Извлечение электромагнитных формфакторов нуклонных резонансов из анализа данных детектора clas в реакциях рождения пар заряженных пионов на протоне реальными и виртуальными фотонами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени М.В. ЛОМОНОСОВА

ФИЗИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ имени Д.В. СКОБЕЛЬЦЫНА

На правах рукописи

Исупов Евгений Леонидович

ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ФОРМФАКТОРОВ НУКЛОННЫХ РЕЗОНАНСОВ ИЗ АНАЛИЗА ДАННЫХ ДЕТЕКТОРА СЬАБ В РЕАКЦИЯХ РОЖДЕНИЯ ПАР ЗАРЯЖЕННЫХ ПИОНОВ НА ПРОТОНЕ РЕАЛЬНЫМИ И ВИРТУАЛЬНЫМИ ФОТОНАМИ

Специальность 01.04.16 физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 2006

Работа выполнена на физическом факультете МГУ им. М.В. Ломоносова и в отделе электромагнитных процессов и взаимодействий атомных ядер Научно-исследовательского института ядерной физики им. Д.В. Скобельцына(МГУ им. М.В. Ломоносова.)

Научный руководитель:

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук, профессор Ишханов Борис Саркисович

кандидат физико-математических наук Мокеев Виктор Иванович

доктор физико-математических наук в. н. с. Зотов Н. ЩОТФВЭ НИИЯФ,МГУ); кандидат физико-математических наук доцент Гольцов А. Н.(МИРЭА) Институт ядерных исследований РАН

Защита состоится 27 апреля 2006 года в 15 часов на заседании Диссертационного совета К 501.001.06 в Московском государственном университете им. М.В. Ломоносова по адресу:

119992, г. Москва, Ленинские Горы, НИИЯФ МГУ, 19 корп., ауд. 2-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ.

Автореферат разослан марта 2006 года.

Ученый секретарь

Диссертационного совета К 501.001.06 кандидат физико-математических наук

Чуманова О. В.

Яоо6/\

63А1

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время проводятся многочисленные исследования структуры нуклона. Актуальность задачи связана во многом со следующим: с одной стороны в нашем распоряжении имеется квантовая хромодинамика - калибровочная теория сильного взаимодействия, но с другой стороны задача, состоящая в получении предсказаний этой теории в области больших расстояний, наталкивается на огромные трудности. Реакции, в которых рождаются нуклонные резонансы, не могут быть описаны на языке степеней свободы квантовой хромодинамики — кварков и глюонов. В этой области энергий используется другой язык - мезон-барионные степени свободы. Поэтому задача исследования свойств нуклонных резонансов формулируется следующим образом. Необходимо описать реакции в области промежуточных энергий адекватным набором механизмов на языке эффективных степеней свободы - барионов и мезонов. Для проверки адекватности набора механизмов необходимо использовать для анализа всю совокупность наблюдаемых распределений, одномерных и многомерных дифференциальных и интегральных сечений. Необходимо тестировать извлеченные параметры в совместном анализе нескольких эксклюзивных каналов. На этом пути - можно получить минимально зависящие от феноменологических моделей результаты. Используя эти результаты, можно пытаться найти доступ к фундаментальным степеням свободы КХД - кваркам и глюонам, и тем самым выяснить динамику сильного взаимодействия в области расстояний соответствующих конфайнменту. Развитию и усовершенствованию одной из таких феноменологических моделей, описывающей эксклюзивный канал рождения пар заряженных пионов на протоне и посвящена настоящая диссертация.

Актуальность работы связана с необходимостью построения феноменологических моделей различных эксклюзивных реакций в которых участвуют сильновзаимодействующие частицы в области промежуточных энергий.

Цель работы.

Настоящая диссертация посвящена дальнейшему развитию физического анализа первых данных коллаборации СЬАв по эксклюзивному каналу рождения пар заряженных пионов на протоне виртуальными и реальными фотонами. Основные пункты исследования:

• Расширение феноменологической модели включением новых изобарных каналов.

• Параметризация остаточных механизмов, дающих вклад в сечение рождение пар заряженных пионов

• Исследования в области обнаружения новых резонансных состояний

Научная новизна работы и практическая значимость работы.

Существенно дополнена и усовершенствована феноменологическая модель рождения пар заряженных пионов на протоне под действием реальных и виртуальных протонов. Автор защищает: • Включение в феноменологическую модель новых промежуточных квазидвухчастичных изобарных каналов Гр-*п*0У1(1520) , ГР~***К(1685) , уря (\6Щ.

