Изучение процессов рождения мезонов в адрон-ядерных реакциях вблизи порога тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

РГ8 ОД

' J *" ^Российская академия наук

ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

НА ПРАВАХ РУКОПИСИ

Борис Викторович Криппа

ИЗУЧЕНИЕ ПРОЦЕССОВ РОЖДЕНИЯ МЕЗОНОВ В АДРОН-ЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЯХ ВБЛИЗИ ПОРОГА

01.04.lg- ФИЗИКА ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

АВТОРЕФЕРАТ

ДИССЕРТАЦИИ НА СОИСКАНИЕ УЧЕНОЙ СТЕПЕНИ КАНДИДАТА ФИЗИКО-МАТЕМАТИЧЕСКИХ НАУК

МОСКВА - 1993

Работа выполнена в Институте ядерных исследований РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, профессор М.В.Казарновский

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

ведущий научный сотрудник А.В.Степанов,

Кандидат физико-математических наук, доцент Н.П.Юдин

Ведущая организация: Объединенный Институт Ядерных

Исследований.

Защита состоится ^^ М^ _ 1993г. в /^ часов

на заседании специализированного совета

Институте ядерных исследований РАН (117312, Москва, Проспект 60-летия Октября, 7а)

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке ИЯИ РАН. Автореферат разослан "7^" 0.и./>л.^Л 1993Г.

Ученый секретарь специализированного совета

Б.А.Тулупов

'ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы

Исследование рождения мезонов в адрон-ядерных реакциях в околопороговой области является одним из наиболее важных направлений ядерной физики промежуточных энергий. Теоретическое изучение этих процессоз необходимо для развития и углубления как собственно теории адрон-адронных взаимодествий, так и теории ядерной структуры, для которой реакции околопорогового рождения мезонов являются весьма чувствительной "пробой".

Исследование механизмов, определяющих процесс мезонообразова-ния, должно опираться на надежные и разнообразные экспериментальные данные. Отметим, что достаточный обьем экспериментальной информации существует лишь для процессов рождения пионов. Данных же по рождению тяжелых мезонов (мы концентрируемся на изучении реакций с т] и ш-мезонами) явно недостаточно и они носят фрагментарный характер.

Весьма вероятно, однако, что положение изменится уже в самом ближайшем будущем, так как на вводимых в настоящее время ускорителях нового поколения в Германии (COSY) и в Швеции (Celsius) планируются обширные экспериментальные исследования реакций рождения тяжелых мезонов в адрон-ядерных реакциях.

Что же касается теоретического исследования рассматриваемых реакций, то предложенные в настоящее время теоретические модели следует признать не вполне достаточными для количественного описания соответствующих экспериментальных данных. И если в случае рождения тяжелых мезонов это связано с недостатком экспериментальной информации, то в случае реакций с пионами это является скорее следствием игнорирования вкладов других, возможно экзотических механизмов и говорит о необходимости существенного улучшения существующих в настоящее время теоретических моделей.

Целью диссертации являлось:

1. Теоретическое изучение механизмов реакций инклюзивного рождения т)-мезонов в пион и протон-ядерных реакциях.

2. Анализ процесса инклюзивного рождения ш-мезонов в адрон-ядерных реакциях.

3. Построение теоретических моделей, способных удовлетворительно описать данные по реакции А(р,тс+)А+1.

4. Исследование роли различных механизмов В реакции А(и,т])В. •

5. Теоретическое изучение эффекта рождения пиона в глубоко

связанном состоянии и анализ ряда конкретных реакций, приводящих к прямому рождению пиона на соответствующих мезоатомных

орбитах.

Научная новизна и практическая ценность работы.

Научная новизна диссертационной работы заключается в том, что

впервые

- Было проведено детальное исследование механизмов рождения •р-мезонов в пион-ядерных реакциях, как в инклюзивной так и в эксклюзивной постановках в рамках Ш1А в импульсном пространстве.

- Продемонстрирована и обоснована важность учета эффектов среда для 1535)-резонанса при расчете сечений реакций (тс.т)) и (р.т)).

