Исследования процессов фрагментации в 16О+р-взаимодействиях и множественного образования в ядро-ядерных столкновениях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

Р Г Б ОД

АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН НПО "ФИЗИКА-СОЛНЦЕ" имени С.А.Азимова ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи УДК 539-12

' ШПИЛЕВ СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

Исследования процессов фрагментации в 1бО+р-взаимодействиях и множественного образования в ядро-ндерных столкновениях.

01.04.16 - Физика ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ.

диссертации на соискание ученйй степени кандидата физико-математических наук.

ТАШКЕНТ - 1ЭЭ4

Работа выполнена в лаборатории высоких энергий Физико-технического института НПО "Физика-Солнце" имени С. А. Азимова АН Республики Узбекистан

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, ,

профессор К.Г. Гуламов

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Г. С. Нигманов

кандидат физико-математических наук И. А. Ибрагимов

Ведущее научное учреждение: Объединенный институт ядерных исследований (г. Дубна).

Защита состоится " У "

^¿КЛ&^Ж^А 1994г.

в часов на заседании специализированного совета Д015.08.г1 при Физико-техническом институте НПО "Физика-Солнце" АН РУз (700084, г. Ташкент, ул. Г. Навлянова 2).

С диссертацией мокно ознакомиться в научной библиотеке ФТИ НПО "Физика-Солнце".

¿7^

Автореферат разослан уь7 » с/Ъ^С^С'-рь*/} 15Э4г.

Ученый секретарь специализированного совета доктор технических наук -Р»-Р.-Авевов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время заметный интерес вызывает физика ядро-ядерных взаимодействий. К основным явлениям наблюдаемым в подобных реакциях относятся процессы множественного рождения частиц и фрагментация как ядра мишени, так и ядра снаряда. Одной из наиболее привлекательных сторон физики тяжелых ионов при релятивистских анергиях является возможность исследовать свойства ядерной материи в необычных условиях, весьма далеких от тех, которые характеризуют поведение ядер в основном состоянии. Пучки тяжелых ионов позволяют исследовать отклик ядерной системы на существенное изменение плотности энергии в пространственной области охватывающей . много (в предельном случае все) нуклонов.

В этих процессах существенную роль начинают играть коллективные (ядерные) эффекты, которые имеют принципиальное значение для исследования фундаментальных законов строения материи и построения теории ядерных сил.

Важное значение имеет изучение процесса распада промежуточной высоковозбужденной ядерной системы. Этот процесс чрезвычайно сложен и его полное теоретическое описание весьма трудно и запутанно. Поэтому необходимо искать приближенные схемы, отражающие основные физические факты. Кроме этого важное значение имеет качественная и количественная проверка различных современных моделей.

Цель работы. Получение нового экспериментального материала по взаимодействиям ядер с ядрами,, который основан на двух различных методиках: ядерная фотоэмульсия и пузырьковая камера. Материал, полученный с помощью пузырьковой камеры, позволяет провести исследование по фрагментации ядер кислорода на протоне в условиях 4х-геометрии, т.е. исследовать процесс распада возбужденного ядра на составные части при фиксированных параметрах. Анализ фотозыульсионного материала дает возможность проанализировать характеристики вновь рожденных частиц и провести исследования нестатистических флуктуаций в распределениях по быстротам. Для полученных данных провести количественное и качественное сопоставление с имеющимися предсказаниями различных моделей ядро-

ядерных взаимодействий.

Новизна работы. В условиях 4зс-геометрии впервые получен и проанализирован новый экспериментальный материал по фрагментации ядер кислорода и выходу легких фрагментов, таких как р, сЗ, г, ^Не, *Не. Обнаружено, что основной вклад в множественности дают процессы фрагментации начального ядра кислорода. Определены топологии и вероятности осуществления различных каналов фрагментации ядра кислорода. Показано систематическое уменьшение выхода изотопов ^Не с ростом множественности двухзарядных фрагментов.

Проведен анализ распределений по псевдобыстроте рокденных частиц и показано, что данные распределения можно описать распределением Гаусса. Применяя подобный анализ для различных сталкивающихся систем предсказаны их псевдобыстротние распределения, а такке множественности рожденных частиц в зависимости от параметра удара. Кроме этого проведен анализ нестатистических флуктуации. Проанализированы первые результаты по взаимодействиям ядер золота с фотоэмульсией.

Научная и практическая ценность работы. Полученные результаты, представленные в диссертационной работе, дают новый материал о процессах фрагментации ядер и множественного рождения частиц в ядро-ядерных взаимодействиях при высоких энергиях, что позволяет глубке понять процессы протекавшие в ходе таких реакций. Наблюдаемые нестатистические флуктуации указывают на процессы, которые могут быть проявлением фазовых переходов, например•переход материи в фазу кварк-глюонной плазмы. Данные работы следует учитывать при проведении новых экспериментов.

