существенное увеличение статистики в измерениях на установке ЛЕПТОН-Ф позволило повысить точность измерения спектра эффективных масс 7г+7г~-системы в этом распаде и провести детальный анализ различных способов его описания. В результате проведенных исследований был сделан вывод о существенном вкладе в этот распад нерезонансного механизма [5, 6].

Одним из основных направлений широкой научной программы, проводимой в рамках эксперимента СФИНКС, являются поиски криптоэкзотических барионных состояний со скрытой странностью. В частности, при изучении дифракционного образования систем Е°J-C+ и в этом эксперименте была обнаружена структура Х(2000), являющаяся кандидатом в такое состояние [7-9]. Качественный анализ возможных способов образования криптоэкзотических барионов со скрытой странностью показывает, что эффективным механизмом может оказаться реакция фоторождения [10]. В таком случае должно иметь место и образование, обусловленное эффектом Примакова. Возможность выделения Примаковских реакций на установке СФИНКС (которая, хоть и представляет собой универсальный магнитный спектрометр, но не создавалась специально для этих целей) не очевидна и потребовала отдельного исследования.

До публикации в 2001 г. результатов эксперимента SELEX было проведено два измерения радиационной ширины а2-мезона. Первое измерение [11] заключалось в исследовании фоторождения ??7г± системы. Определение радиационной ширины а2-мезона в этом эксперименте существенным образом опирается на модель однопионно-го обмена, что вносит плохо контролируемую систематическую ошибку. Это является серьезным недостатком измерения, в частности, полученный результат не используется при определении мирового среднего [12]. Второе измерение [13] было выполнено методом Примакова при энергии пучка 200 ГэВ в специализированном Примаковском эксперименте Е272 (FNAL). Полученный результат практически свободен от теоретических неопределенностей, однако имеет достаточно большую (20%) экспериментальную погрешность. Измерение в эксперименте SELEX [14] позволило существенно повысить точность (полная ошибка составляет 12.5%), и до сих пор является самым точным измерением этой величины.

Определение ширины радиационного распада £(1385)" 7 представляет интерес уже хотя бы потому, что наши знания о чисто радиационных распадах гиперонов крайне ограничены. Надежно измерены только распады —» Л7 и Л(1520) —5

Aj. Имеются также модельно-зависимые оценки для распадов А(1405) на Л7 и Е°7, основанные на данных по радиационным захватам каонов в ^"-мезоатомах, и весьма слабые ограничения на распады Е(1385)° —у Е°(Л)7. Распад Е(1385)- -У Е~7, наряду с Е(1530)~ —У Н~7, представляет особый интерес. Это связано с тем, что в пределе ненарушенной 8и(3)-симметрии оба распада запрещены (сохранение U-спина), поэтому их измерение содействует пониманию механизма и степени нарушения SU(3). До проведения эксперимента SELEX имелось единственное экспериментальное ограничение: rrad < 24кэВ (90% CL) [15], что значительно превышает находящиеся на уровне нескольких кэВ теоретические оценки радиационной ширины Е(1385)-гиперона. Выполненное измерение в эксперименте SELEX [16] более чем в два раза улучшило верхний предел. Также в ходе этих исследований впервые была получена информация о сечении реакции 7Е"" —У Л-тг-.

Научная новизна и практическая ценность.

Научная новизна диссертационной работы состоит, во-первых, в обнаружении существенного вклада нерезонансного механизма в распад rf -л 7г+7г""7, во-вторых, в прецизионном определении радиационной ширины Г(а2 -У 7Г7), в-третьих, в определении верхнего предела на ширину радиационного распада Г[Е(1385)~ —у Е~7], в-четвертых, в первом наблюдении электромагнитного образования системы Л-7Г~ и оценке сечения реакции фоторождения 7Е- —У А-кПрактическая ценность данной работы состоит главным образом в том, что ее результаты служат дальнейшему уточнению наших представлений о свойствах элементарных частиц, а также предоставляют важную информацию для планирования новых измерений.

Обнаружение в распаде г)' —у 7г+7г~7 вклада нерезонансного механизма стимулировало ряд дальнейших исследований этого распада. Наблюдаемый эффект был интерпретирован в теоретических работах как проявление "квадратной"1 аномалии, а затем независимо подтвержден в другом эксперименте [17]. В настоящее время предложено несколько способов описания распада rf —>• 7г+7г~7, основанных на методах киральной теории возмущений.

Положительный ответ на вопрос о возможности регистрации электромагнитного образования адронов на установке СФИНКС позволяет расширить область исследований на этой установке. В частности, для эксплуатации открывающихся возможностей в последнем сеансе была установлена дополнительная медная мишень.

Выполненное измерение радиационной ширины а2(1320)-мезона является наиболее точным в мире.

Полученное ограничение на ширину радиационного распада Е(1385)~-гиперона является самым низким в мире. Оно более чем вдвое улучшило существовавший верхний предел и вплотную приблизило оценку ширины к диапазону теоретических предсказаний.

Демонстрация доминирующего вклада электромагнитного механизма в образование Л7г~-системы в когерентных взаимодействиях Е~-гиперонов высокой энергии является первым измерением такого рода, и свидетельствует о вероятной осуществимости и других измерений процессов электромагнитного образования с участием Е^-гиперонов. b'Box" в англоязычной литературе

Оценка сечения фоторождения ст^Е- —> Л7г—] показывает, что при измерении радиационной ширины Е(1385)~-гиперона на основе эффекта Примакова существует физический фон — нерезонансное фоторождение . Это позволяет более информирование подойти к планированию новых измерений радиационной ширины Е (1385) "-гиперона. В то же время полученное численное значение свидетельствует о вероятном отсутствии такого фона при аналогичном измерении радиационной ширины Е(1385)+-гиперона.

В измерениях, основанных на эффекте Примакова, критичным является определение абсолютного значения сечения кулоновского образования изучаемой системы. Для нормировки сечений при измерении радиационной ширины а2-мезона и поисках электромагнитного образования Е(1385)~-гиперона в эксперименте SELEX потребовалось провести отдельное исследование — определить сечение дифракционного образования 7г+7г~7г- в 7г~С-взаимодействиях при энергии 600 ГэВ. Полученное значение может также использоваться для нормировки других измерений процессов кулоновского образования в этом эксперименте.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты исследования радиационного распада rf —¥ 7г+7г~7.

2. Наблюдение электромагнитного образования А(1232)+ на установке СФИНКС.

3. Результаты измерений парциальной ширины радиационного распада а2(1320)~ —>

7Г~7.

4. Результаты исследования реакции £~ + РЬ -¥ Атг~ + РЬ при энергии пучка 600 ГэВ.

5. Определение сечения дифракционного образования 7г+7г~7г~~ в тг~С-взаимодей-ствиях при энергии 600 ГэВ.

В основу настоящей диссертации положены результаты измерений, выполненных в Институте физики высоких энергий (ИФВЭ), Протвино на установках ЛЕПТОН-Ф (1981-83 гг.), СФИНКС (1989-90 гг.), и в национальной лаборатории им. Ферми (FNAL), США на установке SELEX (1996-97 гг.). Они опубликованы в виде препринтов ИФВЭ и FNAL, в журнале "Ядерная физика" и зарубежных научных журналах "Zeitschrift fur Physic С" и "Physics Letters В", докладывались на сессиях отделения ядерной физики академии наук и международной конференции HADRON-2001 [5, 6, 10, 14, 16, 18].

Структура диссертационной работы.

Диссертация состоит из настоящего введения, шести глав, заключения, списка цитируемой литературы и приложения.

В первой главе описывается исследование радиационного распада if —¥ 7г+7г~7, проведенное в рамках программы ЛЕПТОН-Ф. Приводятся краткое описание экспериментальной установки, критерии выделения искомой реакции и подавления фоновых процессов. Излагается анализ возможных квантовых чисел 7г+7г~-системы в изучаемом распаде, рассматриваются различные способы описания спектра эффективных масс 7г+7г~-системы. Проводится сравнение различных способов описания экспериментальных распределений, и в результате делается вывод о существенном вкладе нерезонансного механизма в исследуемый распад.

