Исследование рождения странных векторных мезонов в нейтрон-нуклонных взаимодействиях на установке ЭКСЧАРМ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

1 Введение

2 Обзор экспериментальных результатов и теоретических моделей по адронному рождению К*(892)±

2.1 Сечения адронного рождения ^*(892)±

2.2 Теоретические модели адронного рождения

2.2.1 Аддитивная кварковая модель (АКМ)

2.2.2 Правила кваркового счета.

2.2.3 Модель РШТЮЕ ; ■.

2.2.4 Модель кварк-глюонных струн

2.2.5 Другие феноменологические параметризации

2.3 Теоретические модели для описания поляризационных явлений в инклюзивных реакциях

2.3.1 Модель прецессии Томаса.

2.3.2 Полуклассическая струнная модель

2.3.3 Модель многократного рассеяния

2.3.4 Модель хромомагнитного взаимодействия

2.3.5 Модель кваркового слияния

3 Экспериментальная установка

3.1 Пропорциональные камеры.

3.2 Магнит

3.3 Сцинтилляционные годоскопы.

3.4 Черенковские счетчики.

3.5 Нейтронный монитор.

3.6 Адронный калориметр.

3.7 Система запуска установки (триггер)

3.8 Система сбора и контроля данных

4 Нейтронный пучок

4.1 Схема проведения измерений и калибровки

4.2 Калибровка АК и получение регистрируемого спектра нейтронного пучка.

4.3 Получение аппаратной функции адронного калориметра.

4.4 Восстановление энергетического спектра нейтронов пучка

4.5 Энергетический спектр нейтронов, рожденных протонами с энергией 50 ГэВ.

5 Программы для обработки данных и моделирования

5.1 Обработка первичной информации

5.2 Физический анализ.

5.3 Моделирование экспериментальных условий 85 5.3.1 Моделирование рождения в иклюзивных процессах.

5.4 Геометрический аксептанс установки

5.5 Эффективность пропорциональных камер

5.6 Эффективность триггера.

5.7 Эффективность нейтронного монитора

5.8 Эффективность процедуры черенковской идентификации.

6 Измерение дифференциальных и полных сечений инклюзивного рождения К*(892)± в нейтрон-нуклонных взаимодействиях

6.1 Выделение резонансных событий.

6.2 Определение эффективности регистрации и восстановление импульсных спектров ре-зонансов

6.3 Сечения инклюзивного рождения Х*(892)±

7 Оценка выстроенности спина ^*(892)±, рожденных в инклюзивных пС взаимодействиях

Исследования резонансов продолжаются уже много лет. Неослабевающий интерес к ним связан с несколькими важными обстоятельствами:

• возможностью получения менее искаженной информации о динамике процессов по сравнению со стабильными частицами, так как резонансы чаще всего рождаются непосредственно, а не в результате цепочки распадов;

• сигналы резонансов статистически хорошо обеспечены, так как сечения адронного рождения резонансов с небольшой массой находятся на уровне нескольких миллибарн;

• резонансы, принадлежащие одному мультиплету, предоставляют хорошую возможность для изучения процессов лидирования и проверки различных соотношений между сечениями, предсказанными в рамках феноменологических моделей;

• среди резонансов наблюдается большое разнообразие спиновых состояний, что дает возможность исследовать поляризационные характеристики соответствующих процессов, отражающих непертурбатив-ные динамические эффекты и имеющих важное значение для развития теории сильных взаимодействий;

• резонансы дают возможность исследовать околопороговые эффекты и энергетическую зависимость сечений;

• изучение корреляционных явлений при рождении ре-зонансов дает информацию о механизме их образования.

С другой стороны, исследование резонансов сопровождается некоторыми методическими трудностями:

• большие собственные ширины (десятки и сотни МэВ/с2) затрудняют точное определение числа событий в области сигнала, а сама ширина резонанса уже не является постоянной во всем интервале рассматриваемых масс;

• наличие существенного комбинаторного фона усложняет точную оценку числа событий в области сигнала.

Экспериментальное исследование рождения резонансов и их распадов необходимо для проверки предсказаний КХД, для развития теоретических моделей и методов расчета процессов, особенно в промежуточной области энергий.

Цель диссертационной работы - исследование инклюзивного рождения резонансов К*(&92)± в нейтрон-нуклонных взаимодействиях при энергии 57 ± 9 ГэВ. Работа выполнена на основе анализа 184,4 х 10б событий, зарегистрированных в эксперименте, проведенном с помощью установки ЭКСЧАРМ на Серпуховском ускорителе У-70.

Научная новизна исследования.