Аппробация работы и публикации. Результаты работы представлялись на Международных симпозиумах по многочастичной динамике, Европейских конференциях по физики высоких энергий в 1992т1993 годах, на Международных конференциях по космическим лучам, на Международных конференциях "Кварковая материя" в 1991-1993 годах, на Международных конференциях, симпозиумах и семинарах по корреляциям и перемежаемости в 1992-1993 годах, а также на ряде совещаний и семинаров по проблемам физики высоких энергий. По материалам диссертации опубликовано Э работ, список которых приводится е конце автореферата.

- г-

lía защиту выносятся следующие основные результаты. • 1. Результаты исследования процессов фрагментации и мнокест-ешшого решения частиц зо взаимодействиях ядер кислорода на протонах в пузырьковой камере при импульсе 3.1 А ГэВ/с и исследование корреляций меаду чножественностями частиц различного вида.

2. Систематический анализ данных по мнохественному роядению и угловым распределениям взаимодействий ядер кислорода при энергиях 3.7, Ii. G, GO COO А ГэВ, кремния при энергии 14.6 А ГэВ, серп при энергии 200 А ГэВ и золота при анергии 10.7 А ГэВ с ядерной фотоэмульсией.

3. Результаты исследования флуктуации в быстротных и азимутальных распределениях для различных сталкивающихся систем.

4. Качественный и количественный анализ соответствия современных теоретических моделей с. результатами наблюдаемыми в экспериментах.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав основного текста, заключения и списка цитированной литературы — всего 116 страниц, включая 40 рисунков, И таблиц и библиография иэ 107 наименовании.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава поезякена обзору теоретических и экспериментальных работ по процессам фрагментации ядер и мнокественному рохдению частиц в ядро-ядерных взаимодействиях. Сбсухдаются различные теоретические подходы в проблеме фрагментации ядер и множественного рождения.

При анализе экспериментальных данных в диссертационной работе иопользуртся две модели: КОИМ .- для описания процессов фрагментация з эксперименте с пузырьковой камерой и ГР.ТТЮР - для сравнения с результатами полученными в экспериментах с ядерной фотоэмульсией. Здесь рассматриваются оснсшше предположения леталие в основе этих моделей.

Во втогюй главе диссертации изложены основные методические вопросы, связанные, с отбором, измерением и обработкой событий с 1м водородной пузырьковой камеры ЛВЭ 0ИЯИ и ядерной фотоэмуль-

сии, облученной релятивистскими ядрами кислорода, кремния, серы и золота на ускорителях в Дубне, AGS (Брукхэйвен, США) и SPS (ЦЕРК, Швейцария).

Облучение пузырьковой камеры проводилось иономи 160 при импульсе 3.1 А ГэВ/с. Так как камера находилась в постоянном магнитном поле, имелась возможность идентифицировать частицы по зарядам для Z=t. Все отрицательные частицы считались «"-мезонами. Разделение полокительных треков на протоны и х+-мезоны проводилась в области импульсов Р<1.2 ГэВ/с. Заряды более тяжелых фрагментов определялись визуально по ионизационным потерям. Эффективность просмотра для всех топологий составила 92%, а для двухлу-чевых событий, из-за потери очень коротких треков протонов отдачи, составила В9%.

Экспериментальные результаты получены на статистике 18000 событий, из которых измерено ~5000 событий.

Облучение фотоэмульсий было проведено ионами кислорода при Е=3.7, '14.6, GO, 200 А ГэЕ, кремния при Е=14.6 А ГэВ, серы при Е=60, 200 А ГэВ и золота при Е=10.7 А ГэВ.

Разделение по типам частиц (s-, g-, b-частицы) в ядерной фотоэмульсии проводилось стандартными методами. Для повышения точности, событие при измерении разбивалось на две части: широкий и узкий конусы. В широком конусе-измерялись все Ь- и g-частицы, а такке в-частицы с углом вылета в плоскости эмульсии >5 градусов. Анализ измерений показал, что достигается точность 0=0.1 мрад для углов е<1 мрад. Для проведения исследований центральных взаимодействий кроме эмульсионных стопок использовались такке и эмульсионные камеры. Экспериментальные результаты получены на статистике большей 5500 событий.

Экспериментальный материал по взаимодействиям на эмульсии выполнен в рамках международного сотрудничества fcMU-01. Автор рад выразить благодарность коллегам по совместной работе.

Е третьей главе диссертации представлены результаты исследования процессов фрагментации, а такке данные по мнокественностям и вероятностям выхода фрагментов от Z=1 до Z=8 в 160+р-взаимодейстЕИЯх при импульсе 3.1 А ГэВ/с в пузырьковой камере.