• Осуществлена параметризация вкладов остаточных механизмов дающих вклад в двух-пионное сечение, что позволило надежно разделить резонансную и нерезонансную части сечения рождения пар пионов на протоне.

• В рамках развитого в работе подхода были уточнены Q1 -зависимости электромагнитных формфакторов большинства высоколежащих нуклонных резонансов с массами более 1.6 ГэВ.

• Подтверждена обнаруженная раннее резонансная структура в зависимости интегральных сечений рождения пар заряженных пионов от инвариантной массы конечной адронной системы при W -1.7 ГэВ

• Уточнены данные о вкладах резонансной и нерезонансной частей в сечение эксклюзивного рождения пар виртуальными фотонами, а также извлечены сечения квазидвухчастичных каналов

Г,р -> РРтУР—***£>!'3(1520),гр->• гг*^(1685) урж~Р^0600)

•

Апробация работы. Основные результаты были представлены на следующих конференциях:

• международной конференции по возбужденным барионам «W* 2005» (Флорида, 10-15 октября 2005)

• международной конференции по возбужденным барионам « N' 2004» (Гренобль, 24-27 марта 2004)

• международной конференции по возбужденным барионам «N' 2002» (Питсбург, 9-12 октября 2002)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы(статьи в журналах и трудах конференций). Ссылки на работа приведены в списке литературы

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации - 107 е., рисунков - 48, наименований в списке литературы -50.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, выбор методов и объектов исследования, сформулированы цель, новизна, научная и практическая значимость работы, основные положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание диссертации по главам.

В первой главе дается экспериментальный обзор реакций, в которых проявляются вклады возбуждений нуклонных резонансов. По способу конкретизации конечного состояния реакции можно разделить на инклюзивные и эксклюзивные. В инклюзивных реакциях в конечном состоянии регистрируется только одна частица - электрон. Представлены графики инклюзивных структурных функций, в которых проявляются вклады нуклонных резонансов. Изучение структурной функции ^ и ее моментов, а также поляризованной структурной функции g¡ и ее моментов является важной составляющей изучения структуры нуклона. В инклюзивном сечении проявляется вклад от большого числа резонансов, которые к тому же значительно перекрываются. Это обстоятельство сильно затрудняет анализ структуры нуклонных резонансов на основе

инклюзивного фотон-протонного сечения. Для дальнейшего развития наших представлений о нуклонных резонансах необходим анализ эксклюзивных каналов, в которых полностью конкретезируется конечное состояние, и тем самым фиксируется распад резонанса на определенные частицы. Схематически возбуждение нуклонного резонанса иллюстрируется на Рис 1.

Рис. 1. Эксклюзивные каналы реакций взаимодействия фотонов с протоном, протекающих через возбуждение Ы* в ¡-канале. Вершина уописывается тремя амплитудами Л1/2, Аг/1 и 5хп, которые зависят только от О1

На Рис 1 показано, что испущенный электроном виртуальный фотон, взаимодействует с протоном, в результате возбуждается нуклонный резонанс (в в-канале системы фотон-протон). Так как фотон -виртуальный, то он имеет три независимые проекции спина на направление движения(спиральности). Соответственно вершина описывается тремя независимыми амплитудами. При О2 = 0 фотон является реальным, поэтому кулоновская амплитуда 51/2 обращается в 0.

Целью данной работы является извлечение амплитуд Ахп, ЛУ2, из анализа конечного состояния тс*п'р Эта задача является сложной, так как к определенному конечному состоянию могут приводить многие механизмы и приведенный на Рис 1 является лишь одним из них. Для решения этой задачи необходимо развивать модельные подходы, основанные на адекватном включении необходимых механизмов.

Во второй главе подробно описывается экспериментальная установка.

Ускоритель. Основным элементом ускорителя электронов непрерывного действия СЕВАР являются сверхпроводящие ускоряющие структуры. Электроны испущенные инжектором с энергией 40 МэВ ускоряются в двух линейных ускорителях, соединенных с обоих концов пятью поворотными арками. Ускорение в каждом из линейных ускорителей обеспечивается 40 ниобиевыми ускоряющими структурами разделёнными на 8 криомодулей, охлаждаемых жидким гелием. Ускоряющие структуры имеют минимальный градиент ускорения 7.5 МэВ на метр и частоту 1.5 ГГц. На каждом круге электроны получают ускорение около 1100 МэВ, что позволяет достичь максимальной энергии пучка около 6 ГэВ после пяти оборотов. Ускоритель ЛЬАВ предоставляет в распоряжение экспериментаторов непрерывный пучок электронов с рекордной энергией и её стабильностью, диапазона токов, поляризацией (табл 1). Пучок электронов одновременно доставляется в три экспериментальных зала А, В и С.