1. Впервые проведено комплексное исследование инклюзивного рождения странных резонансов 7^*(892)± в нейтрон-нуклонных взаимодействиях. Статистическая обеспеченность результатов превышает достигнутую в других экспериментах, выполнивших аналогичные исследования в протонных, пионных и ка-онных пучках.

2. Впервые определены параметры ряда феноменологических моделей, описывающих инклюзивные дифференциальные сечения рождения странных резонансов 'К*(892)± в нуклонных взаимодействиях. Показана практическая применимость модели мягких адрон-ных взаимодействий РШТКЖ

3. Впервые измерены полные сечения рождения странных резонансов .?Г*(892)± в нейтрон-нуклонных взаимодействиях. На основе аддитивной кварковой модели проведено сравнение полученных результатов с экспериментальными данными в протонных пучках.

4. Впервые оценен вклад эффекта лидирования при инклюзивном рождении резонансов /С*(892)± в нейтронном пучке.

5. Впервые исследована выстроенность спина резонансов К*(&92)±1 инклюзивно рожденных в пЫ-взаимодействиях.

6. Впервые для К*{892)±, рожденных в нейтрон-нуклонных взаимодействиях, получена зависимость элемента спиновой матрицы плотности роо от поперечного импульса резонанса рт.

7. Впервые получено указание на то, что эффект лидирования при инклюзивном рождении резонансов К*(892)± влияет на выстроенность их спина.

Практическая ценность работы.

Измеренные инклюзивные спектры и сечения образования К*(892)± позволяют проверить предсказания феноменологических моделей, разработанных для описания мягких адронных процессов, и уточнить их параметры. Полученные данные о характеристиках спиновой матрицы плотности ii*(892)± могут быть использованы для проверки теоретических представлений о динамике сильных взаимодействий. Результаты могут быть использованы при подготовке экспериментов по детальному изучению процессов образования векторных мезонов в адронных реакциях. Полученный энергетический спектр нейтронов канала 5Н Серпуховского ускорителя необходим для исследования процессов адронного рождения в нейтрон-нуклонных взаимодействиях, в частности, при моделировании исследуемых реакций.

Структура диссертации.

Диссертация состоит из введения (первая глава), шести глав, заключения и списка цитируемой литературы.

8 Заключение

1. Впервые измерены сечения инклюзивного рождения странных векторных резонансов К*(892)± в нейтрон-нуклонных взаимодействиях. Исследования выполнены при энергии нейтронов 57 ± 9 ГэВ. В наблюдаемой кинематической области (0,1 < хр < 1,0) получен модельно независимый результат: а(пМ К*(ШУХ) = (0,166 =Ь 0,007стат. ± 0, ООбсист.) шбн/нуклон и т(пЛГ ИГ*(892)~X) = (0, 081 ± 0,004стат. ± 0, 005сист.) шбн/нуклон.

В полной кинематической области (—1,0 < хр < 1,0) с учетом минимальных модельных предположений получено: а(пЫ К*{892)+Х) = (0,433 =Ь 0,018стат. ± 0, 016сист.) шбн/нуклон и а(тгАГ К*(892)~X) = (0,252 ± 0,013стах. ± 0,017сист.) шбн/нуклон.

Показано, что энергетическая зависимость сечений, полученная в ходе сравнения с данными других экспериментов о сечениях в протон-протонных взаимодействиях, соответствует линейному возрастанию сечения в области энергий пучка нуклонов до 400 ГэВ.

2. Измерены значения массы и ширины резонанса К*{892)+:

М0 = (889,6 ± 0, Зстат. ± 0,7СИСТ.) МэВ/с2 и

Г0 = (50 ± 4СИСТ.) МэВ/с , а также массы резонанса К* (892)

М0 = (891,2 ± 0,4стат. ± 0,9СИСТ.) МэВ/с2.

3. Измерены параметры инклюзивных дифференциальных сечений, определенные в рамках ряда теоретических моделей. Показано хорошее согласие результатов с предсказаниями модели правил кваркового счета в области значений хр > 0, 5. Во всей наблюдаемой кинематической области показано хорошее согласие с моделью кварк-глюонных струн с модифицированным эффектом лидирования. Подтверждена практическая применимость модели FRITIOF, созданной для изучения мягких адронных процессов.

4. Оценен эффект лидирования при рождении К*(892)+ нейтронами, вклад которого в полное сечение составил 0,42 ± 0,04стат. ± 0,04сист.

5. С высокой точностью измерен элемент спиновой матрицы плотности роо мезонов if*(892)±, инклюзивно рожденных в нейтрон-углеродных взаимодействиях при энергии - 60 ГэВ: 0,424 ± 0,011стат. ± 0,018СИСт. для К*{892)+ и 0,393 ± 0,025стат. ± 0,018сист. для

К*(892) . Обнаружен эффект выстроенности спина К*(892)+ в этом процессе.