Проведен анализ выхода легких фрагментов с Z=t и Z=2. Показано, что в распределении по величине Х=1/р наблюдаются пики, которые оппсывааяся суммой гауссовских распределений и отвечают

-ч-

ожидаемому вкладу различных изотопов ядер водорода и гелия -стриппинговых продуктов фрагментации первичного ядра кислорода. В процессе фрагментации ядра кислорода реакции с образованием ядер гелия играют выделенную роль. Поэтому был исследован изотопный состав ядер гелия в зависимости от числа двухзарядных фрагментов рис.1. Показано, что образование ядер gHe возрастает с увеличением выхода двухзарядных фрагментов и составляет почти 90% при распаде ядра кислорода' на четыре a-частицы. Сильное расхождение с моделью рис.1 связано с тем, что в эксперименте существенную . роль играет, крайне периферический процесс диссоциации (кулоновскоГг и дифракционной), ядра кислорода на четыре ядра гелия, который в ■ модели не учитывается. Что касается изотопного состава однозарядных фрагментов, то он слабо изменяется с изменением числа фрагментов с Z=2. • .

|Не/*Не 1.2

. ' 0.8 ' ' 0.4 0.0

0 1 2 3 4 5

. ; ' -V

Рис. 1. Зависимости отношений вероятности выходов ^Не и *Не от числа двухзарядных фрагментов п+г.

В таблице 1 приведены средние множественности и вероятности выхода легких фрагментов ■ в сравнении с модель» КФШ. Основной вклад, как в эксперименте,.так и в КФИИ, в множественность одно-и днухзарядных стриппинговых фрагментов дают соответственно протоны и ядра *Не. Однако качественное воспроизведение моделью экспериментальных данных не дает количественного описания полученных результатов.

' В .таблице 2 представлены средние множественности, а на рис. 2 ' представлены распределения по множественности, наблюдаемых заря--Í-

Таблица 1 Средние множественности и вероятности образования легких фрагментов в 1бСИ-р-взаимодействиях.

Тип Эксперимент КФИМ

<пг > ш <п£>

1.210*0.014 0. 726*0.009 .1.038* 0.007 0.750± 0.005

0. 388* 0.005 0.233± 0.003 0.239*0.002 0.173±0.001

0.067*0.001 0.041 ±0.005 0.108*0. 001 0. 077*0. 001

гНе 0.179* 0.005 0.298± 0.008 0.152±0. 001 0. 291 ±0. 002

*Не 0. 422± 0.008 0. 702± 0.014 0. 35В±0. 003 0. 684* 0. 005

»Не - - 0.013*0.001 0.025 ±0. 001

Таблица 2 Средние множественности заряженных частиц.

Эксперимент КФИМ

<п"> 0.296* 0.004 0.314*0.003

<П+1> 3.493* 0.015 3. 366*0.013

<Т1+г> 0.616± 0.007 0.523*0.005

<п+3> 0.(103* 0.003 0.112*0.002

<п+<3> 0.052* 0.002 0.106*0. 002

<п+5> 0.066±0.002 0.123*0. 002

<п+6> 0.151 ±0.003 0. 210*0. 003

<п+> 4. 916*0.016 4. 751*0.013

<ПГг> 1. 423*0.005 1.385*0.005

<ПсЬ> 5.214*0.018 5. 065*0.014

-б-

Р(п>% 30 9 п II е экспер. о КФИМ

20 1 < \А 1 1 1 » I а> б) ¡?. и * ¡V в) 1 II 11 11 . /V

10 ! | о _1_ 1 1 1 ■Ъи*..! 1 ' I1 6 ь» \ 1111 V»* р 1 . 1 • ъ ] ^ V 1111 1^3)1»* 1

2 6 10 14 2 6 10 14 2 6 10 14

Рис. 2 Распределения по множественности. Пунктирные кривые проведены для наглядности.

женных частиц. Модель также качественно описывает, но количественно не воспроизводит полученные экспериментальные результаты. Анализ распределений по мнокественностям различных типов частиц приводит к следующим результатам:

1. Для многозарядных фрагментов 1>2, множественность имеет характерную г-зависимость - она велика для ядер гелия, а затем падает до минимума при г=4 и впоследствии возрастает до максимально возможных зарядов фрагментов.

2. ■ Множественность отрицательных частиц хорош согласуется с предсказаниями модели, но аппроксимация данных распределением Пуассона показывает, что оно неудовлетворительно описывает эксперимент в области больших т.к. экспериментальное распределение уже распределения Пуассона.

3.. Распределения по множественности многозарлдных фрагментов являются довольно узкими. Это обусловлено небольшим массовым числом фрагментирушего ядра кислорода.

4. В распределениях по мнохественностям рис. 2 наличие второго горба обусловлено тем, что в данной реакции является выделенным канал с образованием ядер гелия.

Проведено детальное исследование корреляций между частицами различных типов и получены следующие результаты: - 1. Наблюдаются сильные положительные корреляции мекду средними . .множестБенностями <псН> и чп+1> и множественностью отрицательных пионов. Рассматриваемые корреляции могут быть поняты в рамках представлений о многократных независимых соударениях нуклонов падающего ядра кислорода с протонами мишени с учетом вклада процесса фрагментации ядра. Об этом говорит и то обстоятельство, что экспериментальные данные хорошо воспроизводятся КФИМ, в которой за процессы рождения мезонов ответственен внутриядерный каскад, т.е. многократное, перерассеяние как первичного протона, так и рожденных частиц на внутриядерных нуклонах.