Энергия, ГэВ <6.0

Ток пучка От 10 нА до 200мкА

Стабильность энергии ~10J

Поляризация до 80 %

Детектор СЬАЯ Детектор СЬАЯ находящийся в зале В был спроектирован для экспериментов в которых конечное адронное состояние характеризуется несколькими некоррелированными частицами. Схема детектора СЬАв показана на Рис.2

Рис 2 Схема детектора CLAS, в разрезе по лгшии пучка.

Система регистрации частиц состоит из дрейфовых камер для реконструкции треков частиц, с последующим определением импульса, Черенковских счетчиков для электрон-пионного разделения, сцинтилляционных счетчиков(система времени пролета) для триггера и

измерения времени пролета частиц и электромагнитных ливневых калориметров для регистрации фотонов и нейтронов, а также для улучшения электрон-пионного разделения. Шесть секторов детектора работают фактически независимо друг от друга с общей мишенью, триггером и системой сбора данных, обеспечивая перекрытие практически всего азимутального угла.

В третьей главе описывается феноменологическая модель рождения пар заряженных пионов на протоне. Амплитуда реакции ур -> я* я'р описывается набором промежуточных квазидвухчастичных изобарных каналов

Остальные механизмы дающие вклад в рождение двух пионов учитывались эффективно, введением амплитуды трехчастичного фазового объема(Рис 3). Каждый из квазидвухчастичных каналов имеет резонансную и нерезонансную части. Резонансной части отвечает б-канальное(в системе фотон-протон) возбуждение нуклонного резонанса(Лг'). Нерезонасная часть представляет минимальный набор Борновских древесных диаграмм на уровне мезон-барионных степеней свободы, удовлетворяющий требованиям калибровочной инвариантности.

ур-> я'А** -> я*я'р ур-*я*А" я*я'р уррр я*я'р

(1) (2) (3)

С) с!)

Рис 3 Механизмы процессов рождения пар пионов на протоне реальными и виртуальными фотонами

Включение новых изобарных каналов. Анализ данных по распределению инвариантных масс я' р, я*р, и углового

распределения я' мезона при W>1.6 веУ указывает на возможное проявление дополнительных изобарных каналов

В ранней версии модели эти изобарные каналы учитывались эффективно введением амплитуды трехчастичного фазового объема. Недостаток силы в расчитанных распределениях инвариантных масс я*р, я'р концентрируется около масс 0(13)(1520), Р(ЗЗХ1660) (1.64 Гэв - масса найденная из анализа данных) и Р(15)(1685) резонансов соответственно. Расхождения в угловом распределении я' мезона могут быть устранены введением ^канального обмена для промежуточного состояния я-+^°(1685). Таким образом, наблюдаемые расхождения между результатами анализа и экспериментальными данными дают основания для включения в модель новых механизмов.

Феноменологическая модель была расширена в соответствии с включением дополнительных изобарных каналов, и были извлечены все дифференциальные и интегральные сечения[3].

Параметризация остаточных механизмов. С цепью параметризовать вклады остаточных механизмов, трехчастичный фазовый объем был заменен на набор амплитуд, показанных на Рис.5

ур -»• (1520) я* я'р ур я*Р°(Ш5) ->• я* я'р ур -» (1600) я* я'р

(4)

(5)

(6)

Рис 5 Обменные диаграммы параметризующие вклады остаточных механизмов

Такая замена позволила улучшить качество описания данных во всём диапазоне переданных импульсов. Амплитуды механизмов были параметризованы в Лоренц инвариантной форме

Аф^^ТГу'и^РА^-^ (7)

где егц - вектор поляризации фотона ир,ир. - спиноры начального и конечного протонов

Р^ - квадрат переданного четырёх- импульса - минимальное значение квадрата переданного четырёх-импульса.

В яА канал была добавлена диаграмма, вклад которой определяется следующей амплитудой

м, = <.Ат^й^грирр;+вте1й^г*ир(2р;-р;)у^ (8)

где 1 = {РГ-РК)2, Кг=\.6ЮеУг В четвертой главе описываются результы анализа данных детектора СЬАБ по фото и электророждению пар заряженных пионов на протоне.