- Показано, что эффекты перерассеяния пионов на энергетической тсА-поверхности вносят главный вклад в пион-ядерное взаимодействие в начальном состоянии в реакции (и,т}) и что учет механизма перезарядки пионов в промежуточном состоянии не приводит к сколько нибудь заметным изменениям дифференциальных сечений реакции А(тс,т))В.

- В рамках приолижения первого столкновения оценены величины инклюзивных сечений реакции А(р,ш)Х.

- Метод искаженных волн в импульсном пространстве применен для расчета сечений и анализирующих способностей эксклюзивного процесса А(р,х)А+1, что позволило хорошо описать экспериментальные данные для реакции 3Не (р,тс)4Не при различных энергиях в широком диапазоне углов.

- Рассчитаны несколько возможных реакций в так называемой магической кинематике для обнаружения эффекта рождения тс" в связаном состоянии, а именно реакции: А(п,сЩА-1 ,иГ], А(р,2р) С А—1и А(с1,3Не)[А-1

- Показано, что для реалистической оценки сечений реакции рождения пионов в связанном состоянии необходимо учитывать эффекты искажений волновых функций начального и конечного адронов путем точного решения уравнения Шредингера с соответствующим оптическим потенциалом.

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность, научная ценность решаемых в диссертации задач. Вкратце описана современная экспериментальная и теоретическая ситуация в проблеме рождения частиц адронами промежуточных энергий (конкретно выделены процессы рождения т), тс, ш-мезонов). Обсуждаются различия механизмов образования мезонов при эксклюзивной и инклюзивной постановках эксперимента. Отмечено, что проблемы рождения ш и т]-мезонов в адрон-ядерных взаимодействиях по сравнению с проблемой рождения пионов находятся на качественно ином этапе исследования, так как благодаря функционированию мезонных фабрик по реакции рождения пионов на ядрах накоплен гораздо больший экспериментальный материал и существующие теоретические подходы вполне удовлетворительно описывают основные черты инклюзивных реакций и проблемой в настоящее время является описание намного более тонких характеристик эксклюзивных процессов. Теоретические исследования реакций с т) и «-мезонами только разворачиваются и теоретического описания требуют инклюзивные данные. Что же касается эксклюзивных характеристик, то их измерение составит, по видимому, предмет будущих экспериментальных исследований.

Кроме того, во введении отмечаются новые возможности, которые открываются при исследованиях реакций с участием т) и со-мезонов для получения новой информации о структуре ядра, такой как роль странных морских кварков, вклады векторных мезонов во взаимодействия внутриядерных нуклонов, свойства высших, по отношению к Д-изобаре, резонансов в ядерной материи.

В первой главе рассматриваются процессы рождения т) и ш-мезонов в элементарных адрон-адронных реакциях. Как уже отмечалось,- изучение т] и ш-адронных взаимодействий находится, фактически, в начальной стадии, и в настоящее время получены лишь первые экспериментальные результаты (это касается, в основном, реакций с т)-мезонами) и выполнены первые теоретические вычисления.

Первый часть данной главы посвящена исследованию процессов рождения 11-мезонов на нуклонах пионами и протонами. Рассматриваются элементарные реакции гсН-т^ и NN-NN17, ГОМт), входящие важной составной частью в расчеты соответствующих реакций

на ядре. Для описания реакции ии-^И используется сепарабельная модель, впервые предложенная в работах Ь.С.Ыи и в которой процесс рождения т)-мезона трактуется как последовательное образование и распад II*(1535) резонанса. Параметры вершинных функций и соответствующие константы связи выбираются исходя из требования одновременного описания парциальных ширин И*(1535) резонанса, сечений реакции тсМ->т)Ы и пион-нуклонных фазовых сдвигов. Далее с применением амплитуды реакции тсМ->т]Н в рамках сепарабельной модели, описанной выше, развивается полюсная модель для описания процессов рр-ррт) и рп-рпт), в рамках которой соответствующие сечения связаны простыми изотопическими множителями. Показано, что имеющиеся экспериментальные данные можно описать, если учитывать только вклады от обменов пионами и параметры амплитуда Ь.С.Ыи в противоположность выводам, сделанным в некоторшс работах о необходимости включения вкладов от обменов р-мезонами. Отмечается, что вывод о необходимости включения диаграмм с р-мезонами является артефактом неудачного выбора параметров вершинных функций и