Во второй главе дается описание программы эксперимента СФИНКС, рассматриваются возможные механизмы образования криптоэкзотических барионов со скрытой странностью, приводятся аргументы в пользу эффективности электромагнитного механизма. Кратко описываются основные элементы установки, обсуждается возможность наблюдения электромагнитного образования обычных (не экзотических) адронов на уже набранной статистике. Излагается процедура выделения эксклюзивного образования системы ртг°, анализируются распределения по переданному импульсу и эффективной массе этой системы. Делается вывод о наблюдении электромагнитного образования бариона Д(1232).

Последующие главы посвящены исследованиям в эксперименте Е781.

В третьей главе дается обзорное описание эксперимента Е781 (FNAL, США), и приводится детальное описание экспериментальной установки SELEX. Особое внимание уделяется элементам установки, использованным при анализе кулоновских процессов.

Четвертая глава посвящена определению радиационной ширины а2(1320)-мезо-на, образующегося в результате эффекта Примакова, и регистрируемого в распадном канале ir+ir~ir~. Приводятся сведения об особенностях кинематической реконструкции в различных экспериментальных экспозициях, отборе событий эксклюзивного образования 37г-системы и выделении электромагнитного механизма. Излагается использованный теоретический формализм. Обсуждаются различные способы определения абсолютного сечения электромагнитного образования аг-мезона, и в результате делается вывод о желательности использования относительной нормировки на сечение дифракционного образования трех пионов. Приводится методика расчетов эффективности и разрешения по переданному импульсу, а также экспериментальное измерение разрешения в распадах пучковых Н~-гиперонов. Детально описываются методика фитирования сигнала, учет влияния сильного взаимодействия, процедура усреднения результатов, полученных на различных мишенях, оценка систематических ошибок.

В пятой главе описываются поиски электромагнитного образования £(1385)"-гиперона, регистрируемого по распаду на Л7г~, в Е"РЬ-взаимодействиях при энергии 600 ГэВ. Приводится описание процедур реконструкции, отбора событий, исследований возможных фоновых процессов. В результате выделяются события Л7г"~-системы, соответствующие взаимодействиям в мишени с малыми переданными импульсами. Поскольку в полученном спектре эффективных масс нет свидетельств образования £(1385)~-гиперона, ставится верхний предел на радиационную ширину этого резонанса. Далее проводится исследование механизма образования отобранных событий. Показывается, что в области эффективных масс М < 1.45 ГэВ превалирует электромагнитный механизм, а в больших массах — дифракция. Доказательство доминирующей роли электромагнитного механизма позволило оценить сечение реакции фоторождения 7Е" -» .

В шестой главе описывается измерение сечения дифракционного образования системы 7г+7г'7г' на установке SELEX. Важной чертой данного измерения является использование пучкового триггера для набора статистики, что исключает влияние эффективности триггера на определяемое значение. Для указанных измерений использовались две экспозиции с пучковым триггером: экспозиция калибровочных запусков, регулярно проводимых в течение всего сеанса, и специальная экспозиция для измерения полных сечений. Приводится анализ данных в каждой экспозиции, исследование зависимости эффективности реконструкции от интенсивности пучка, процедура усреднения полученных значений. В результате искомое сечение определено с относительной точностью 5%.

В заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертационной работе.

В приложении приведен полный список участников сотрудничества SELEX, являющихся авторами работ [14, 16], выполненных с использованием эффекта Примакова.

Основные результаты опубликованы в работе [16]. До выполнения этой работы данные о парциальной ширине распада (5.1) были получены в единственном эксперименте [15], в котором был установлен верхний предел Г[Е(1385)~ —У £"7] < 24кэВ на 90%-ном уровне достоверности. Экспериментальная информация о сечении реакции (5.2) отсутствовала.

В отличие от электромагнитных свойств N- и Л-барионов, детально изучавшихся в реакциях резонансного фоторождения и электророждения, данные о гиперонах значительно скромнее. Из радиационных1 распадов измерены только распады Е° —У Л7 и Л(1520) —> Л7. Имеются также непрямые (основанные на изучении данных по радиационным захватам каонов в if "-мезоатомах) модельно-зависимые оценки для ширин распадов А(1405) —у Л7 и Л(1405) £°7. Ни один другой радиационный распад гиперона не наблюдался. Еще имеются оценки верхних пределов на ширины распадов Е(1385)°-гиперона [90], но они не очень чувствительны: Г[£(1385)° Е°Т] < 1.75 МэВ и Г[Е(1385)° Л7] < 2.0 МэВ.

Особый интерес представляют радиационные распады отрицательных гиперонов Е(1385)~ —>• Е"7 и S(1530)~ —В рамках строгого соблюдения Эи(3)-симметрии данные распады запрещены сохранением [/-спина. Качественно этот запрет можно объяснить следующим образом. Доминирующим механизмом радиационного распада декуплета барионов является магнитный дипольный переход, связанный с переворотом спина одного из кварков. Отрицательно заряженные гипероны состоят из имеющих одинаковый заряд d- и s-кварков. В точной 8и(3)-симметрии одинаковы

1 Здесь и далее имеются ввиду только чисто радиационные распады, а не слабые радиационные. также их массы и магнитные моменты, поэтому электромагнитное поле воздействует на все кварки одинаковым образом и не может привести к перевороту спина одного из кварков по отношению к другим. Таким образом, радиационные распады £(1385)~ и S(1530)~ могут происходить только благодаря нарушению 8и(3)-симметрии, и их измерение представляется важным для выяснения природы этого нарушения.

Ширина радиационного распада £(1385)" —> £~7 оценивалась как в рамках различных предоположений о нарушении SU(3)- и Зи(6)-симметрий в "наивной" кварко-вой модели [91-93], так и в ряде более строгих подходов [94-105]. Полученные оценки находятся в области нескольких кэВ. Это очень маленькая величина по сравнению с составляющей приблизительно 2.4 МэВ парциальной шириной распада на £~7г°. Фон от этого распада (при потере мягкого фотона) делает невозможным прямое измерение радиационного распада. Поэтому на сегодняшний день единственным способом экспериментального определения радиационной ширины £(1385)" является измерение на основе эффекта Примакова, то есть измерение сечения образования £(1385)" в £~-пучке в электромагнитном поле ядра.

В эксперименте SELEX, как и в ранее проведенном эксперименте [15] (BNL), поиск электромагнитного образования £(1385)~ осуществлялся в системе Ктг~. Однако 600 ГэВ-ный пучок FNAL предоставлял более благоприятные условия проведения эксперимента по сравнению с 23 ГэВ-ным пучком BNL. Также в эксперименте SELEX была набрана более высокая статристика. Эти факторы позволили выделить вклад электромагнитного механизма в образование системы Ivk~ , и тем самым произвести оценку сечения реакции (5.2).

Распад на Аявляется основной модой для резонанса £(1385)~, а его относительная вероятность составляет 88%. Для выделения этой системы использовались данные эксклюзивного триггера (так же, как и для определения радиационной ширины аг-мезона). А-гиперон регистрировался по распаду нар7г~, так что в конечном состоянии были требуемые триггером 3 заряженные частицы. Как видно из рисунка пучковой части установки SELEX (рис. 3.2 на стр. 36), заметная база для распада А —> ртт~ имеется только в случае образования Е(1385)~ па свинцовой мишени. Особенности реконструкции треков в этой экспозиции могут быть найдены в разделе 4.1. Таким образом, для определения сечения электромагнитного образования Е(1385)- изучалась реакция

Отбор событий реакции (5.3) по существу аналогичен применявшимся при определении радиационной ширины аг-мезона отборам, которые детально описаны в разделах 4.2 и 4.7.1. Поэтому, для полноты изложения, здесь приводится лишь краткое описание.