6. Измерена зависимость величины элемента роо спиновой матрицы плотности К*(892)рожденных в нейтрон-нуклонных взаимодействиях, от поперечного импульса резонанса роо(рт) = а + Ьрт, где а = 0,328 ± 0,023стах. ± 0,037сист. и Ь = 0, 23 ± 0,045стат. i 073СИСт.

7. Впервые измерен энергетический спектр нейтронов пучка канала 5Н Серпуховского ускорителя, образовавшихся под 0° к циркулирующему пучку протонов с энергией 70 ГэВ.

8. Разработан метод и программное обеспечение для восстановления энергетического спектра нейтронного пучка путем калориметрических измерений.

9. Разработан метод оценки эффективности идентификации заряженных частиц с помощью черенковских детекторов, основанный на анализе реперных сигналов в спектрах эффективных масс.

1. Алеев А.Н. . Христов П.З. и др., Характеристики инклюзивного рождения странных резонансов ii*(892)± в нейтрон-нуклонных взаимодействиях. ОИЯИ, Р1-99-136, Дубна 1999. 25 с. Направлено в журнал "Ядерная физика".

2. A.N.Aleev . P.Z.Hristov et al., Spin alignment of K*(892)* mesons produced in neutron-carbon interactions.

3. JINR, El-99-178, Dubna 1999. 8pp. Submitted to Phys. Lett. B.

4. Исследование выстроенности спина векторных мезонов К*(892)+, инклюзивно рожденных в нейтрон-углеродных взаимодействиях.

5. Труды научной сессии МИФИ-99, т.4, с. 158. Сотрудничество ЭКСЧАРМ, представлено П. 3.Христовым.

6. Алеев.А.Н. . Христов П.З. и др., Измерение энергетического спектра нейтронного пучка канала 5Н серпуховского ускорителя.

7. ОИЯИ, Р13-94-312, Дубна, 1994.

8. Христов П.З., Христова Т.В., Эффективность распознавания заряженных частиц с помощью черенков-ских детекторов в эксперименте ЭКСЧАРМ. ОИЯИ Р1-99-6, Дубна, 1999, 16 с.

9. Алеев А.Н., Арефьев В.А. Христов П.З. и др. Пороговый газовый 32-канальный черенковский счетчик спектрометра ЭКСЧАРМ.

10. ПТЭ, 1996, т.39, вып.4, с.27.

11. Алеев А.Н. . Христов П.З. и др., Спектрометр ЭКСЧАРМ.

12. ОИЯИ, Р13-98-286, Дубна 1998. 25 с. ПТЭ, 1999, вып.4, с.1.

13. Bockmann К., Hofmann J., Idschok U. et al, Nucl.Phys. B, 1980, v.166, p.284.

14. Боголюбский М.Ю., Бумажнов B.A., Кирюнин A.E. и др., ЯФ, 1989, т.50, вып.9, с.683.

15. Аммосов В.В., Гапиенко В.А., Дерре Ж. и др., ЯФ, 1976, т.24, вып.1, с.59.

16. Brick D., Rudnichka Н., Shapiro A.M. et al, Phys.Rev D, 1982, v.25, n.9, p.2248.

17. Aziz Т., Bailly J.L., Banerjee S et al, Z.Phys. C, 1986, v.30, p.381.

18. Kichimi H., Fukawa M., Kabe S. et al, Phys.Rev D, 1979, v.20, p.37.

19. Анисович В.В., Кобринский М.Н., Нири Ю., Шабель-ский Ю.М., УФН, 1994, т.144, вып.4, с.553.

20. Matveev V.A., Muradyan R.M., Tavkhelidze A.N., Lett. Nuovo Cim., 1973, v.7, p.719.

21. Brodsky S.J., Farrar G.R., Phys.Rev.Lett 1973, v.31, p.1153.

22. Gunion J.F, Phys.Lett. B, 1979, v.88, p.150.

23. Hong Pi, Comp.Phys.Comm., 1992, v.71, p.173.

24. Bengtsson and T. Sjostrand, Comput. Phys. Commun. 46 (1987) 43

25. An updated version of this paper, "A Manual to The Lund Monte Carlo for Hadronic Processes: PYTHIA version 5.5", is available upon request to the authors.