2. Найдены зависимости мекду числом внутриядерных столкновений V и множественностью рожденных частиц псЬ, и между псЬ и однозарядными положительными частицами п+1, рис.3 которые имеют

(1) (2)

3. Корреляции между <п+1> и поЬ описываются линейной зависимостью, а для <п~> и псЬ корреляций существует две области измерения пс]1: псЬ<7 и псН>7, т.е. область периферических и центральных взаимодействий. При п ь<7 нельзя говорить о лине--йном поведении, а в области п ь>7 корреляции хорошо описываются линейной функцией. Это объясняется тем,. что рождение х~-мезонов в области псЬ<7 сопровождается широким спектром псЬ, т.е. корреляции должны быть не. очень сильными и не обязательно линейными. В то время как при п й>7, рождение каждого отрицательного пиона должно добавлять две единицы к псЬ, т.е. в пределе полного разрушения ядра кислорода должны наблюдаться сильные линейные корреляции.'

Получены вероятности осуществления различных каналов фрагментации ядер кислорода и определены топологии фрагментов в конечном состоянии 1б0*р-взаим':>действий рис. 4. Следует отметить, что яти ре-ультаты основаны на данных просмотра,'. бе» привлечения данных измерения импульсов, учитывались только'те -каналы фрагме-

- Б-

линейный вид

^псЬ>=( -0. 94± 0.01) +(1.59± 0.01) V <п+1>=0.78п .-0.75

СП

• эксперимент , ю /в

10 о КФИМ / *

8 У

в У У

4 / /

2 ч а) 1111111111 * б) 111.1111111

5 ?

6 8 10 г'

Рис. 3 Корреляционные зависимости между <псЬ> и п+1 (а) и между <ясЬ> и V (б). Прямые результат аппроксимации линейными зависимостями.

нтации, которые идут с образованием фрагментов о 1>2, т. е. каналы выделяемые визуально с высокой эффективностью. Тем не менее, эти данные полно характеризуют изучаемые реакции. На эксперименте вероятность наблюдения двух и трех ядер гелия в конечном состоянии вдвое больше, а вероятность наблюдения четырех а-частиц. на порядок больше теоретического значения. В то же время вероятность того, что в конечном состоянии реакции а-частицы сопровождаются более тяжелым фрагментом в модели в 2-3 раза больше чем в эксперименте. .В эксперименте наблюдается множественное образование а-частиц при малых энергиях возбуждения, тогда как в модели подобные каналы распада возможны лишь при больших йозбуждениях. Это же приводит в модели, по-видимому, к их обсей подавленности, т. к. при высоких возбуждениях доминируют каналы распада на нуклоны. Очевидно, что при расчете характеристик 160+р-взаимодействий необходимо учитывать эту особенность легких ядер.

Представленные данные показывают, что в 160+р-ззаимодействиях со значительной вероятностью наблюдается мультифрагментный газ-вал ядра кислорода.

- Я-

взаимодействия.

Четвертая глава диссертации посвящена анализу данных получен-'' ных с помощью метода ядерных фотоэмульсий.

Проведен детальный анализ мнояественностей и угловых распределений в А^т-взаимодействиях в широком интервале энергий. Показано, что при различных энергиях для различных сталкивавшихся систем форма псевдобывстротных распределений описывается распределением Гаусса:

Р( ат)=Ртвх£-( Т)-Т3рва1{) г/202>сП) (3) •

с тсемя параметрами: п „-полокение пика, р -высота расиреде-

ёОАп

нокественность приходящаяся на одно столкновение остается постоянной, а ширина ^-распределения з-частиц

не зависит от типа взаимодействующих систем от А=16 до А=197 и изменяется на 10-20% при переходе от центральных к периферическим взаимодействиям рис.5.

0 1.6

0.S

0.4

о 0+Ея) 200 А ГзВ в S+Em 200 А ГэВ Д S+AU 200 А ГэВ

ТПГ

-ТТЛГ

"О— QZd/zO

А О+Еш 60 А ГэВ V 0+Еш 14.6 А ГэВ Т Si+Em 14.6 А ГэВ D 0+Ега 3.7 А ГэВ

ITS'

ТГВ"

ТЛГ

Рис. 5 Зависимость ширины ^-распределений от центральности взаймодействия.

Ширина распределения параметризуется в виде а=51+Згйг;Г|/гЬвпт с незначительным изменением параметра что говорит о приблизительно одинаковой тормозной способности ядра при всех энергиях. Изменения с(или Б2) с энергией связано с изменением размеров доступной области Фазового пространства.

При анализе положения пика ^-распределений от центральности взаимодействия <3 получена слабая зависимость ~10%, которая наблюдается для всех энергий и обусловлена геометрией столкновения.

Представлены первые результаты по взаимодействиям ядер золота с ядерной фотоэмульсией при энергии 10.7 А ГэВ. Данные сравнивались с результатами полученными при более низких энергиях. Анализ показал, что в данном случае сучение взаимодействия не зависит ст энергия при 3-100 А !>!эБ.