Ы*Кт], подогнанных лишь под сечения реакции иИ-'Ы'п, но не описывающих тсЛ-фазы и парциальные ширины Ы*(1535) резонанса. Показано также, что, непосредственно у порога расчет в рамках полюсной модели вполне согласуется с вычислениями по фазовому обьему, тогда как при повышении энергии результаты двух расчетов начинают заметно отличаться друг от друга. Имея в виду дальнейшее использование результатов расчетов реакций NN-NN71, вычисленные в рамках полюсной модели сечения были параметризованы простой аналитической формулой.

Сечение реакции пр-йт], которую также необходимо учитывать при расчете спектра 'п-мезона в реакции на ядре, особенно в жесткой его части, расчитывалось в рамках предположения о доминирующей роли треугольной диграммы, где в качестве амплитуды подпроцесса тШ-тДО используется уже упоминавшаяся наш амплитуда, предложенная в работах Ь.С.Ыи.

По аналогии с Д-изобарой можно предположить что свойства И* резонанса претерпевают изменения при наличии ядерной среды. Изучение эффекта влияния среда на свойства N* резононса составляет содержание еще одного раздела первой главы. Эффект среда анализировался с помощью методов теории многих, тел. Учитываемые при этом диаграммы изображены на рис.1а-в. Первая диаграмма

соответствует учету принципа Паули для нуклона, образовавшегося в результате распада Г1* резонанса по каналу N17. Диаграмма на рис. .6 соответствует процессу возбуждения частично-дырочных пар пионом или т1-мезоном, а диаграмма на рис. 1в отвечает отвечает вкладу возбуждения частично-дырочной пары' при распаде Г1* по каналу 2тДО. Упомянутые диаграммы вносят вклад как в ширину так и в массу Ы* в ядерной среде. Микроскопический расчет поправки к массе Н* резонанса требует знания амплитуды реакции М*М->гЛ, экспериментальные данные для которой в настоящее время отсутствуют.

Поэтому мы параметризовали, аналогично другим работам (Е.0зе1 ег а1.) реальную часть собственной энергии И* резонанса значением =-40 МэВ. Отметим, что выбор весьма слабо сказывается на

результатах расчетов реакций рождения т)-мезонов на ядре. Гораздо более важным оказывается учет мнимой части собственной энергии 1т2и* в. ядерной материи, которая затем с помощью соотношения Г^Вп^* можэт быть связана с соответствующей поправкой к вакуумной ширине И* резонанса. Вычисления проводились с использованием правил Куткоского, согласно которым для оценки вклада в полную ширину от распада М* по какому либо каналу, необходимо промежуточные частицы, отвечающие данному каналу, положить на массовую поверхность с помощью замены пропагаторов на соответствующие б-функции. Полученные таким образом поправки к ширине II* далее были использованы для описания процесса рождения т^-мезона при наличии ядерной среды

о)

5)

ы

Рис.1а-в

В отличие от реакции NN-»NNt], для которой существует некоторая экспериментальная информация, на основании которой можно сделать определенные выводы о механизме данного процесса, для реакции NN-NNu не существует сколько-нибудь систематических данных. Измерены значения полного сечения в 4 точках, причем данные характеризуются весьма большими ошибками, что приводит к большим неопределенностям для параметров соответствующих вершинных функций. Поэтому для элементарного процесса NN-Шш мы использовали параметризацию в форме, предложенной ранее (W.Gassing et al.). А именно, было принято, что энергетическая зависимость полного сечения имеет вид:

а{Щ=-а^ - -мбн (2)

р + (V» - V? )

Где VI0- пороговая энергия в ГэВ, а параметры аир определены как а=0.33 и р=0.26. Дифференциальные сечения вычислялись по модели фазового обьема. Отметим, что ввиду почти полного отсутствия данных для реакции Ш-Шш, наши расчеты процесса на ядре должны, по-видимому, рассматриваться как оценки возможных сечений по порядку величины.