26. L. Lönnblad, "ARIADNE-3, A Monte Carlo for QCD Cascades in the Colour Dipole Formulation", Lund preprint LU TP 89-10.20 2122 232428 29

27. Sjostrand T., Comp.Phys.Comm., 1994, v.82, p.74.

28. Kaidalov A.B. and Piskunova O.I., Z.Phys C, 1986, v.30, p.145.

29. Eapaßam JI.C. h «p., 5I4>, 1994, t.57, c.2050.

30. Bunyatov S.A., Nefedov Yu.A., Phys.At.Nucl., 1997, v.60, p.935.

31. Bourrely C., Leader E., Soffer J., Phys.Rep., 1980, v.59, n.2, p.95.

32. T.DeGrand, H.I.Miettinen, Phys.Rev. D24, 2419 (1981); T. DeGrand, J.Markkanen, H.I.Miettinen, Phys.Rev. D32, 2445 (1985).

33. M. Bart et al., Nucl. Phys. B223 (1983) 296.

34. B.Andersson et al., Phys.Lett. B85, 417 (1979); B.Andersson, G.Gustafson, G.Ingelman, T.Sjöstrand, Phys.Rep. 97, 31 (1983).

35. A.A.Minaenko et al., Z.Phys. C62, 15 (1994).

36. J.Szwed, Phys.Lett. B105, 403 (1981).

37. М.Г.Рыскин, ЯФ т.48, вып.4, с.1114 (1988).

38. А.В.Ефремов, О.В.Теряев, ОИЯИ, Р2-82-832, Дубна, 1982.

39. А.В.Ефремов, О.В.Теряев, ОИЯИ, Р2-81-857, Дубна, 1981; ЯФ 1982, т.Зб, с.950.

40. Айхнер Г., Алеев А.Н., Арефьев В.А. и др. Бесфильмовый спектрометр БИС-2 и его физические характеристики. ОИЯИ, 1-80-644, Дубна, 1980, 17 с.

41. Айхнер Г., Алеев А.Н., Арефьев В.А. и др. Система пропорциональных камер спектрометра БИС-2. ПТЭ, 1982, N3, с.40-44.

42. Алеев А.Н., Арефьев В.А, Баландин В.П. и др. БИС-2 спектрометр для поиска и исследования узких ре-зонансов. ПТЭ 1991, N1, с.50-60.

43. Aleev A.N., Arefiev V.A., Balandin V.P. et al. Proportional chambers with a 2x1 m working area for the EXCHARM spectrometer. IET, Vol. 38, No. 4, Part 1, 1995, p. 425-433.

44. Алеев A.H., Арефьев В.А, Баландин В.П. и др. Пропорциональные камеры с размером рабочей области 2x1 м2 спектрометра ЭКСЧАРМ. ПТЭ 1995, N4, с.8-20.

45. Аверьянов Ю.М., Алеев А.Н., Баландин В.П. и др. Магнитное поле магнитов СП-40А и СП-94. ОИЯИ, БЗ-10-9590, Дубна, 1976, 39 с.

46. Алеев А.Н., Баландин В.П., Бордюков A.A. и др. Измерение поля спектрометрического магнита установки ЭКСЧАРМ. ОИЯИ, Р1-97-368, Дубна, 1997, 6 с.

47. Войчишин М.Н. Гуськов Б.Н., Девицин Е.Г. и др. Черенковский пороговый газовый четырнадцатика-нальный счетчик. ПТЭ, 1985, N3, с. 71-73.

48. Евсиков И.И., Иванченко И.М., Карпенко H.H. и др. МОНИТОР подсистема сбора информации и контроля оборудования спектрометра ЭКСЧАРМ. ОИЯИ, Р10-96-324, Дубна, 1996, Зс.

49. Алеев А.Н., Александров Л., Баландин В.П. и др. -ОИЯИ Р1-89-434, Дубна, 1989.

50. Кадыков М.Г.,Семенов В.К. ОИЯИ, Р1-91-36, Дубна, 1991.

51. Алеев А.Н., Арефьев В.А., Баландин В.П. и др. Организация системы запуска спектрометра БИС-2. ОИЯИ, 13-86-427, Дубна, 1986, 15 с.

52. Горбунов Н.В., Карев А.Г., Мальцев Э.И. и др. Драйвер ветви ВД-411. В сб.: XII Международный симпозиум по ядерной электронике. ОИЯИ, Д13-85-793, Дубна, 1985, с.194-198.

53. Аблеев В.Г., Арефьев В.А., Басиладзе С.Г. и др. Исследование пропорциональных камер с регистрирующей электроникой, переданной в производство фирме "POLON". ОИЯИ, 13-8829, Дубна, 1975, 18 с.

54. Вовенко A.A., Кретов Ю.А., Семашко C.B., Скрип-ничук А.Г. Программный комплекс ЕХАТАРЕ для доступа к устройству накопления ЕХВ-8500 на компьютерах типа IBM PC/AT под управлением MS DOS. ОИЯИ, Р10-94-493, Дубна, 1994.45