- //-

Среднее число фрагментов не зависит от энергии и оценивается В 2.02±0. £7 при низких энергиях, что близко к значению 1.9±0.1 полученным при 10.7 А ГэВ. Выход фрагментов гелия слабо зависит от анергии и растет от 3.5 до 5 фрагментов на взаимодействие рис.6. Угловое распределение фрагментов гелия описывается двумя функциями Гаусса и имеет две компоненты, что говорит о наличии двух механизмов фрагментации возбужденных тяжелых систем рис.7. Большое значения о на хвосте распределения, монет означать, что. имеется связь между нуклонами спектаторами и нуклонами участниками.

'а' 8

6

4

2

100 1000 10000 . Е ( А МэВ)

Рис. 6 Средняя множественность фрагментов Не как функция энергии.

Рис. 7 Угловые распределения фрагментов Не. Логарифмическая оценка выхода как функция Эрг.

При экстраполяции ^-распределений во взаимодействиях с золотом наблюдается небольшое несоответствие в области 1);>1)рвак» в то время как в области 1)<Чреа1{ данное распределение очень хорош экстраполируется. Вклады протонов участников в релятивистские частицы различны в интервалах "0<т)реа1( и т)>т)рва1{. То что участники из снаряда включаются в общее число релятивистских частиц в области т)>1)рвл1< монет быть причиной несоответствия в распределениях.

Исходя из учета количества нуклонов участников в Аш-Аи- и Аи+А£-взаимодействиях было получено отношение плотностей в центральной области ^-распределений, которое равнялось 1.29. Это значение близко к 1.-25, полученному экспериментальным путем.

Проведено исследование перемежаемости (нестатистических флук-туаций) в быстротных распределениях. Для этого, использовались метод факториальных моментов и метод кумулятивных факториальных моментов.

Моменты изучаются как функция ширины выбранного т)-бина. Если имеется пересекаемость, то долина наблюдаться линейная зависимость 1пРч( 5т)> ~ -ф^Ш 5т>).

Факториальный момент q-гo порядка для одного события, содержащего Н частиц в интервале Дт), определяется следующим образом

, кт .(к .-1)... (к

* т=1 еу Г»1 <К >ч

ш

где кщ-число частиц в ш-бине, М-число ©^-интервалов в интервале Лт). Поведение Р^ в зависимости от 51) определяет корреляционную длину флуктуации.

Как видно из рис. 8, где показаны нормированные факториальные моменты <Р^> в зависимости от ¿И) нет противоречия данной степенной зависимомти для б'рО. 1. Модель ПНИОР не показывает зависимости во всем диапазоне Экспериментально наблюдаемый рост моментов, 'возможно, связан с примесью е+е~ пар от /¡г-конверсии в мишени из золота, но включение в РЕ1Т10Р у-конверсии оставляет данные модели без изменения.

В событиях с большой множественностью имеются большие локальные плотности частиц, которые будут давать больший вклад, и поз - ч тому будут больше влиять на индекс перемежаемости,/чем события с \ низкой множественностью. Это особенно важно для моментов высоко- 13-

<р,>н 101

8 7 6 5

10

101

8 7 6 5

4

3

рытюр а)

- Ч=6

■ д Д4* 4 4

-* т а=4

О ООО ОО О О О О ОО о о

и ■ 4=2

1 1

1 3 5

-Ш(5т))

— гашор

б)

ОАА. АФ_

Го—<»■ ♦

4=2

10й

1 . 3

-1п(бт))

Рис. 8 Факториальные моменты для Б+Аи-ьзаимодействий полученные а) горизонтальным и б) вертикальным методами.

го порядка. Анализируя результаты для Ф3 и Ф6 как функции ncut( ограничение по множественности) показано, что при малых ncut HaKJ!0H не зависит от ncut, в то время как абсолютные значения факториальных моментов уменьшаются с уменьшением нормировочного множителя. Изменения наблюдались только тогда, когда остается меньше 20% событий, а это означает, что в экспериментах, где множественность меняется в широких пределах, нет необходимости изучать полный ансамбль событий, а можно ограничиться под-ансамблями с ограниченной множественностью.

Предполагая, что при множественном рождении, основной вклад дают только двухчастичные корреляции, должно быть линейное соотношение между F^ и средней плотностью частиц <р>. Данные по взаимодействиям кислорода следуют этому правилу и описываются зависимостью <р>~1, тогда как данные по взаимодействиям серы имеют другую функциональную зависимость.' Это может. быть связано с проявлением ядерных эффектов,' отсутствующих у легких систем. Таким образом можно заключить, что если ядра кислорода при взаимодействии с эмульсией еще не приводят к коллективным эффектам, то в случае взаимодействий серы, такие эффекты начинают проявляться.

Для получения дополнительной информации о перемежаемости проводился анализ в зависимости от двух параметров <5т) и <5<р. Величина М определялась числом ит)£чр-бинов, где <р-азимутальный угол вылета частицы. При таком анализе получены следующие результаты:

1. Индексы перемежаемости при разрезании вдоль осей 5i) и 5ф показывают линейную зависимость.