Во второй главе исследуются процессы эксклюзивного рождения т]-мезонов в реакции А(тс,т])В и пионов в реакции А(р,х)В. Отмечается, что ~эксклюзивные процессы, где регистрируются все конечные продукты реакции, оказываются, как правило, весьма чувствительными как к деталям механизма реакции, так и к особенностям ядерной структуры. Особое место в ядерной физике промежуточных энергий занимает реакция эксклюзивного рождения пионов А(р,тс)В в которой, несмотря на обилие экспериментальных данных, весьма мало примеров успешного теоретического описания.

' Далее в работе обсуждаются основные ингредиенты, которые необходимо учитывать при расчете рёакции А(р,тс)В. Сюда входит описание эффектов пионных и протонных перерассеяний а также иЖ-вершина, в качестве которой выбрано галилей-инвариантное выражение, полученное с помощью нерелятивистской редукции тсШ-вершины с псевдоскалярной т£Ш-связью. Эффекты перерассеяния пионов описывались с помощью Т-оператора, удовлетворяющего системе многоканальных интегральных уравнений типа Липпмана-Швингера, где

в качестве оптического потенциала выбирался потенциал, описывающий эффекты как первого, так и второго порядка по плотности (R.Mach et al.). Эффекты искажения протона описывались с помощью решения уравнения Шредингера с оптическим потэнциалом.

Далее в диссертации описываются характерные черты подходов, применяемых в настоящее время для анализа данных по реакции А(р,тс)В. А именно, можно выделить два типа расчетов, использующих предположение об сдночастичном (04) и двухчастичном (ДЧ) механизмах реакции, различающихся по тому, какое количество нуклонов учитывается явным образом при описании процесса рождения. Согласно такому определению, (04) подход соответствует механизму, при котором протон излучает пион под действием ядерного поля, а (ДЧ) подход отвечает механизму, в котором явно используется амплитуда двухчастичного элементарного процесса NN->NNic. В данной работе для расчета наблюдаемых в реакции А(р,х)В используется импульсное приближение с искаженными волнами, в импульсном пространстве. В таком приближении амплитуда процесса имеет вид:

где первый член уртс(Р-Ч) соответствует процессу рождения положительного пиона в протон-ядерном соударении без последующего перерассеяния родившегося пиона на нуклонах ядра-остатка. При этом, однако, искажение нуклона в начальном состоянии включено в член Уртс(р^). Второй член соответствует учету эффектов перерассеяния пиона как на энергетической поверхности, так и вне ее.

Для того, чтобы проверить работоспособность подхода,описанного выше, в качестве конкретного примера была выбрана реакция 3Не(р,1С+)лНе. Результаты наших расчетов для значения кинетической энергии падающего нуклона Тр=200МэВ приведены на рис.2. Из рис.2 видно, что расчет в плосковолновом приближении (штриховая кривая) с использованием статического по массе нуклона приближения для тсШ-вершины приводит к дифференциальному сечению, которое на несколько порядков величины меньше чем соответствующие экспериментальные данные. С учетом нестатических поправок к тсШ-вершине согласие заметно улучшается, однако и в этом случае остается значительное расхождение между расчетом и

(1)

экспериментальными данными в области больших углов. Включение эффектов пионных и протонных перерассеяний приводит к радикальному улучшению теоретического описания экспериментальных данных.

в(1е8) рис.2 '

Некоторое расхождение на больших углах обусловлено, по видимому, пренебрежением вклада диаграмм типа тяжелого срыва которые, как известно из расчетов реакций (р,й), могут давать некоторый вклад в области больших углов . На рис.2 показан результат наших расчетов анализирующей способности Можно констатировать качественное согласие между расчетом и экспериментом. Форма теоретической кривой в целом верно воспроизводит экспериментальные данные.

Далее в этом разделе проанализированы данные для той же реакции 3Ке(р,и+)дНе но при Тр=178 МэВ. Достигнуто хорошее согласие с экспериментом как для дифференциальных сечений так и для анализирующих способностей.

В заключении данного раздела намечаются пути дальнейшего усовершенствования развитого формализма.