Объединенный анализ однопионного и двухтонного каналов. Надежное описание нерезонансных механизмов также как и разделение вкладов резонансов и фона представляет фундаментальную проблему физики нуклонных резонансов. В настоящее время нерезонансные процессы можно описать только феноменологически. Надежность описания фона, а также разделения резонансных и нерезонансных вкладов может быть проверена в совместном анализе основных эксклюзивных каналов. Одно и двухпионное фото и электророждение мезонов в области возбуждения нуклонных резонансов являются доминирующими и на их долю приходится около 90% полного сечения. К тому же фоновые процессы в этих каналах существенно различны. Успешное совместное описание этих реакций подтвердит надежность разделения фоновых и резонансных процессов. Таким образом, мы ожидаем получить наиболее точные значения формфакторов нуклонных резонансов и заметно уменьшить модельные неопределенности возникающие из-за феноменологического разделения фона и резонансов. В анализ включены все резонансы со статусом не ниже 3 звезды принадлежащие второй и третьей резонансной области. Для совместного анализа использовались данные СЬАв по сечениям рождения одного и двух пионов при б2 = 0.65ОеК2, так как на данный момент только в этой области есть совместные данные по сечениям.

В результате совместного анализа был определен общий набор формакторов нуклонных резонансов описывающий как рождение одного пиона, так и двух пионов. Этот набор представлен в таблице.2.

Таблица 2 Результаты совместного анализа однотонного и двухпионного рождения формфакторы Аив единицах 10'гСеУ1П, д2=0.65веУ2

4/2 4/2 ^1/2

^,(1440) 21±4 33±6

4,(1520) -65±4 62±5 -35 ±3

531(1620) 16±4 -28 ±3

5,, (1650) 43±7 -6±3

/;3(1680) -32 ±5 51 ±4 -15±3

Д3(1700) 44±4 36±4 -7±4

Д3(1700) -21±2 10±1 0

/1,(1720) 55±3 -68±4 0

Поиск нового резонансного состояния В результате анализа ситуация с возможным новым состоянием в рамках расширенной модели(был доступен массив данных СЬАБ по фоторождению двух пионов) приводит к следующему заключению.

Невозможно описать данные СЬАБ по фоторождению и электророждению пар пионов приписав состоянию Р13(1720) парциальные ширины независящие от б2. В результате анализа мы получили в предположении, что если этого резонанса не существует, то относительная доля распадов по каналу рр составляет 7% при б2 =0.65СеУ2 и 60% при О2 =0. Парциальная ширина распада по определенному каналу не может зависить от квадрата 4-импульса фотона. Если включить в модель состояние Р13(1720) с ширинами взятыми из экспериментов с адронными пучками и новое резонансное состояние, то экспериментальные данные описываются гораздо лучше. Таким образом, можно сказать, что утверждение о существовании нового резонансного

состояния, обретает более твердую основу. Анализ предварительных данных в фотонной точке с включением и без включения возможного нового состояния показан на Рис.6. Из Рис 6 видно, что сигнал от нового состояния присутствует, хотя и маскируется нерезонансными процессами.

Извлечение электромагнитных формфакторов и вкладов различных изобарных каналов. На основе усовершенствованной модели рождения двух пионов были проанализированы данные СЬАв. На Рис 7 представлено полное сечение электорождения включающее новое состояние при £?г = 0.65,0.95,1.30веУ2. На Рис 8 представлены данные по электромагнитным формфакторам нуклонных резонансов(Р11(1440)), полученные из анализа данных в рамках развитой модели.

Рис 6 Полное сечение фоторождения я*ж' пар. Пунктирной линией обозначен анализ без включения нового состояния, сплошной черной линией показан анализ с включением нового состояния, сплошной красной линией(средняя кривая) показан вклад нерезонансных процессов, сплошной синей линией(нигнсняя кривая) показан вклад резонансной части.

35 30 25 20 15 10 5 0

1Г,веУ

Рис 7 Полное сечение электророждения пар заряженных пионов на протоне при £?2 = О.бЮеУ2 (верхняя кривая), 0* =0.95веУ1 (средняя кривая), <22 = 13<Юе V2 (нижняя кривая ), сплошная черная линия — анализ данных с включением нового состояния.

■ I I ■ ■ I I ■ ■ | ■ ■ ■ I I ■ ■ I I ■ ■ I 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9

r (Âf/2 +Sfn)>n,lO'3GeV1'2 «О ^ 60

40 20

1

О -2 О -40 -бО

О О. ¿5 1 1.5

£2,GeF2

Рис 8 Комбинация формфакторов (Л,2/2 +S2/2)"2 Эля Роперовского резонанса Р11(1440). Кружки - анализ двухпионных данных. Звездочка при Q1 =0 данные PDG, звездочка при g2 = 0.65GeV2 - результат совместного анализа однотонных и двухпионных данных.