Для последующего анализа отбирались события с реконструированным пучковым треком и тремя связанными треками в вершинном и М2 спектрометрах с суммарным зарядом Q — -1. Используя один положительный и один отрицательный трек,

5.1 Изучаемая реакция и отбор событий + РЬ Е(1385)- + РЬ

5.3) находилась их общая вершина, далее называемая вторичной. Затем, используя оставшийся отрицательный трек, пучковый трек, и соответствующий вторичной вершине квази-трек, направленный вдоль суммарного импульса в этой вершине, находилась первичная вершина. Идентификация частиц в конечном состоянии не проводилась, а спектры масс строились в предположении, что положительный трек является протоном, а отрицательные — 7г~-мезонами. Далее применялись следующие критерии:

1. Событие удовлетворяет номинальным требованиям триггера (3 срабатывания в годоскопе HI, треки в спектрометре М2 проходят через ограниченную охранными счетчиками область).

2. Пучковая частица идентифицирована как Е" посредством детектора переходного излучения.

3. Эксклюзивность события (соответствие суммы энергий вторичных частиц энергии пучка, отсутствие энерговыделения в гамма-детекторе РНТ1).

4. В событии есть хотя бы один Л-кандидат (Z-координата вторичной вершины находится далее первичной: ZpTj < Zsec, и одновременно эффективная масса частиц, образующих вторичную вершину, находится в области Л-гиперона).

Так как в конечном состоянии имеется два отрицательных трека, то возможны и две комбинации первичной и вторичной вершин. В небольшом проценте событий Л-кандидат присутствует в каждой из комбинаций. Обычно это не представляет проблемы, так как основные характеристики Л7г"-системы — трехчастичная эффективная масс и поперечный переданный импульс — одинаковы для обеих комбинаций. А в интересующих нас событиях с первичной вершиной в области свинцовой мишени и малыми переданными импульсами доля неоднозначностей была пренебрежимо мала.

Вышеперечисленные критерии отбора выделяют процесс эксклюзивного образования системы Атт~. При этом триггер и кинематическая реконструкция ограничивают эффективную регистрацию этого процесса областью —76 < ZpT; < Zsec < 2 см. Для выделения реакции (5.3) осталось только применить отборы по координатам первичной и вторичной вершин, и выбрать область используемых переданных импульсов. Однако, прежде чем перейти к рассмотрению получающихся результатов, бЗ'ДЗ'т рассмотрены возможные фоновые процессы.

5.2 Исследование возможных источников фона

Основным источником фона являлись распады пучковых Е~-гиперонов:

Доля Е~ в составе гиперонного пучка была на уровне 1%, или примерно 2% по отношению к Даже после отбора событий, имеющих первичную вершину в области свинцовой мишени, пик от распадов Е- в распределении по эффективной массе Атт~

An

5.4) системы превышает значения в соседних бинах более чем на порядок величины. Разрешение по эффективной массе в этой области составляет около БМэВ, что гораздо меньше интервала между массами Б~ и £(1385), которые равны 1.321 и 1.387ГэВ соответственно. Поэтому сам пик от распадов Е- в принципе не препятствует измерению, однако возможные негауссовы хвосты могут являться источником фона.

Другим источником фона могут быть распады пучковых £~-гиперонов —> птт~ (5-5)

L—» ртг в которых п впоследствии взаимодействует в веществе установки с образованием ртг~. Если эффективная масса рж~~ попадет в используемую для выделения Л-гиперона область, то событие будет реконструировано как соответствующее образованию системы Л.7г~. В первом приближении эффективная масса такой "Л-7г~"-системы превышает массу исходной частицы £~ на величину тд — тп, и как раз попадает в область резонанса £(1385)"". Варьируя отборы по М(рж~) и р2, было установлено, что процесс (5.5) действительно имеет место в установке SELEX. На каком уровне он присутствует после применения всех критериев отбора — вопрос количественный.

Благодаря удачной геометрии установки и достаточно хорошему разрешению по Z-координате первичной вершины, вклад всех фоновых процессов, обусловленных распадами пучковых частиц, мог быть определен экспериментально. Для этого для первичной вершины была выделена область мишени —58 < Zpr; < —52 см, и две контрольные боковые полосы —63 < Zpr; < -60 см и -50 < Zpri < -47 см, единственным источником вещества в которых был воздух. Чтобы обеспечить одинаковую для всех выделенных полос распадную базу, на вторичную вершину было наложено условие -45 < Zsec < 1 см для экспозиции без медных и углеродных мишеней, и -45 < Zsec < —11см для экспозиции с участием этих мишеней. В этом случае эффективность регистрации всех процессов, связанных с распадами пучковой частицы, практически одинакова для всех полос. Поглощением частиц в мишени при имеющемся уровне статистики можно пренебречь. В выделенных областях первичных вершин отсутствуют трековые детекторы, поэтому разрешение (по эффективной массе, поперечному импульсу и т.д.) для событий в боковых полосах в среднем совпадает с разрешением для событий в области мишени. Таким образом, события с первичной вершиной в контрольных полосах дают надежное представление о фоне, обусловленном распадами пучковых частиц.

Распределения событий по эффективной массе системы Л7г~ показаны на рис. 5.1. Рис. 5.1а соответствует очень малым переданным импульсам р2 < 0.001 ГэВ2, в которых сосредоточен основной вклад электромагнитного механизма, а рис. 5.lb — переданным импульсам р2 < 0.01 ГэВ2, которые также покрывают возможный вклад дифракционного механизма. Распределения для области мишени показаны жирной линией, распределения для контрольных полос заштрихованы.

Как видно из рис. 5.1, события из контрольных полос сосредоточены в области массы Е~-гиперона,. Для значений р2 < 0.001 ГэВ2 число фоновых событий вне области эффективных масс 1.305 < М < 1.340 ГэВ гораздо меньше статистической ошибки сигнала, и только в двух ближайших бинах сравнимо с ней. Для значений р2 < 0.01 ГэВ2 справедливо аналогичное утверждение, с модификацией интервала

M(A%~) [GeV] М(А%~) [GeV]

Рис. 5.1: Распределение событий по эффективной массе системы Л7г~ для Z-координат вершины в области мишени и контрольных полосах: а) — для диапазона р2 < 0.001 ГэВ2; Ь) — для диапазона р2 < 0.01 ГэВ2. Жирная линия соответствует первичным вершинам в области мишени, штриховка — контрольным полосам. эффективных масс на 1.300 < М < 1.360 ГэВ. Вне указанных интервалов фон от распада пучковых частиц пренебрежимо мал, а все события, таким образом, вызваны взаимодействиями в свинцовой мишени.

Принципиально другим источником фона к изучаемой реакции могут служить взаимодействия других (не Е-) пучковых частиц с мишенью. Их доля, по отношению к Б", составляла [67]: и 100% тг", и 2% - (3.2 ± 2)% К~, ~ 0.2% р, ~ 0.2% .

Пучковые 7г~-мезоны надежно подавлялись с помощью пучкового детектора переходного излучения BTRD. В данном анализе требовалось, чтобы число сработавших плоскостей в этом детекторе не превышало 4, что является более жестким условием, чем обычно применяемый отбор ^ 5.

Взаимодействия пучковых в случае образования системы АК~, могут служить фоном к реакции (5.3), поскольку идентификация частиц в конечном состоянии не производится. Аппаратура установки SELEX не позволяет эффективно разделять эти процессы. Из общих соображений можно ожидать, что сечение образования АК~ в ЕЕ- пучке сравнимо с сечением образования Ati~ в пучке.