Следующий раздел данной главы посвящен анализу механизма эксклюзивной реакции А(я;,т])В, экспериментальное исследование которой планируется в ближайшее время в БАШ?. Для описания реакции А(тс,т])В использовалось ИП с искаженными волнами в импульсном пространстве, вполне аналогичное тому, которое было использовано для анализа реакции А(р,тс)В. Амплитуда процесса представляет собой сумму двух членов, первый из которых соответствует механизму рождения т]-мезона без предварительного перерассеяния пиона в поле ядра, тогда как второй член отвечает учету пион-ядерного взаимодействия в начальном состоянии, для описания которого мы использовали метод Глаубера, который позволяет описать количественным образом дифференциальное сечение рассеяния высокоэнергетических пионов на малые углы.

В качестве примера рассматривалась реакция % 13С -» т) 13И. Были проведены расчеты как с учетом, так и без учета влияния эффектов среды на характеристики Ы* резонанса. Кроме того, в расчетах учитывался вклад от процесса промежуточной перезарядки % 13С г] 13Г(. Найдено, что, хотя процесс промежуточной однократной перезарядки и вносит некоторый вклад, намного более существенным оказывается учет поправок среды, приводящий к заметному уменьшению углового распределения по абсолютной величине.

В заключении второй главы приводятся результаты вычислений полных сечений и энергетических зависимостей дифференциальных сечений. Отмечено, что полученные оценки сечений (« 20-30 мкб. на малых углах ) представляются вполне достаточными для проведения соответствующих экспериментов).

Третья глава настоящей работы посвящена изучению процессов инклюзивного рождения т) и иъмезонов в адрон-ядерных реакциях. Спецификой любой инклюзивной реакции является необходимость суммирования по всем возможным состояниям конечной ядерной системы. Ясно, однако, что на практике проведение такого суммирования не представляется возможным, поэтому необходимо использовать различного рода приближения. Как правило, эти приближения сводятся либо к учету вклада лишь конечных состояний

определенного типа, тогда как вкладом всех остальных состояний пренебрегается, либо используется теорема полноты, что в некоторых случаях позволяет эффективно учесть вклады всех конечных состояний Кроме того, зачастую для описания характеристик инклюзивных реакций оказывается возможным использовать приближения квазиклассического типа, что легко понять если учесть, что инклюзивные реакции некогерентны по своей природе, и наличие значительного числа'конечных состояний "замывает" квантовые эффекты. В некоторых случаях, однако, учет квантовых эффектов представляется желательным с общетеоретической точки зрения, когда длина волны розденной частицы является величиной порядка характерных размеров ядра, как это имеет место в случае реакции (%,г)) которая в настоящей работе, аналогично соответствующей эксклюзивной реакции, описывалась в рамках .импульсного приближения (ИП) в импульсном пространстве.

При вычислении инклюзивных сечений реакции (тс.т)) мы предполагали, что основной вклад в сумму по конечным состояниям дают одночастично-однодырочные возбуждения конечной ядерной системы, когда процесс рождения .^-мезона на внутриядерном нуклоне сопровождается вылетом этого нуклона в непрерывный спектр. При этом суммируются вклады от нуклонов всех ядерных оболочек.

20

'2,

:С(тЛ1)) 660 Ме\'/с

и

т) Спсгсу (М( V)

Рис.3

Результаты расчетов при ртс=680 МэВ/с изображены на рис.3, откуда

видно, что полный БИ1А-расчет способен дать хорошее количественное описание экспериментальных данных, тогда как расчет, использующий вакуумное значение ширины И^-резонанса Гы*=150 МэВ дает несколько завышенный по абсолютной величине т]-спектр. Наряду с этим, проведены расчеты для значения ртс=620 МэВ/с. Кроме того, результаты настоящих вычислений сравниваются с ранее проведенными расчетами (М.КоЬпо, Т.ТапаЪе) выполненными в рамках Ш1А в координатном пространстве. Отмечается ряд формальных различий, имеющих место в этих двух подходах (раличные способы учета пион-ядерного' взаимодействия в начальном состоянии, эффектов среды и т.д.).

В следующем разделе- данной главы анализируется механизм инклюзивной реакции (р,т)), "которая вполне удовлетворительно описывается в рамках простой квазиклассической модели, . которая формально соответствует решению системы кинетических уравнений, описывающих перенос нуклонов в ядерной среде в рамках приближения первого столкновения.