2. При разрезе вдоль главной диагонали индексы перемежаемости несколько отклоняются от линейности, что означает большую зависимость факториальных моментов.

3. При разрезании вдоль диагонали перпендикулярной главной наблюдается гладкий спектр с максимумом для Н^М^. Если в событии имеются случайно ориентированные пары частиц, то для них ожидается максимум при (5т)=Сч>. Это указывает на то, что при таком анализе мы можем фиксировать рождение ete"-nap от у-конверсии. Сравнение между экспериментом и моделью (с введением в модель е+е~-пар от у-конверсии) показывает, что эффект перемежаемости теряется в фоне от у-конверсии, когда применяется двухмерный анализ. Для S+Au-взаимодействий вклад у-конверсии составляет «3%, а для 0*-Ет-взаимодействий

Для исключения влияния низших факториальных моментов на моме-

-IS-

нты более высокого порядка были использованы нормированные кумулятивные моменты связанные с факториальными моментами следующим образом

K2=F2-1 (5)

K3=P3-3F2f2 (в)

Подобная структура факториальных кумулятивных моментов позволяет прямо исследовать независимые корреляции высоких порядков. Важное свойство данных моментов состоит в том, что для частиц подчиняющихся распределению Пуассона кумулянты всех порядков равны нулю. Таким образом они автоматически удаляют любой вклад от Пуассоновских флуктуаций и отклонение их от нуля указывает на присутствие нестатистических флуктуаций данного порядка. Для центральных событий только кумулянт второго порядка показывает значения отличные от нуля, а момент третьего порядка очень близок к нулю. Такие же значения имеет и кумулянт третьего порядка для полуцентральных событий. Отличие кумулянтов от нуля может быть обусловлено тем фактом, что распределение по множественности не является Пуассоновским. Для получения информации из кумулятивных моментов исследуются наклоны (которые называются кумулятивными индексами) в зависимости от ffi).

Если механизм рождения частиц одинаков для различных энергий и сталкивавшихся систем, то кумулятивные индексы должны быть обратно пропорциональны плотности псевдобыстротного распределения. Если рождение частиц происходит из одинаковых источников, то кумулятивные индексы должны быть обратно пропорциональны числу источников и плотности частиц. При различных механизмах рождения, для разных систем и энергий, должны существовать изменения в поведении индексов для таких систем.

При исследовании кумулятивных индексов получено:

1. Кумулятивные индексы показывают обратную зависимость к плотности псевдобыстротного распределения. Кривая имеет форму а/<р> с параметром а=0.173±0.022.

2. Кумулятивные индексы для центральных и полуцентральных данных отличаются от кривой лучшего фита по отношению к полному ансамблю событий, для которых а=0.198±0.033 и а=0. 157±0. 018.

' 3. Цитирование для центральных и полуцентральных событий с серой дает результат а=0.157±0. 018.

4. Если нет изменений в характере процесса взаимодействия, то

- 16-

индексы третьего порядка обратно пропорционалы';; <р>г. Для • экспериментальных данных кривая имеет вид Ъ/<р>?- с параметром 6=1.84 1.3.

Изменение зависимости наклонов при переходе к более тяжелым системам мокет указывать на включение новых механизмов образования частиц происходящих в больших системах, связанных с коллективными явлениями.

Для различных наборов ■ данных били проведены исследования структур "кольцевого" и "струе"-подобного типа в азимутальных распределениях. Параметризация азимутальных структур была выбрана таким образом, чтобы большие значения параметра представляли один вид структур, а малые значения другой. В качестве таких параметров можно использовать

Б^Е 1п(Дф$) (7)

8г=Е( Д<РА) 2 (8)

где Дф разность азимутальных углов между двумя.соседними частицами в группе. Оба эти параметра будут большими для струйных структур (31-*ю, 32-^1) и маленькими для круговых структур (81-*п(11п йдМ/п^, где' Пд-множественноеть частиц в группе. Хотя эти параметры имеют подобные свойства, 81 по существу чувствительно только для малых интервалов Дф, в то время как Бг для больших интервалов или щелям в группе. Б^ будет чувствителен к любому виду рожденных пар, например электрон-позитронным парам, от у-конверсии.

При сравнении распределений параметров и Э2 для плотных групп в Э^Ли-взаимодействиях получено: 1. Распределения имеют похожую форму, хотя имеется слабая тенденция к расширению. При этом не'наблюдается разница'между двумя классами событий со струйной и круговой структурами. Разреженные группы показывают те же особенности. П.Нет зависимости от выбранной множественности частиц в группе.

На рис.9 представлены данные, сравниваемые с моделью, в которую включены ^-конверсия и эффект возникающий от интерференции тождественных пар. Из результатов данного анализа можно заключить, что в таких структурах отсутствует какая-либо динамическая природа, а наблюдаемы* эффекты могут бить результатом е*е~-п.'1р от ¡с-конвнрсии или от интерференции тохдестЕ*нних частиц.