Уровень подавления пучковых К~ посредством BTRD неизвестен, однако процессы, способные имитировать реакцию (5.3), маловероятны. Подходящую сигнатуру имеет образование системы Ар, но сечение этого процесса должно быть малым. Другим возможным кандидатом является образование К§тг~, но, как показали проведенные исследования, вероятность отражения в Л низка.

Доля р и в пучке слишком мала, чтобы их взаимодействия могли привести к заметному фону. Таким образом, только взаимодействия Е~ могут имитировать реакцию (5.3). Их уровень ограничен несколькими процентам, что существенно ниже статистической ошибки измерений.

Еще одним источником фона являются окружавшие свинцовую мишень сцинтил-ляционные счетчики Spb, на которых также может происходить образование Атг~. Что касается электромагнитного механизма образования, то эти счетчики фактически являются "плохой" мишенью, на которой, как было сосчитано в разделе 4.9, рождается и 1.8% событий. Что же касается сильных взаимодействий, то, поскольку основным элементов счетчиков является углерод, в интересующей нас области очень малых переданных импульсов р2 < 0.001 ГэВ2 их вклад мал. Это заключение было дополнительно подтверждено изучением Атг~ событий, образованных на счетчике S3.

5.3 Определение радиационной ширины Е(1385)~

Как было показано в предыдущем разделе, основной фон к образованию Л7г- на мишени обусловлен распадами пучковых Б" и сосредоточен в области эффективных масс 1.305 < М < 1.340 ГэВ. Используя контрольные полосы, этот фон в принципе можно было бы вычесть. Однако при этом получается очень большая статистическая ошибка: она примерно соответствует уровню сигнала, и в несколько раз превосходит ошибки в остальной части спектра. Поэтому при определении радиационной ширины интервал 1.305 < М < 1.340 ГэВ был исключен из рассмотрения.

Для построения итогового спектра масс были использованы отборы

• по первичной вершине: -58 < Zpri < -52 см;

• по вторичной вершине: Zsec > —50 см при этом используется вся доступная для распада Л база);

• по квадрату переданного импульса: р2 < 0.001 ГэВ2.

Полученное распределение представлено на рис. 5.2 в виде гистограммы. Пределы и число каналов гистограммы были подобраны так, что интервал 1.305 < М < 1.340ГэВ занимал точно 2 бина. Четкий пик в области массы Е(1385)~, который бы указывал на электромагнитное образование этого гиперона, отсутствует. Поэтому устанавливается верхний предел на его радиационную ширину. Это можно сделать, вообще говоря, без выяснения природы отобранных событий.

С точки зрения теории, электромагнитное образование Е(1385)"-гиперона в £~-пучке и aj-мезона в 7г~-пучке полностью аналогичны. Процедура вычисления сечения, соответствующего применяемым критериям отбора, также аналогична, и поэтому далее излагается кратко.

Основные резз'льтаты теории, необходимые для описания экспериментальных данных, суммированы в разделе 4.4. Дважды дифференциальное сечение da/dMdq2, где q — "истинный" переданный импульс, определяется выражениями (4.8)-(4.10). Зависимость сечения от q2 в области малых значений этой переменной с хорошей точностью описывается выражением da/dq2 ~ (q2 - q^^/q4, где g2in — минимально возможное значение д2, которое для образования Е(1385)~ составляет примерно

3-1СГ7 ГэВ2. Поэтому наблюдаемые распределения и сечения определяются экспериментальным разрешением по переданному импульсу и отбором по измеренному значению квадрата переданного импульса р2.

Методика определения разрешения по переданному импульсу основана на экспериментальном определении разрешения в распадах пучковых ^"-гиперонов (5.4) и подробно описана в разделе 4.7. Применение этой методики к процессу электромагнитного образования а^-мезона потребовало использования программы моделирования установки для учета различий в кинематических распределениях. В данном случае кинематические характеристики основной реакции (5.3) и распада (5.4) очень близки, поэтому разрешение по поперечному переданному импульсу определяется непосредственно из эксперимента и не требует поправок. Единственное существенное отличие от изложенной в разделе 4.7 процедуры заключается в ограничении распадной базы для Л такой же областью, какая использовалась для выделения искомой реакции (5.3). Для основной части статистики, в которой углеродные и медные мишени отсутствовали, для ширины функции разрешения было получено значение а = 16.3 МэВ. Зная разрешение, можно вычислить зависимость сечения от эффективной массы dcr/dМ. Математически эта зависимость определяется выражениями (4.46)—(4.49), а на практике проводилось численное интегрирование.

Чтобы связать полученное сечение с ожидаемым числом событий, использовалась относительная нормировка на сечение дифракционного образования 7г+7г~7г~

Ъ)

40 I А

20 J 1 rt м

4 т X mil п ~ 1 1 1 1 1 Г1

Q -ЖХ///У//Уi I I I I I I

1.2 1.4 1.6 1.8 М(Ак~) [GeV]

Рис. 5.2: Описание распределения по эффективной массе Атт^-системы: а) при описании фона функцией (5.6); Ь) при описании фона функцией (5.7). Область 1.305 < М < 1.340 ГэВ исключена из рассмотрения. Фит суммой резонанса и фона показан сплошной линией. Штриховая линия показывает фон. Заштрихованное распределение соответствует полученному на 90%-ном уровне достоверности ограничению. системы с эффективной массой в интервале 0.8 < М(37г) < 1.5 ГэВ на ядре углерода. Этот подход полностью аналогичен описанной в разделе 4.5 процедуре, применявшейся при анализе электромагнитного образования а^ -мезона. Тогда связь между сечениями и числами событий определяется формулами, аналогичными (4.30)—(4.32), с единственной модификацией: вводится дополнительный коеффициент, описывающий относительное количество /тг~ в гиперонном пучке. Данное отношение, с учетом отбора по пучковому детектору переходного излучения BTRD и приведенное к Z-координате свинцовой мишени, составило 0.93. Для расчетов эффективности использовалась стандартная программа моделирования установки [72], основанная на пакете GEANT-3.21 [73]. При этом, разумеется, эффективность отбора по детектору BTRD повторно не учитывалась. Отношение эффективностей регистрации основного процесса (5.3) и нормировочного процесса (6.1) дифракционного образования 7г+7г-7г~-системы составило приблизительно 1%. Такое низкое значение обусловлено главным образом малостью распадной базы.

Для описания Е(1385)~-резонанса в экспериментальном спектре масс на рис. 5.2 использовалась устанавливаемая выражением (4.47) зависимость da/dM, свернутая с экспериментальным разрешением. Разрешение по массе было определено по £--пику. Было найдено, что оно хорошо описывается нормальным распределением с а = 6.4 МэВ для экспозиции, в которой присутствовали углеродные и медные мишени, и с а — 5.6 МэВ для экспозиции без этих мишеней (в которой набрана большая часть статистики). Хотя резонанс Е(1385)~" достаточно узкий, парциальные ширины Г в выражении (4.47) рассматривались как функции эффективной массы и параметризовались в соответствии с формулой (4.11) со значениями орбитального момента L = 1 как в канале Лтг~, так и в £"7. Параметры резонанса (масса, ширина и относительная вероятность распада на Лтг~) были фиксированы в соответствии с мировыми средними 2002 года [57]: т0 = 1.3872 ГэВ, Г0 = 39.4 МэВ, ВЩЛ7Г] = 88%. Таким образом, единственным фитируемым параметром была парциальная ширина радиационного распада.

Фон к образованию £(1385)~-резонанса описывался гладкой кривой, зануляю-щейся на пороге реакции Mthr. Расчеты были проведены для двух вариантов фона. В первом случае использовалась функция где Pi являлись свободными параметрами. Оказалось, что при таком выборе фона данные описываются удовлетворительно в области масс М < 1.5 ГэВ. Соответствующие результаты фитирования показаны на рис. 5.2а. Во втором случае использовалась сумма двух функций типа (5.6), то есть

В этом случае удовлетворительно описывается вся приведенная на рис. 5.2 область масс. Результаты фитирования показаны на рис. 5.2Ь.