Как и в случае реакции (ти,т1), расчеты инклюзивных сечений реакции (р,"п) производились как с учетом, так и без учета поправок среды. Были проанализированы инклюзивные спектры т]-мезонов, образовавшиеся в реакции р10В-т)Х. Показано (рис.4), что расчет с использованием приближения первого столкновения с учетом поправок среда для I?* (1535) - резонанса довольно хорошо воспроизводит практически весь экспериментальный т)-спектр, за исключением самой мягкой его части Т^<60 МэВ, где расчет проходит несколько ниже экспериментальных данных. Это, по видимому, связано с пренебрежением в данном расчете вкладов от вторичных процессов (например, пренебрежение вкладом механизма рождения т]-мезонов пионами, образовавшимися в результате первого столкновения).

Была также проанализирована энергетическая зависимость полного сечения рождения т^-мезона на ядре 1гС. Было найдено, что расчет воспроизводит экспериментальные данные при значениях 900 МэВ, а при 900 МэВ расчет идет значительно ниже наблюдаемого спектра. Заметим, что кроме упомянутой выше причины существует еще одно немаловажное обстоятельство, заметно влияющее на результаты

Рис.4

теретических расчетов. Дело в том, что при уменьшении энергии падающей частицы результаты становятся более чувствительными к высокоимпучльсному "хвосту" импульсного распределения внутриядерных нуклонов. В наших расчетах мы использовали распределение, даваемое оболочечной моделью, которая не является вполне адекватной для описания высокоимпульспой части импульсного распределения. Учитывая это обстоятельство, были проведены вычисления, использующее отличное от оболочечного импульсное распределение, (А.Бйог е1 а1.) и характеризующееся более медленным убыванием импульсного распределения в высокоимпульсной части. Было найдено, что при Тр ^ 900 МэВ использование отличного от оболочечного импульсного распределения приводит к заметно лучшему согласию между экспериментальными данными и расчетом, тогда как при Тр > 900 МэВ расчеты с разными импульсными распределениями мало отличаются друг от друга.

В следующем разделе настоящей главы изложены результаты расчетов сечений процесса рождения ш-мезонов протонами на ядрах.

Как известно, «-мезон играет весьма важную роль в нуклон-нуклонных взаимодействиях, приводя к отталкиванию на малых расстояниях. Кроме того, в ряде работ Дж.Брауна и М.Ро была высказана гипотеза о уменьшении эффективной массы ш-мезона в ядерной материи по сравнению с ее вакуумным значением, что могло бы быть следствием эффекта частичного восстановления киральной инвариантности в ядерной материи. В свете всего вышесказанного, исследование реакций рождения «-мезонов в на ядрах представляется весьма актуальным.

В настоящее время, однако, не существует каких либо экспериментальных данных по этой реакции. Тем не менее, учитывая неплохое описание реакции (р,т1) в рамках приближения первого столкновения, можно надеятся, что аналогичный подход способен дать разумные, по крайней мере по порядку величины, значения спектров «-мезонов в околопороговой области. Были проведены расчеты спектров «-мезонов на ядре 12С при энергии падающих нуклонов 1.6 и 1.8 ГэВ. Расчеты показывают, что форма спектра в целом близка к той, которая дается фазовым объемом. Как и в случае реакции (р,^), расчеты проводились с использованием двух типов импульсного распределения внутриядерных нуклонов: распределения, соответствующего оболочечной модели и распределения, характеризуемого отличным от оболочечного поведением в высокоимпульсной области. При значении начальной энергии Тр= 1.6 ГэВ результаты двух расчетов заметно отличаются друг от друга и расчет с оболочечным распределением дает существенно меньший по абсолютной величине «-спектр. При значении энергии падающего нуклона Тр= 1.8 ГэВ результаты двух расчетов практически совпадают, что вполне естественно, так как вклад от высокоимпульсных "хвостов" становится значительно менее существенным при повышении энергии падающей частицы. В заключение этого раздела вкратце перечисляются несколько возможных экспериментов, проведение которых могло оказаться весьма полезным для дальнейшего углубления и расширения нашего понимания динамики реакций рождения «-мезонов на ядрах.