В заключении кратко сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.

1. Усовершенствована и существенно дополнена модель описания рождения пар заряженных пионов реальными и виртуальными фотонами в области < 2.5 ГэВ и переменных Q1,1 несколько ГэВ2. Модель хорошо воспроизводит имеющиеся данные и позволяет из условия наилучшего описания измеренных сечений рождения пар заряженных пионов извлечь информацию о:

- электромагнитных формфакторах нуклоных резонансов

- вкладе различных двухчастичных каналов с формированием нестабильных частиц в промежуточном состоянии;

- вкладе резонансных и нерезонансных процессов;

Модель не имеет мировых аналогов и принята Международной Коллаборацией СЬАв в качестве основного подхода для анализа экспериментальных данных по рождению пар заряженных пионов.

2. На уровне мезон-барионных диаграмм осуществлена параметризация вкладов остаточных механизмов дающих вклад в двух-пионное сечение тем самым произведено четкое разделение резонансной и нерезонансной частей.

3. В рамках развитого в работе подхода были уточнены О1 -зависимости электромагнитных формфакторов большинства высоколежащих нуклонных резонансов с массами более 1.6 ГэВ.

4. Подтверждено наличие обнаруженной раннее резонансной структуры в зависимости интегральных я*я~ сечений от инвариантной массы конечной адронной системы при W ~ 1.7 ГэВ, Полученные из

условия наилучшего описания данных квантовые числа этого состояния - 3/2+ (1720).

5. Уточнены данные о вкладах резонансной и нерезонансной частей в сечение эксклюзивного рождения я-V пар виртуальными фотонами, а также извлечены сечения квазидвухчастичных каналов у,р-*я~А**, уур -» я+£,у,р рр,ур-+ *+Д°з(1520) -> я-+>г>,ГР -> л-+^,(1685) -> гг+я-~р ур -> я-"Рз;+(1600) -> я*я'р

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. В.Д. Буркерт, В И Мокеев, JI Елуадхрири, А.А. Болучевский, Г.В Федотов, Е. Л Исупов, Б.С. Ишханов, Н.В. Шведунов НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ В ИЗУЧЕНИИ НУКЛОННЫХ РЕЗОНАНСОВ В РОЖДЕНИИ я'я- ПАР ПОЛЯРИЗОВАННЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ НА НЕПОЛЯРИЗОВАННОМ ПРОТОНЕ. Ядерная физика 2004 67 10 стр 1918-1922

2. V.I. Mokeev, V.D. Burkert, L. Elouadrhiri (Jefferson Lab), A.A. Boluchevsky, G.V. Fedotov, E.L. Isupov, B.S. Ishkhanov, N.V. Shvedunov (SINP, Moscow), PHENOMENOLOGICAL ANALYSIS OF THE CLAS DATA ON DOUBLE CHARGED PION PHOTO AND ELECTRO-PRODUCTION.,Труды международной конференции по возбужденным барионам «N' 2005» (Флорида, 10-15 октября 2005)

3. V.I. Mokeev et al. Baryon States in Double Charged Pion Photo- and Electroproduction Труды международной конференции по возбужденным барионам «Ж* 2004» (Гренобль, 24-27 марта 2004)

4. V.l. Mokeev et al Double Charged Pion Photo- and Electroproduction,Труды международной конференции по возбужденным барионам «N' 2002» (Питсбург, 9-12 октября 2002)

Подписано к печати _____ Тираж Заказ 3

¿V ¿7 3.<Рй

Отпечатано в отделе оперативной печати физического факультета МГУ

32И7

Введение.

Глава 1. Электромагнитное возбуждение нуклонныхрезонансов.

Нуклонные резонансы в инклюзивных реакциях

Нуклонные резонансы в эксклюзивных реакциях

Глава 2. Экспериментальная установка.

Ускорительный комплекс ЛЬАВ

Детектор СЬАв

Тороидальный магнит

Дрейфовые камеры

Черенковский счётчик

Электромагнитный калориметр

Система времени пролёта

Система сбора данных

Реконструкция событий

Калибровка детектора

Окончательный процесс реконструкции

Реконструкция треков

Реконструкция времени отсчёта

Отбор событий

Идентификация заряженных частиц

Идентификация нейтральных частиц

Генератор событий для реакции электророждения двух пионов на протоне

Глава 3. Дальнейшее развитие феноменологической модели рождения заряженных пионов на основе данных С1Л8 по полной совокупности эксклюзивных наблюдаемых.