Полученные в результате фита численные значения среднего и ошибки для ради ацонной ширины приведены в таблице 5.1 в строке 1. Как и ожидалось из вида

Д(М) = Р1(М- Mthr)P2 ехр [-Р3(М - Mthr)]

5.6)

2(М) = Р, (М - Mthr)P2 ехр [~Р3{М - Mthr)] + Р4 (М - Mthr)^ ехр [-Р6(М - Mthr)]

5.7)

N Вариации анализа r(i) 1 fit r(i) 90% Г(2) Г(2) 1 90%

1 "Стандартные" отборы 0.37 ±3.79 6.5 3.66 ±4.36 9.8

2 Экспозиция без С и Си мишеней -1.99 ±4.42 6.2 1.32 ±5.08 9.2

3 -61 < Zpii < -49 см -0.49 ±3.67 5.7 3.57 ±4.51 10.0

4 -50 < Zsec < 1 см -0.48 ±3.75 5.9 2.67 ±4.21 8.8

5 Zsec вне ВМЗ (-20 < ZBM3 < -13 см) 1.90 ±4.13 8.1 5.33 ±4.98 12.0

6 pi < 0.0005 ГэВ2 4.03 ±4.34 10.1 4.70 ± 4.44 11.0

7 Шаг гистограммы 10 МэВ 0.83 ±3.76 6.7 3.50 ±4.38 9.7

Заключение

В заключении кратко сформулируем основные результаты диссертационной работы.

1. На установке ЛЕПТОН-Ф проведено исследование радиационного распада rf —> 7г+7г~7, детектируемого в реакции перезарядки 7г~+р —> 7г+7г~7+п. Выработаны критерии отбора, позволяющие подавлять фоновые процессы. Для дальнейшего анализа отобрана выборка событий, содержащая примерно 2000 гу'-мезонов, что являлось наибольшей статистикой в мире на момент проведения анализа данных.

2. Проведен анализ углового распределения в распаде rf —> 7г+7г~7. Из законов сохранения следует, что квантовые числа 7г+7г--пары в этом распаде могут принимать значения jpc 1 ,3 ,., а проекция орбитального момента на направление движения фотона — значения М = ±1, что определяет вид угловых распределений. Обнаружено, что экспериментальное распределение согласуется со значением J = 1 для 7Г+7г~"-пары. Получена верхняя оценка интегрального вклада амплитуды с J — 3 в этот распад: ~ 6% на 95%-ном уровне достоверности.

3. Исследован спектр эффективных масс 7г+7г~-пары в распаде rf —У 7г+7г-7. Проведено описание этого спектра в рамках наивной модели каскадного распада через виртуальный р-мезон с использованием различных способов параметризации формы р-мезона. Показано, что в этой модели невозможно получить удовлетворительное описание экспериментального спектра. Показано, что учет возможных вкладов других векторных мезонов также не приводит к удовлетворительному описанию данных. Для объяснения наблюдаемого расхождения предложено использовать распад в конечное состояние без образования промежуточного резонанса; получено выражение для амплитуды такого распада. Показано, что введение этой амплитуды значительно улучшает описание данных. В результате сделан вывод о существенном вкладе в исследуемый распад нерезонансного механизма.

Обнаружение нерезонансного вклада стимулировало дальнейшие экспериментальные и теоретические исследования этого распада. В теоретических работах этот эффект был интерпретирован как проявление "квадратной" аномалии, и впоследствии подтвержден в другом эксперименте. В настоящее время имеется несколько подходов к описанию распада rf -4 7r+7r~7, основанных на киральной теории возмущений.

4. В связи с предложенным механизмом образования криптоэкзотических барио-нов в электромагнитных взаимодействиях проведен анализ возможностей уста новки СФИНКС для наблюдения процессов кулоновского образования адронов. Показано, что лучшим кандидатом для наблюдения кулоновского образования на имеющейся статистике является образование А(1232)+ в эффекте Примакова. При этом изобара Д(1232)+ должна регистрироваться по распдаду на р7г°, а 7г° должен выделяться по конечному состоянию е+е~-у.

5. Проведен анализ данных трехчастичного триггера установки СФИНКС, выделен процесс эксклюзивного образования системы рп°, получено распределение по эффективной массе М(ртт°), соответствующее кулоновскому образованию этой системы. В этом распределении присутствует пик в области масс 1.23 ГэВ. Указанный пик хорошо описывается распределением, ожидаемым для образования Д(1232)+ в эффекте Примакова, с табличными значениями массы и полной ширины этого резонанса. Это доказывает принципиальную возможность регистрации процессов электромагнитного образования на установке СФИНКС.

6. Создано программное обеспечение для реконструкции, анализа и моделирования эксклюзивных процессов на установке SELEX, для теоретических расчетов процессов электромагнитного образования резонансов.

7. Проведен анализ эксклюзивного образования 7г+7г~7г~-системы в 7г~С-взаимо-действиях при энергии 600 ГэВ. Использование специальных экспозиций с пучковым триггером позволило определить сечение дифракционного образования этой системы с 5%-ной точностью: xdiff(C) = 2.57 ±0.13 мб

Это сделало возможным использование указанного процесса для относительной нормировки сечений в основанных на эффекте Примакова исследованиях: измерении радиационной ширины а2(1320)-мезона и поисках электромагнитного образования Е(1385)~-гиперона. Указанный процесс может также использоваться для нормировки других измерений процессов кулоновского образования в эксперименте SELEX.

8. Проведен анализ распадов пучковых Н~-гиперонов. Выделено примерно 6800 событий распадов Н~ -4 An", А -4 рт--. Измеряемый переданный импульс в этом процессе определяется только разрешением установки, что позволило определить эту величину экспериментально. Полученные значения разрешения по переданному импульсу в распадах S" послужили опорной точкой при определении разрешения в электромагнитном образовании а2(1320)-мезона, и использовались для расчетов ожидаемых сигналов в эффекте Примакова.

9. Проведен анализ процесса эксклюзивного образования 7г+7г~7г~-системы в 7Г-С-, 7г~Си- и 7г~РЬ-взаимодействиях при энергии 600 ГэВ. В этой системе в области малых переданных импульсов выделен процесс образования а2(1320)-мезона, в котором доминирует электромагнитный механизм. Используя формализм эффекта Примакова, определена ширина радиационного распада этого мезона:

Г [а2(1320)- 7Г7] = 284 ± 25 ± 25 кэВ

Данное измерение имеет полную относительную неопределенность 12.5% и до сих пор является лучшим в мире.

10. Проведен анализ процесса эксклюзивного образования Л7г~-системы в £РЬ-взаимодействиях при энергии 600 ГэВ. Показано, что в области малых переданных импульсов вклад фоновых процессов, связанных с распадами всех типов пучковых частиц, пренебрежимо мал. Используя формализм эффекта Примакова, получен верхний предел на парциальную ширину радиационного распада £(1385)-гиперона

Г [£(1385)"" -> £-7] < 9.5 кэВ (90% CL)

Этот предел более чем в два раза улучшил единственное предыдущее измерение.

11. Исследован механизм образования Л7г~-системы в £~РЬ-взаимодействиях при переданных импульсах р2 < 0.001 ГэВ2. Показано, что в области эффективных масс М < 1.45 ГэВ в образовании Л-7г~-системы доминирует электромагнитный механизм. Таким образом, это является первым наблюдением электромагнитного образования An". Используя формализм эффекта Примакова, оценено сечение фоторождения Ап~ на £~: а[7£ -f Air } 56 ±12 ± 11 мкб и1.385ГэВ

Измерения сечения фоторождения на £~ существенно для планирования новых экспериментов. Полученная величина сечения означает, что основным фоновым процессом при измерении радиационной ширины £(1385)~ в эффекте Примакова является нерезонансное образование А7г~, и его сечение превышает сечение резонансного образования. Таким образом, для измерения Г[£(1385)~ —)■ £"7] в эффекте Примакова требуется значительно большая статистика, чем предполагалось ранее.