В последнем разделе вкратце комментируются возможности изучения динамики т] и «-ядерных взаимодействий в некоторых других реакциях. Например, отмечается что изучение реакции образования 14 и «-мезонов в фотоядерных реакциях могло бы оказаться весьма полезным при исследовании свойств т| и «-ядерных оптических

потенциалов, так как в этом случае отсутствие эффектов искажения падающей частицы дзет возможность относительно чистого выделения эффектов т] и ш-ядерной динамики.

В заключительной, четвертой, главе рассмотрены процессы рождения пиона в связанном состоянии в адрон-ядерных реакциях, характеристики которых в настоящее время являются одними из самых чувствительных к структуре пионного поляризационного оператора, что весьма важно для описания практически любых реакций с участием пионов, например для реакций их эксклюзивного рождения, которые были рассмотрены во-второй главе.

В начале данной главы вкратце описываются типы реакций, которые ранее рассматривались в литературе как возможные кандидаты для изучения процесса рождения пиона в связанном состоянии (РПСС). Отмечается, что расматриваемые реакции можно подразделить на типа: когерентные процессы и процессы с пренебрежимо малой передачей импульса. Когерентные процессы характеризуются тем, что в реакции участвуют все внутриядерные нуклоны, что увеличивает сечение процесса РПСО. При этом, однако, присутствует значительный вклад фоновых процессов, что затрудняет выделение искомого эффекта. •Кроме того, значительные передачи импульса в известной мете компенсируют увеличение сечения, вызванное когерентным характером процесса. Процессы с малой передачей импульса, или процессы в так наз. магической кинематике характеризуются, напротив, весьма малым вкладом от фоновых процессов.- При это, однако, в реакции участвует фактически один внутриядерный нуклон. Если при этом, тем не менее, сечение реакции является достаточным для проведения соответствующих измерений, то реакции в магической кинематике являются наиболее предпочтительными для поиска эффекта РПСС. Исследованию различных реакций РПСС в магической кинематике посвящена основная часть четвертой главы. Сначала расматриваются реакции п(А, [А-1,тс-1 )(1 и сЦА, [А-1 )3Не. Сечения элементарных процессов пп-йпГ и с1п-3НеяГ извлекались из экспериментальных данных для процессов" рр-йтс"1" и тр&>1%+ с помощью соотношений изотопической инвариантности. Предполагалось, что околопороговыв значения амплитуд данных процессов близки к константам. Тогда, вычисляя соответствующие фазовые обьемы и представляя экспериментальные сечения как произведение фазового обьема и

квадрата модуля амплитуда, можно извлечь значение соответствующей амплитуды которое потом подставлялось в выражение для процесса на ядре. Адронныё искажения учитывались путем использования волновых функций, являющихся решением уравнения Шредингера с соответствующим оптическим потенциалом. Показано, что величины сечений определяются, в основном, перекрытием волновых функций пиона в связанном состоянии и нуклона, находящегося на верхней ядерной оболочке. Это перекрытие для Б-волновых пионных состояний определяется, в основном, Б-волновой оттзлкивательной частью пионного оптического потенциала. Таким образом, обнаружение эффекта РПСС и исследование свойств таких состояний весьма важно для установления детальной структуры пион-ядерного оптического потенциала. В наших расчетах в качестве мишеней были выбраны ядра 40Са и 1203п На рис.5 приведен типичный результат расчетов сечения реакции РПСС. Видно, что сечение критическим образом зависит от учета эффекта нуклонных искажений, оставаясь ' при этом довольно плавной функцией энергии. Что же касается величин сечений, то возможность их измерения зависит от возмжностей конкретной установки, хотя, в принципе, сечения такого порядка величины являются вполне доступными для измерения при современном развитии экспериментальной техники.

Рис. 5

Кроме реакций с дейтронами и нейтронами с начальном состоянии, в данной главе рассматривается также процесс РПСС в реакции р(А,[А-1,иГ])2р который, хотя и имеет меньшее сечение по сравнению с процессами п(А, [А-1 ,тс~] )с1 и сЦА, [А-1,тс— 1 )3Не, но при этом позволяет использовать протонные пучки, которые характеризуются намного более высоким разрешением по энергии и тем самым дают возможность отделить эффекты истинного РПСС от эффектов рождения медленных пионов в континуум. Получена энергетическая зависимость полного сечения. Отмечается, что наряду с реакциями п(А,[А-1,иГ ])й и й(А, [А-1 ,тс-] )3Не, реакция р (А, [А-1 ,тс~] )2р могла бы быть использована для поисков эффектов РПСС, однако выбор той или иной реакции определяется конкретными экспериментальными условиями.