Обзор ранней версии модели рождения двух пионов на протоне

Включение нового изобарного канала ур—> я-+£)13(1520)

Прямое рождение пар пионов и дополнительная структура в канале ур—>лА

Включение новых изобарных каналов ур^> л"+/^5(1685), ур —» (1600)

Глава 4. Извлечение электромагнитных формфакторов пуклонных резонансов из данных С LAS на основе расширенной модели.

Обзор результатов полученных на основе ранней версии модели

Анализ данных CLAS на основе модели версии 2005 года

Объединенный анализ однопионного и двухпионного каналов.

Поиск "missing "резонанса.

Извлечение электромагнитных формфакторов и вкладов различных изобарных каналов.

В настоящее время проводятся многочисленные исследования структуры нуклона. Актуальность задачи связана во многом со следующим: с одной стороны в нашем распоряжении имеется квантовая хромодинамика - калибровочная теория сильного взаимодействия, но с другой стороны задача, состоящая в получении предсказаний этой теории в области больших расстояний, наталкивается на огромные трудности. Реакции, в которых рождаются нуклонные резонансы, не могут быть описаны на языке степеней свободы квантовой хромодинамики — кварков и глюонов. В этой области энергий используется другой язык - мезон-барионные степени свободы. Поэтому задача исследования свойств нуклонных резонансов формулируется следующим образом. Необходимо описать реакции в области промежуточных энергий адекватным набором механизмов на языке эффективных степеней свободы - барионов и мезонов. Для проверки адекватности набора механизмов необходимо использовать для анализа всю совокупность наблюдаемых распределений, одномерных и многомерных дифференциальных и интегральных сечений. Необходимо тестировать извлеченные параметры в совместном анализе нескольких эксклюзивных каналах. На этом пути - можно получить минимально зависящие от феноменологических моделей результаты. Используя эти результаты, можно пытаться найти доступ к фундаментальным степеням свободы КХД — кваркам и глюонам, и тем самым выяснить динамику сильного взаимодействия в области расстояний соответствующих конфайнменту. Развитию и усовершенствованию одной из таких феноменологических моделей[1], описывающей эксклюзивный канал рождения пар заряженных пионов на протоне и посвящена настоящая диссертация.

Цель работы.

Настоящая диссертация посвящена развитию начатого в [2] физического анализа первых данных коллаборации СЬАЯ по эксклюзивному каналу рождения пар заряженных пионов на протоне виртуальными и реальными фотонами.

Основные пункты исследования:

• Расширение феноменологической модели новыми изобарными каналами.

• Параметризация остаточных механизмов, дающих вклад в сечение рождения пар заряженных пионов

• Исследования в области обнаружения новых резонансных состояний

Актуальность работы связана с необходимостью построения феноменологических моделей различных эксклюзивных реакций, в которых участвуют сильновзаимодействующие частицы, в области промежуточных энергий.

Научная новизна работы и практическая значимость работы.

Существенно дополнена и усовершенствована развитая в [1] феноменологическая модель рождения пар заряженных пионов на протоне под действием реальных и виртуальных фотонов.

Подтверждено наличие обнаруженной раннее[2] резонансной структуры в зависимости интегральных л*л~ сечений от инвариантной массы конечной адронной системы при \У ~ 1.7 ГэВ.

На уровне мезон-барионных диаграмм осуществлена параметризация вкладов остаточных механизмов дающих вклад в двух-пионное сечение.

В рамках развитого в работе подхода были уточнены ()2 -зависимости электромагнитных формфакторов большинства высоколежащих нуклонных резонансов с массами более 1.6 ГэВ.

Автор защищает:

• Включение в феноменологическую модель новых промежуточных квазидвухчастичных изобарных каналов ур->л+Аз(1520) , ур-^1г+^°(1685) , ур -> л"(1600).

• На уровне мезон-барионных диаграмм осуществлена параметризация вкладов остаточных механизмов дающих вклад в двухпионное сечение, тем самым произведено четкое разделение резонансной и нерезонансной частей двухпионного сечения.

• В рамках развитого в работе подхода были уточнены О2 -зависимости электромагнитных формфакторов большинства высоколежащих нуклонных резонансов с массами более 1.6 ГэВ.