При естественном предположении, что нерезонансные сечения реакций —> Л7Г~ и 7£+ —> Ап+ сравнимы, можно сделать выводы о возможностях измерения ширины радиационного распада £(1385)+-гиперона. Поскольку этот распад не подавлен сохранением [/-спина, его парциальная ширина значительно выше ширины £(1385)" (предсказания находятся на уровне 100кэВ). Поэтому измерение радиационной ширины £(1385)+ на основе эффекта Примакова представляется относительно простой задачей.

Благодарности

Считаю приятным долгом поблагодарить свою супругу О. Д. Молчанову за многолетнее терпение, проявленное при выполнении автором данных исследований.

Эксперименты, положенные в основу диссертации, выполнены в ИФВЭ, Протвино на установках ЛЕПТОН-Ф и СФИНКС, и в национальной лаборатории им. Ферми, США на установке SELEX.

Я благодарен соавторам по исследованиям на установке ЛЕПТОН-Ф С.И. Би-тюкову, Г.В. Борисову, В.А. Викторову, В.А. Дорофееву, Р.И. Джелядину, С.В. Головкину, М.В. Грицуку, A.M. Зайцеву, А.С. Константинову, В.П. Кубаровскому, Н.Ю. Кульману, А.И. Кулявцеву, В.Ф. Куршецову, Л.Г. Ландсбергу, В.В. Лапину, В.А. Мухину, Ю.Б. Новожилову, В.Ф. Образцову, В.И. Солянику.

Мне приятно выразить благодарность коллегам из ИФВЭ и ИТЭФ, в разные годы принимавшим участие в сотрудничестве СФИНКС: Ю.М. Антипо-ву, А.В. Артамонову, М.Я. Балацу, В.А. Батарину, В.А. Беззубову, И.М. Беляеву, B.C. Буртовому, Д.В. Вавилову, B.C. Ваньеву, B.C. Веребрюсову, В.А. Викторову, В.Е. Вишнякову, В.Н. Говоруну, С.В. Головкину, Ю.П. Горину, Ю.Л. Гришкину, М.В. Грицуку, В.М. Гужавину, Г.В. Давиденко, А.Г. Долголенко, В.А. Дорофеев}', Г.В. Дзюбенко, В.А. Еремину, О.В. Ерошину, О.А. Земскову, С.А. Зимину, А.Н. Исаеву, А.Д. Каменскому, В.А. Кириллову, Г.К. Клигеру, А.П. Кожевникову, В.З. Кол-ганову, А.С. Константинову, Ю.В. Корчагину, М.А. Кубанцеву, В.П. Кубаровскому, Н.Ю. Кульману, А.И. Кулявцеву. В.Ф. Куршецову, А.Е. Кушниренко, B.C. Лакае-ву, Л.Г. Ландсбергу, Г.С. Ломкаци, В.А. Медовикову, В.А. Мухину, А.П. Нилову, Ю.Б. Новожилову, Д.И. Паталахе, С.В. Петренко, А.И. Петрухину, О.И. Погорел-ко, В.А. Пруцкому, Н.В. Рабину, В.А. Сенько, А.И. Ситникову, А.В. Склезневу, В.Т. Смолянкину, В.И. Солянику, А.Н. Сытину, И.М. Филимонову, С.В. Фролову, А.Г. Холоденко, Н.А. Шаланде, В.И. Якимчуку.

Автор выражает признательность многочисленному интернациональному коллективу эксперимента SELEX. Особо я хотел бы .поблагодарить коллег, с которыми мне приходилось наиболее часто обсуждать различные аспекты измерения радиационной ширины аг-мезона (А. Долголенко, В. Ким, В. Кубаровский, В. Куршецов, Л. Ландсберг, Т. Ferbel, P. Slattery, М. Zielinsky), и сотрудников, связанных с разработкой программного обеспечения и реконструкцией данных (Д. Вавилов, Н. Куропаткин, В. Куршецов, А. Кушниренко, И. Ларин, В. Рудь, А. Очерашвили, Н. Терентиев, P. Cooper, U. Dersch, I. Eschrich, S.Y. Jun, H. Kriiger, J. Simon, J. You). Я благодарен лидерам эксперимента (J. Russ, P. Cooper) за поддержку исследований Примаковской программы, а также директору института им. Макса Планка в Хайдельберге В. Povh за финансовую поддержку работ по определению сечения дифракционного образования трех пионов.

Я глубоко признателен своему научному руководителю — профессору Леонид,' Григорьевичу Ландсбергу за научное руководство, а также Валерию Петровичу Кубаровскому и Виктору Филипповичу Куршецову — за многочисленные плодотворные дискуссии в течение многих лет совместной работы.

Я благодарен Дирекции ИФВЭ за поддержку выполненных автором исследований, и всем службам института, чья работа способствовала их реализации.

1. С. И. Битюков и др., " Обнаружение радиационного распада D( 1285) </>7", Письма в ЖЭТФ 45 (1987) 368.

2. Н. Primakoff, "Photo-production of neutral mesons in nuclear electric fields and the mean life of the neutral meson", Phys. Rev. 81 (1951) 899.

3. I. Ya. Pomeranchuk and I. M. Shmushkevich, " On processes in the interaction of j-quanta with unstable particles", Nucl. Phys. 23 (1961) 452.

4. Volker D. Burkert, " CEBAF and the baryon physics program", Invited talk at 7th International Conference on the Structure of Baryons, Santa Fe, NM, 3-7 Oct 1995.

5. S. I. Bityukov, G. V. Borisov, V. A. Dorofeev, R. I. Dzhelyadin, S. V. Golovkin, M. V. Gritsuk, A. S. Konstantinov, V. P. Kubarovsky, N. Yu. Kulman,

6. A. I. Kulyavtsev, V. F. Kurshetsov, L. G. Landsberg, V. V. Lapin, V. V. Molchanov, V. A. Mukhin, Yu. B. Novozhilov, V. F. Obraztsov, V. I. Solyanik, V. A. Viktorov, A. M. Zaitsev, "Study of the radiative decay rf -> тг+тГт", Z. Phys. C50 (1991) 451.

7. С. И. Битюков, Г. В. Борисов, В. А. Викторов, В. А. Дорофеев, Р. И. Дже-лядин, С. В. Головкин, М. В. Грицук, А. М. Зайцев, А. С. Константинов,

8. Д. В. Вавилов и др., "Исследование дифракционных реакций р + С —У Е(1385)°^+ + С и р + С —у + С и поиски экзотических барионов", ЯФ 58 (1995) 1426.

9. S. V. Golovkin et al., "New data on thep + N T,°K+] + N reaction at Ep = 70 GeV and the search for exotic baryons", Eur. Phys. J. A5 (1999) 409.

10. Д. В. Вавилов и др., "Исследование дифракционной реакциир+N + Nпри энергии протонов Ер = 70 ГэВ и наблюдение распада А"(2000) —у 12+К0", ЯФ 63 (2000) 1469.

11. Д. В. Вавилов, В. П. Кубаровский, В. Ф. Куршецов, JI. Г. Ландсберг, В. В. Молчанов, "Электромагнитные механизмы образования экзотических барионоё', ЯФ 62 (1999) 501.

12. Е. N. May et al., "Photoproduction oj щ± resonances", Phys. Rev. D16 (1977) 1983.

13. D. E. Groom et al., "Review of particle physics", Eur. Phys. J. C15 (2000) 1.

14. S. Cihangir et al., "Radiative width of the a2(1310)", Phys. Lett. B117 (1982) 119.

15. V. V. Molchanov et al., "Radiative decay width of the a2(1320)~ meson", Phys. Lett. B521 (2001) 171,полный список авторов этой работы приведен в Приложении.