В заключении сформулированы основные выводы диссертации.

1. Количественно продемонстрирована важность учета эффектов среды при расчете сечений реакции рождения •п-мезонов на ядрах.

2. Эффекты перерассеяния пионов на энергетической тсА-поверхности вносят главный вклад в пион-ядерное взаимодействие в начальном состоянии в реакции (тс.т)).

3. Сечение элементарной реакции рр-»ррт), необходимое для расчета сечения реакции (р,т)) на ядре, вполне удовлетворительно описывается в рамках полюсной модели с однопионным обменом, который также оказывается определяющим при анализе механизмов реакций тцЬиЖ и т}<1->Ш.

4. Данные по инклюзивной реакции (р,т]) хорошо описываются в рамках простой модели первого столкновения с поправками среды.

5. Предсказанные сечения реакций А(тс,т))В и (р,и) свидетельствуют о возможности их экспериментального изучения.

6. Учет перезарядки пионов в промежуточном состоянии не оказывает сколько нибудь заметного влияния на величину сечения реакции А(к,трВ.

7. Сечения и анализирующие способности эксклюзивного процесса А(р,1с)А+1 хорошо описываются в рамках метода искаженных волн в импульсном пространстве, причем учет нестатических поправок для яЖ-вершины существенно улучшает согласие с экспериментальными данными.

8. Получены оценки сечений реакций рождения пиона в связанном состоянии в адрон-ядерных столкновениях в рамках так называемой магической кинематики.

9. Искажения адронов в реакции рождения в связанном состоянии необходимо учитывать путем точного решения уравнения Щредингера.

10. Сечения процесса рождения тс" в связанном состоянии весьма чувствительны к S-волновой части пион-ядерного оптического потенциала.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах.

1. М.В.Казарновский, Б.В.Криппа, Ю.М.Николаев. Рождение пионов в глубоких связанных состояниях в реакции (р,2р).// Материалы международной конференции "Пион-нуклонные и нуклон-нуклонные взаимодействия". Гатчина, 1989, с. 155-158.

2. B.V.Krlppa, J.T.Londergan, "Inclusive and exclusive production of T)-mesons by pIons", Phys.Scripta, 4, (1993), 124.

3 .М.В.Казарновский, Б.В.Криппа, Ю.М.Николаев. Образование глубокосвязанных пионов в протон-ядерных соударениях. // Материалы международного семинара "Ядерная физика при промежуточных энергиях". Москва, 1989, с. 184-189.

4. М.В.Казарновский, Б.В.Криппа, Ю.М.Николаев. Рождение пионов в связанном состоянии в нуклон-ядерных реакциях. // Ядерная физика, 1991, 42, 3.

5. M.V.Kazarncvski, B.V.Krlppa, Yu.M.Nikolaev. Production oí bound state pions In nucleon-nucleus reactions.// Z.Phys.A, 1992, v.342, p.229-234.

6. B.V.Krlppa, J.T.Londergan. Inclusive production of T]-mesons by pions.// Phys. Letters, 1992, v.B286, p.216.

7? E.S.Golubeva, A.S.IlJlnov, B.V.Krlppa, I.H.Pshenichnov. Effects of mesonlc resonances production In annihilation of stopped antiprotons on nuclei.// Nucl.Physics, 1992, v.A537, p.393-417.

*B настоящей диссертации используется та часть работы 7, которая посвящена изучении процессов t¡D-NN и t)D->NNtc).

8. B.V.Krlppa. DWIA in momentum space ior proton-Induced pion production on the light nlclel.// Preprint IU/NTC-92-19, Indiana, 1992.

9 Б.В.Криппа, Э.Я.Парьев. Инклюзивное рождение т) и ш-мезонов в протон ядерных реакциях.// Ядерная физика, 1993,56, 4.