- 14-

<81> . 148

147

146

145

144

143

а)

Т1 >300 П.=35

в ' й

■ оЙ+Аи 200 А веУ х РЫТЮР + V + НВТ X • РМТЮР + НВТ

* К * *

ф ф ф * X • О •

♦ ?»

л.

_1_

_1_

_1_

0. 0.2 0.4 * 0.6 0.8 1. 1.2 Лт)

<82>*10г

о'Э+Аи 200 А йеУ х РЫТЮР + Г + НВТ • РЫТЮР + НВТ

* ! * ИМ

0. 0.2 0.4 0.6 ' 0.8 1.

■ ■ :' Ли ,

1.2

Рис. 9 Зависимость параметров а) и б) от Дт).

- I ь-

. В заключении диссертации перечислены основные результаты проведенных исследований: "

1. Впервые проведен систематический анализ множественности рожденных частиц во взаимодействиях ядер кислорода с водородом в пузырьковой камере при импульсе 3.1 А ГэВ/с на уникальной статистике более 17000 событий.

2. Показано, что основной 'вклад б множественность дают процес- ' сы фрагментации первичного ядра кислорода, при этом вклад рожденных пионов оказывается маленьким.

3. Проведено детальное исследование корреляций между множест-венностями частиц различного вида. Установлено, что'на характер корреляций множественности сильное влияние оказывают законы сохранения.электрического и барионного зарядов. •

4. Определены топология и вероятности осуществления различных каналов фрагментации ядра кислорода. Показано, что в процессах мультифрагментационного развала кислорода особую роль играют каналы с образованием ядер гелия.

5. Проведено детальное сопоставление полученных данных с предсказаниями КФИИ. Показано, что в целом модель описывает экспериментальные данные. Имеющиеся расхождения указывают на необходимость учета в модели кластерной структуры легких ядер.

6. Представлены первые экспериментальные данные по взаимодействиям ядер .золота с ядерной фотоэмульсией при энергии 10.7 А ГэВ.

7. При анализе распределений по множественности в А+Еш взаимодействиях показано, что форма распределений по множественности мокот быть получена из распределения по числу нук- -лонов участников столкновения или, другими словами, множественность, приходящаяся на одно столкновение постоянна.

8. Для рожденных частиц ширина псевдобыстротного распределения не зависит от типа взаимодействующих систем. Это имеет место в широком диапазоне первичных ядер от кислорода ( А=16) до золота (А=197).

Э. Угловое распределение сс-фрагментов от фрагментации ядер золота имеет две компоненты, что связано с наличием двух механизмов фрагментации возбужденных тяжелых систем.

■10. Проведено исследование флуктуации в быстротных распределениях и показано, что факториальные моменты' обладают скейлинговыми свойствами, а вся существенная информация о - /3 -

перемежаемости содержится в моментах второго порядка. Элек-трон-гюзитронные пары от у-конверсии не оказывают существенного влияния на перемежаемость в случае одномерного анализа, тогда как в случае двухмерного анализа влияние у-конверсин существенно. Двухмерная процедура может работать как фильтр для образования электрон-позитронных пар.

Основные результаты опубликованы в статьях:

1. В. Вислицкий,..., С. Н. Шпилев,... Зарядовые • распределения фрагментов в 16Ор-взаимодействиях пги импульсе 3.1 А ГэВ/с.

' Сообщения ОИЯИ Р1 -90-306, Дубна, 1990.

2. Б.У.Амеева,...,С.Н.Шпилев,... Образование легких фрагментов ядра кислорода в 16Ор-взаимодействиях при импульсе 3.1 А ГэВ/с. Сообщения ОИЯИ Pi-91-545, Дубна, 1991.

3. A.S.Botvina,...,S.N.Shpilev,... ■ Multiplicity of charged particles in inelastic.interactions of oxygen nuclei with hydrogen at 3.1 A GeV/c.//Z. Phys. A345(1993)413-424./

4. M.I.Adamovich,...,si}J.Shpilev,.'.. .Local particles denaiU-ea and global multiplicities in central heavy ion interactions at 3.7, 14.6, 60 and 200 A GeV.//Z. Fliys. С56(1992)50Эс. .

5. M.I.Adamovich,...,S. H.Shpilev,... Rapidity density distributions in 160, saSi, 32S, 197Ail and 20SPb induced heavy ion interactions at 4-200 A GeV./ZPhi'B. Rev. Lett. 69( 1'992) 745c. '

6. M.I.Adamovich,...,S.N.Shpilev,... On. the jet-like and ring-lilte substructure in distributions of produced particles in central heavy-ion collisions .at ultra-relativistic energiea.//J. Phys. 019(1993)2035c.

7. M.I.Adamovich,.t.,S.M.Shpilev,... A systematic investigation of scaled factorial cunulant moments for nucleus-nucleus interactions.//Phys. lie v. P47C1993) 3726c.

8. M.I.Adamovich,..,,S.N.Shpilev,... Gentle and violent gold interactions from the.BNL AGS.//Phys., Lett. B232( 1994) 166c.