16. Е. Arik et al., "Y* production in nucleus reactions", Phys. Rev. Lett. 38 (1977) 1000.

17. V. V. Molchanov et al, " Upper limit on the decay £(1385)- and cross section for jT," АтГ", Phys. Lett. B590 (2004) 161,полный список авторов этой работы приведен в Приложении.

18. A. Abele et al., "Measurement of the decay distribution ofrf —У 7г+7г~7 and evidence for the box anomalf, Phys. Lett. B402 (1997) 195.

19. V. V. Molchanov, "Radiative decay width of the a2(1320) meson", AIP Conf. Proc. 619 (2002) 835.

20. S. M. Jacobs et al., "Study of the r{ produced in K~p interactions at 2.885 GeV/c", Phys. Rev. D8 (1973) 18.

21. J. S. Danburg et al., "Study of the rj1 meson from the reaction K~p —» Лrf at 2.18 Ge V/c", Phys. Rev. D8 (1974) 3744.

22. A. Grigorian et al., " Charge conjugation invariance in rf{958) —7г+7г7", Nucl. Phys. B91 (1975) 232.

23. W. В artel et al., "A measurement of the reaction e+e~ e+e~r/ and the radiative width T{rj' ->■ 77) a,t PETRA", Phys. Lett. ВИЗ (1982) 190.

24. H. J. Behrend et al., "Determination of the radiative widths of the ?/ and A2 from two photon exchange production", Phys. Lett. B114 (1982) 378.

25. Christoph Berger et al., "Measurement of exclusive if production in 77 reactions", Phys. Lett. B142 (1984) 125.

26. M. Althoff et al., 11 Measurement of the radiative width of the 7/(958) m two photon interactions", Phys. Lett. B147 (1984) 487.

27. H. Aihara et al., "A study of r{ formation in photon-photon collisions", Phys. Rev. D35 (1987) 2650.

28. H. Albrecht et al., "Measurement of rf —У 7г+7г 7 in 77 collisions", Phys. Lett. B199 (1987) 457.

29. F. Butler et al., "Measurement of the two photon width of the ?/(958)", Phys. Rev. D42 (1990) 1368.

30. M. Benayoun et al, "Experimental evidences for the box anomalij in r\jrf decays and the electric charge of quarks", Z. Phys. C58 (1993) 31.

31. С. И. Битюков и др., "Комбинированный спектрометр заряженных адронов и 7-квантов для исследования радиационных распадов и поисков новых мезонных состояний", Препринт ИФВЭ 84-216, Серпухов, 1984.

32. F. Binon et al., llHodoscope gamma spectrometer GAMS-200\ Nucl. Instr. Meth. 188 (1981) 507.

33. J. D. Jackson, "Remarks on the phenomenological analysis of resonances", Nuovo Cim. 34 (1964) 1644.

34. G. J. Gounaris and J. J. Sakurai, "Finite width corrections to the vector meson dominance prediction for p -4 e+e~", Phys. Rev. Lett. 21 (1968) 244.

35. J. Pisut and M. Roos, "p-meson shape", Nucl. Phys. B6 (1968) 325.

36. R. Spital and D. R. Yennie, "p° shape in photoproduction", Phys. Rev. D9 (1974) 126.

37. С. И. Битюков и др., " Обнаружение и исследование векторного мезона С(1480), распадающегося по каналу фтг°", ЯФ 46 (1987) 506.

38. A. Donnachie and Н. Mirzaie, "Evidence for two p'(1600) resonances", Z. Phys. C33 (1987) 407.

39. M. A. Ivanov and T. Mizutani, "The box anomaly and radiative decays of r]{rf) mesons", hep-ph/9710514 (1997).

40. A. V. Kisselev and V. A. Petrov, "Box anomaly and decay rf -4 7г+7г~7", Phys. Atom. Nucl. 63 (2000) 499.

41. E. P. Venugopal and Barry R. Holstein, " Ch iral anomaly and r\rf mixing'\ Phys. Rev. D57 (1998) 4397.

42. Barry R. Holstein, "Allowed rj decay modes and chiral symmetry", Phys. Scripta T99 (2002) 55.

43. M. Benayoun, P. David, L. DelBuono, P. Leruste, and H. B. O'Connell, " Anomalous rj/rj' decays: The triangle and box anomalies", Eur. Phys. J. C31 (2003) 525.

44. B. Borasoy and R. Nissler, "77, rf —У 7г+7г"7 with coupled channels", arXiv:hep-ph/0405039 (2004).

45. Barry R. Holstein, " Chiral anomaly and 7З7Г", Phys. Rev. D53 (1996) 4099.

46. T. Nakano et al., " Observation of S = +1 baryon resonance in photo-production from neutron", Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 012002.

47. J. Barth et al., 11 Observation of the positive-strangeness pentaquark ©+ in photoproduction with the SAPHIR detector at ELS A", Phys. Lett. B572 (2003) 127.

48. V. V. Barmin et al., " Observation of a baryon resonance with positive strangeness in K+ collisions with Xe nuclei', Phys. Atom. Nucl. 66 (2003) 1715.

49. S. Stepanyan et al., "Observation of an exotic 5 = 4-1 baryon in exclusive photoproduction from the deuteron", Phys. Rev. Lett. 91 (2003) 252001.

50. V. Kubarovsky et al., " Observation of an exotic baryon with S = +1 in photoproduction from the proton", Phys. Rev. Lett. 92 (2004) 032001.

51. A. E. Asratyan, A. G. Dolgolenko, and M. A. Kubantsev, "Evidence for formation of a narrow K$p resonance with mass near 1533 MeV in neutrino interactions", Phys. Atom. Nucl. 67 (2004) 682.

52. A. Airapetian et al., "Evidence for a narrow |5| = 1 baryon state at a mass of 1528 MeV in quasi-real photoproduction", Phys. Lett. B585 (2004) 213.

53. A. Aleev et al., " Observation of narrow baryon resonance decaying into pKQs in pA interactions at 70 GeV/c with SVD-2 setup", arXiv:hep-ex/0401024 (2004).

54. M. Abdel-Bary et al., "Evidence for a narrow resonance at 1530 MeV/с2 in the K°p system of the reaction pp T,+K°p from the COSY-TOF experiment', arXiv:hep-ex /0403011 (2004).

55. P. Zh. Aslanyan, V. N. Emelyanenko, and G. G. Rikhkvitzkaya, " Observation of S = +1 narrow resonances in the system К$р fromp + CzH% collision at 10-GeV/c' arXiv:hep-ex/0403044 (2004).

56. S. Chekanov et al., "Evidence for a narrow baryonic state decaying to K$p and Kgp in deep inelastic scattering at HERA", Phys. Lett. B591 (2004) 7.

57. Д. В. Вавилов и др., "Поиски тяжелых пентакварковых экзотических барионов со скрытой странностью в реакциях р + N —> (рф) + N и р + N —>■ (А(1520)АГ+) + N при энергии Ер = 70 ГэВ', ЯФ 57 (1994) 241.

58. К. Hagiwara et al., "Review of particle physics", Phys. Rev. D66 (2002) 010001.1581 S. Y. Jun et al. " Observation of the Cabibbo-suppressed decay —» pK 7r+", Phys. Rev. Lett. 84 (2000) 1857.

59. Prakash Mathew, Construction and Evaluation of a High Resolution Silicon Micro strip Tracking Detector and Utilization to Determine Interaction Vertices, PhD thesis, Dept. of Physics, Carnegie Mellon University, 1997.

60. Т. J. Roberts et al., "Three-pion production on complex nuclei at 23 GeV/c", Phys. . Rev. D18 (1978) 59.

61. D. V. Amelin et al., uStudy of resonance production in diffractive reaction тг~А тг+тг-тг-А", Phys. Lett. B356 (1995) 595.