• Подтверждено наличие обнаруженной раннее[2] резонансной структуры в зависимости интегральных сечений рождения пар заряженных пионов от инвариантной массы конечной адронной системы при \У ~ 1.7 ГэВ

• Уточнены данные о вкладах резонансной и нерезонансной частей в сечение эксклюзивного рождения л+л~ пар виртуальными фотонами, а также извлечены сечения квазидвухчастичных каналов уур-> л+А°,уур рр, ур -> л-+Д°3(1520), ур -> я-^°(1685) ур ->

Апробация работы. Основные результаты были представлены на следующих конференциях:

• международной конференции по возбужденным барионам «./V* 2002» (Питсбург, 9-12 октября 2002)

• международной конференции по возбужденным барионам « лг* 2004» (Гренобль, 24-27 марта 2004)

• международной конференции по возбужденным барионам « лг* 2005» (Флорида, 10-15 октября 2005)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы(статьи в журналах и трудах конференций). Ссылки на работы приведены в списке литературы

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации - 110 е., рисунков - 48, таблиц - 6, наименований в списке литературы - 50.

Во введении обоснована актуальность темы, выбор методов и объектов исследования, сформулированы цель, новизна, научная и практическая значимость работы, основные положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание диссертации по главам.

В первой главе дается экспериментальный обзор инклюзивных и эксклюзивных реакций, в которых проявляются вклады от возбуждений нуклонных резонансов.

Во второй главе описывается экспериментальная установка Лаборатории Джефферсона.

В третьей главе непосредственно описана феноменологическая модель рождения пар заряженных пионов на протоне.

В четвертой главе даются результаты анализа данных СЬА8 по рождению пар заряженных пионов виртуальными и реальными фотонами на основе расширенной версии модели. Обсуждается сигнал от возможного нового состояния.

В заключении кратко сформулированы основные результаты.

Заключение

I. Усовершенствована и существенно дополнена модель описания рождения пар заряженных пионов реальными и виртуальными фотонами в области \У < 2.5 ГэВ и переменных О2, I несколько ГэВ2.

Модель хорошо воспроизводит имеющиеся данные и позволяет из условия наилучшего описания измеренных сечений рождения пар заряженных пионов извлечь информацию о:

- электромагнитных формфакторах нуклоных резонансов Л2(б2),4,2(б2)А/2(е2); вкладе различных двухчастичных каналов с формированием нестабильных частиц в промежуточном состоянии;

- вкладе резонансных и нерезонансных процессов;

Модель не имеет мировых аналогов и принята Международной Коллаборацией СЬА8 в качестве основного подхода для анализа экспериментальных данных по рождению пар заряженных пионов.

2. На уровне мезон-бар ионных диаграмм осуществлена параметризация вкладов остаточных механизмов дающих вклад в двух-пионное сечение тем самым произведено четкое разделение резонансной и нерезонансной частей.

3. В рамках развитого в работе подхода были уточнены О2 -зависимости электромагнитных формфакторов большинства высоколежащих нуклонных резонансов с массами более 1.6 ГэВ.

4. Подтверждено наличие обнаруженной раннее[2] резонансной структуры в зависимости интегральных сечений от инвариантной массы конечной адронной системы при XV ~ 1.7 ГэВ, Полученные из условия наилучшего описания данных квантовые числа этого состояния - 3/2+ (1720).

5. Уточнены данные о вкладах резонансной и нерезонансной частей в сечение эксклюзивного рождения п+п~ пар виртуальными фотонами, а также извлечены сечения квазидвухчастичных каналов уур^>л~Д++, уур^л+А°,уур^рр,ур^ ; (1520), ур (1685), ур (1600).

Автор выражает благодарность своим научным руководителям проф. Ишханову Б. С. и с. н. с. Мокееву В. И за постоянною поддержку и помощь в подготовке данной диссертации. Также выражаю благодарность всем сотрудникам отдела электромагнитных процессов и взаимодействий атомных ядер и Лаборатории Джефферсона, особенно профессору В. Д. Буркерту за постоянное внимание и полезные обсуждения.

1. M. Ripani, V.D. Burkert, V. I. Mokeev, et al, Phys Rev. Lett. 91, 022002(2003)

2. F. W. Brasse, e. a. Nucl. Phys. В110 413 (1976)

3. M. Osipenko etal.(CLKS collaboration), Phys.Rev.D67:092001,2003

4. G. Ricco et a/.,Nucl. Phys. B555, 306(1999) ; G. Ricco et al.,Phys. Rev, C57, 356

5. A. Bodek et tf/.,Phys.Rev. D20, 1471(1979) ;S.Stein et tf/.,Phys.Rev. D12, 1884(1975)

6. L.W. Whitlow et al.,Phys. Lett. B282, 475 (1992).

7. В. Adeva et al.,Phys.Rev. D58, 112001(1998)