9. H.I.Adamovich,...,S.N,Shpilev,... Charged particle multiplicity .and pseiidorarldity density distribution in 160-, 2SSi- and 197Au - induced nuclear interactions at 14.6 and . 11.6 A GeV/c. Preprint. LUIP 9401, Lund, Sweden,'1994.

160+р-Узаро таъсирларида фрагментацияланиш ва . пдро-пдро тУэдашувларида кУплзб заррачалар ^осил бУлиы жараёнларининг ■

тад^ир;оти.

Шпилёв С. Н.

Кисцача мазмуии.

Илк бор 3.1 Л ГэВ/с импульсда 150-ьр-Узаро таъсирнда фрагментация ^амда кЗплаб заррачалар ^осил булиш гараёнлари тад^н^от ^илинган. КУрилган ^одисалар сони ~18000та булиб, шундан 5000га яцини Улчанган. Энергия оралиги 3.7-200 А ГэВ ва умумий статис-тикаси 5500 дан ортик булган кислород, кремний, олтингугурт цам-да олтин ядроларининг фотоэмульсия билан узаро таъсирида'куплам-чилик гараёнлари тад^и^от кчлинган ва ностатистик флуктуациялар устида изланиш олиб борилган.

КУпламликка асосий циссани бирламчи кислород ядроларининг фрагментацияси бериб *осил булувчи пионлар улушининг камлиги курсатилган. Енгил фрагментлар (, 2) учун изотоп таркиби аник-ланган. Хар хил турдаги заррачалар купламлиги орасидаги богланиш чукур тадютот ^илинган. КУпламликлар орасидаги богланишга электр хамда барион зарядларининг са^ланиш ^онунлари кучли таъсир этйши ани^ланган. Кислород ядроси фрагментациясшшнг топология-лари хам да турли каналларнинг чи^иы зхтимолликлари ани^ланган. Кислород ядросининг кУпфрагментли парчаланишида гелий ядроси мухим Урин агаллаши курсатилган.

10.7 А ГэВ энергияда олтин ядросининг фотоэмульсия билан Узаро таъсири натикалари илк бор келтирилган. Бирламчи энергия-нинг Е>100 А МзВ.^ийматидан бошлаб кУнда'ланг кесимнинг энергияга борлиц эмаслиги ани^ланган. л-фрагментларнинг бурчак таксимоти ^Ушало^ компонентлик. булиб, бу уларнинг тугилии манбаи иккита эканлигидан далолат беради.

Бирламчи ядроларнинг кислороДдан то олтингача булган кенг масса оралирида 5(ооил булувчи заррачалар псевдояадаллик ' тацскмотларининг кенглиги Узаро таъсирлашувчи системалар турига богли^ эмас.

Надаллик та^симотларида зичланиш ва сийракланишни факториал ва кумулятив факториал услубларида текшриш ва азимутал та^симотларда "цал^асимон" >;амда "торсимон" таркибни излаш, ку-затилган флуктуациялар динамик табиатга зга булмай балки у-конверсиядан хосил булувчи е+е~-жуфтликлар ёки айний заррачалар йнтерференцияси о^ибати булиши мумкинлигини курсатади. ,' г

1 у

Investigation of fragmentation processes in 160+p-interactions and raultiparticle production in nucleus-nucleus collisions.

Shpilev S.N. Abstract

For the first time a study о с fragmentation ргосеваез and roultiparticle production ir. 160+p--interactions at the котел turn of 3.1 A GeV/e on the statistics uf 16000 events is made. Some 5000 events have teen measured and analyzed. Multiparticle pi-o-duction processes are investigated and search for .ion-statistical fluctuations in oxygen-, silicon-, sulfur- and gold-induced collisions with nuclear piiotoeirui^ion over a wide range .of energies f / от 3.7 to 200 Л GeV is carried out using йоге than 5500 events.

It is shown that the. main contribution into multiplicity is due to the frabuisntaticn processes of the priKar,/ oxygen-nucleus and the contribution of' produced ¿.1опв proves to be small. Tne mass yield of light fragment; with Z=l,2 is determined. A thorough study of correlative among charged particle multiplicity of different typos is made. Electric- and baryon-charge.conservation laws it is'established to have significant effect on the character of nultiplicity correlations. Topologies and probabilities for variouB fragmentation channels is defined. It iB found lhat the channels with He-production influence strongly the multifragment break up of 160-nucleus.

The first results on collisions of gold-induced interactions with photoenulsion at 10.7 A GeV .are presented. It is shown that the сгоаз section does not depend on energy at E>100 A MeV and the observed angle distribution of ot-fragments has two components pointing to two origins of particle production.

For the produced particles the width of the pseudorapidity distribution does not depend on" the ktnd of interacting systems for projectiles ranging from 160 to 197Au. The intermittency investigations in rapidity distributions with factorial and tectorial cumulant moments, and also search for "ring-like" and "jet-liKe" atructureo in the azimuthal distributions? showed that the observed fluctuations had not dynamical nature and the effects can be caused by e^tT-pairs produced through ¡-conversion or through interference of identical particles.