62. A. Halprin, С. M. Andersen, and H. Primakoff, "Photonic decay rates and nuclear-coulomb-field coherent production processes", Phys. Rev. 152 (1966) 1295.

63. G. Faldt et al., " Coulomb production", Nucl. Phys. B41 (1972) 125.

64. G. Faldt, "Coherent production in the nuclear coulomb field\ Nucl. Phys. B431972) 591.

65. Frank von Hippel and C. Quigg, " Centrifugal-barrier effects in resonance partial decay width, shapes, and production amplitudes", Phys. Rev. D5 (1972) 624.

66. C. Bemporad et al., 11 Coherent production of K*+(890) on nuclei and determination of an upper limit for the radiative decay width T(K*+ —» 7)", Nucl. Phys. B511973) 1.

67. U. Dersch et al., "Total cross section measurements with , Е- and protons on nuclei and nucleons around 600 GeV/c", Nucl. Phys. B579 (2000) 277.

68. R. J. Glauber, "High-energy collision theory, in Lectures in Theoretical Physics, edited by W. E. Brittin et al., pages 315-414, Interscience, New York, 1959.

69. G. Faldt, "Dissociation and stripping of high-eenrgy deuterons", Phys. Rev. D2 (1970) 846.

70. V. Kubarovsky, "Radiative width of the a2 meson", in Proceedings of the 29th International Conference on High Energy Physics (ICHEP '98), pages 1296-1299, 1999, hep-ex/9901014.

71. M. Zielinski et al., "Three pion production on nuclei at 200 GeV\ Z. Phys. C16 (1983) 197.

72. G. Davidenko et al., "GE781: a Monte Carlo package for fixed target experiments'', in Proceedings of the International Conference on Computing in High Energy Physics'95, page 832, September 1995.

73. GEANT — Detector Description and Simulation Tool, CERN Program Library. Long Writeup, W5013.

74. J. D. Hansen et al., "Formalism and assumptions involved in partial-wave analysis of three-meson systems'\ Nucl. Phys. B81 (1974) 403.

75. S. U. Chung, "Formulas for Partial-Wave Analysis Version IP, Preprint BNL-QGS-93-05, 1993.

76. M. Zielinski et al, "Partial-wave analysis of coherent Зтт production on nuclei at . 200 GeV', Phys. Rev. D30 (1984) 1855.

77. MINUIT — Function Minimization and Error Analysis, CERN Program Library, Long Writeup, D506.

78. M. Margulies et al., aHigh statistics investigation of K°K~ decay of A2 produced by 23 GeV/с 7Г on hydrogen'', Phys. Rev. D14 (1976) 667.

79. Yu. M. Antipov et al., "Аь A2 and A3 production in ir~p —У ж~-к~ж+р at 25 GeV/c and 40 GeV/c", Nucl. Phys. B63 (1973) 153.

80. C. Daum et al., "A2 meson production at high energies in the reaction 7r~p -4 7Г-7Г-7Г+Р", Phys. Lett. B89 (1980) 276.

81. W. E. Cleland et al., "Resonance production in the reaction it±p K^K^ at 30 a,nd 50 GeV/c", Nucl. Phys. B208 (1982) 228.

82. C. Bromberg et al., "Study of A2 production in the reaction n~p —> K°K~p at 50 GeV/c, 100 GeV/c, and 175 GeV/c", Phys. Rev. D27 (1983) 1.

83. M. Zielinski et al., "Evidence for the electromagnetic production of the Ax", Phys. Rev. Lett. 52 (1984) 1195.

84. G. T. Condo et al., "Further results from charge-exchange photoproduction", Phys. Rev. D48 (1993) 3045.

85. E. B. Berdnikov, G. G. Nanobashvili, and G. P. Pronko, " The relativistic theory for principal trajectories and electromagnetic transition of light mesons. 2\ Int. J. Mod. Phys. A8 (1993) 2551.

86. J. Babcock and J. L. Rosner, "Radiative transitions of low lying positive-parity mesons", Phys. Rev. D14 (1976) 1286.

87. I. G. Aznauryan and K. A. Oganesyan, uRadia,tive and leptonic transitions of mesons in the relativistic quark model', Sov. J. Nucl. Phys. 47 (1988) 1097.

88. S. Ishida, K. Yamada, and M. Oda, "Radiative decays of light-quark S- and P-wave mesons in the covariant oscilhtor quark model', Phys. Rev. D40 (1989) 1497.

89. R. Bonnaz, B. Silvestre-Brac,, and C. Gignoux, "Radiatrue transitions in mesons in a поп relativistic quark model', Eur. Phys. J. A13 (2002) 363.

90. J. Colas, C. Farwell, A. Ferrer, and J. Six, "Search for electromagnetic decays of neutral hyperons in the 1210 MeV-1500 MeV mass range and of neutral mesons in the 150 MeF-600 Me V mass range", Nucl. Phys. B91 (1975) 253.

91. H. J. Lipkin, " Quark-model predictions for reactions with hyperon beams'', Phys. Rev. D7 (1973) 846.

92. H. J. Lipkin and M. A. Moinester, "Electromagnetic matrix elements in baryons", Phys. Lett. B287 (1992) 179.

93. А. И. Ахиезер и M. П. Рекало, "Магнитные моменты барионов и SU(Q)-симметрия", Письма в ЖЭТФ 1 (1965) 47.

94. Jurij W. Darewych, Marko Horbatsch, and Roman Koniuk, " The photon decays of baryons with strangeness", Phys. Rev. D28 (1983) 1125.

95. R. H. Hackman, N, G. Deshpande, D. A. Dicus, and V. L. Teplitz, "Ml transitions in the MIT bag model', Phys. Rev. D18 (1978) 2537.

96. Carlos L. Schat, Carlo Gobbi, and Norberto N. Scoccola, uHyperon radia,tive decays in the bound state soliton model', Phys. Lett. B356 (1995) 1.

97. Abdellatif Abada, Herbert Weigel, and Hugo Reinhardt, "Radiative decays of hyperons in the Skyrme model: E2/M1 transitions", Phys. Lett. B366 (1996) 26.

98. T. Haberichter, H. Reinhardt, N. N. Scoccola, and H. Weigel, "Strangeness dependence in radiative hyperon decay amplitudes", Nucl. Phys. A615 (1997) 291.

99. Malcolm N. Butler, Martin J. Savage, and Roxanne P. Springer, "Strong and electromagnetic decays of the baryon decuplet', Nucl. Phys. B399 (1993) 69.

100. M. Napsuciale and J. L. Lucio, "Heavy baryon spin 3/2 theory and radiative decays of the decuplef, Nucl. Phys. B494 (1997) 260.

101. R. K. Sahoo, A. R. Panda, and A. Nath, "Magnetic moments and charge radii of decuplet baryons in afield theoretic quark model', Phys. Rev. D52 (1995) 4099.

102. Georg Wagner, A. J. Buchmann, and Amand Faessler, "Radiative decays of decuplet hyperons", Phys. Rev. C58 (1998) 1745.

103. G. Wagner, A. J. Buchmann, and A. Faessler, 11 Electromagnetic properties of decuplet hyperons in a chiral quark model with exchange currents'', J. Phys. G26 (2000) 267.

104. Derek B. Leinweber, Terrence Draper, and R. M. Woloshyn, "Baryon octet to decuplet electromagnetic transitions", Phys. Rev. D48 (1993) 2230.

105. Richard F. Lebed and Daniel R. Martin, "Hyperon radiative decays in the 1/NC expansion", arXiv:hep-ph/0404273 (2004).

106. G. F. Chew, M. L. Goldberger, F. E. Low, and Y. Nambu, "Relativistic dispersion relation approach to photorneson production", Phjrs. Rev. 106 (1957) 1345.

107. R. W. Joyner et al., " Diffraclive production of in 200 GeV/с ix~n interactions", Phys. Rev. D39 (1989) 1865.