8. A. Milsztajn et al.,Z. Phys. C49, 527 (1991).

9. Герасимов С. Б., Ядерная Физика , 2 , 598(1965)1 l.Drell S. D., Hearn A. C., Phys. Rev. Lett., 17, 616(1966)

10. R. Fatemi et o/.(CLAS collaboration), Phys. Rev. Lett. 91, 222002(2003)

11. J. Yun etal.(CLAS collaboration), Phys. Rev. C67, 055204(2003)

12. A. Deur etal., Phys. Rev. Lett. 93, 212001(2004)

13. X. Ji, C. W. Kao, J. Osborne. D63, 097904(2001)

14. V. D. Burkert, Phys. Rev. D 63, 097904(2001)

15. M. Anselmino, B. L. Ioffe and E.Leader, Sov. J. Nucl. Phys. 49 136(1989)

16. V. D. Burkert and B. L. Ioffe, Phys. Lett. B 296, 223(1992); V. D. Burkert and Zh.Li, Phys. Rev. D 47, 46(1993); V.D Burkert and B.L.Ioffe, J. Exp. Theor. Phys. 78, 619(1994)

17. J.Soffer and O.V. Teryaev, Phys. Rev D 51, 25 (1995); J.Soffer and O.V. Teryaev, Phys. Lett. B545, 323(2002)

18. A. Buchmann and E. Henley, Phys. Rev. D 65,073017(2002)

19. A. Buchmann and E. Henley, Phys. Rev. C 62, 015202(2001)

20. A. Buchmann and E. Henley, Phys. Rev. D 65,021317(2002)

21. C. Alexandrou et al., Phys. Rev. D 69 114506

22. C. Alexandrou et o/.,hep-lat/0409122

23. K. Joo, etal.(CLAS collaboration), Phys. Rev. Lett. 88, 122001(2002)

24. V.D. Burkert, T.-S. Lee, International. Journal of Modern Physics E, Vol 13, No. 6(2004) 1035-1111

25. G. Aznauryan, et al. To be published in Phys. Rev. C, arXiv: nucl-th/0407021

26. S. Capstic and B. Keister, Phys. Rev. D 51, 3598(1995)

27. E. Pace, G. Salme, and S. Simula, Few Body Syst. Suppl. 10:407,1999

28. M. Warns, H. Schroder, W. Pfeil, and H. Rollnik, Z.Phys. C 45, 627(1990)

29. M. Aiello, M.M. Giannini, and E. Santopinto, J.Phys. G 24:753, 1998

30. F. Cano and P.Gonzales, Phys. Lett. B431:270(1998)

31. M. D. Mestayer et. al. Nucl. Instr. and Meth. A449,81 (2000).

32. D. S. Carman et. al. Nucl. Instr. and Meth. A419,315 (1998).

33. G. Adams et al. Submitted to Nuclear Instruments and Methods 7/28/2000

34. M. Amarian et al. Submitted to Nuclear Instruments and Methods 9/27/2000

35. M. Anghinolfi et. al. Nucl. Instr. and Meth. A447,424 (1998).

36. E. S. Smith et. al. Nucl. Instr. and Meth. A432,256 (1999).

37. V. Blobel et. al. The BOS system for the CLAS detector: Dynamic Memory Management 1995.

38. Particle Data Group, Phys. Rev. D54, 1(1996).

39. M. Giannini, Rep. Prog. Phys. 54, 453 (1990).

40. D. M. Manley, E. M. Salesky, Phys. Rev. D45, 4002 (1992).

41. R. G. Newton, Scattering theory of waves and particles. McGraw-Hill (1969).

42. J. M. Batt, W. F. Waisskopf, Theoretical Nuclear Physics, New York-London (1952).

43. I.G. Aznauryan et. al., submitted to Phys. Rev. C., hep-ph/0508057

44. F.James. MINUIT Minimization package reference manual. CERN Program Library Long Writeup D506

45. I.G. Aznauryan, V. D. Burkert, H. Egiyan, et. al, Phys. Rev. C71, 015201(2005)

46. В.Д. Буркерт,В И Мокеев, JI Елуадхрири, A.A. Болучевский, Г.В Федотов, Е. Л Исупов, Б.С. Ишханов, Н.В. Шведунов НОВЫЕ

47. ВОЗМОЖНОСТИ В ИЗУЧЕНИИ НУКЛОННЫХ РЕЗОНАНСОВ в РОЖДЕНИИ Л-+Л■- ПАР ПОЛЯРИЗОВАННЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ НА НЕПОЛЯРИЗОВАННОМ ПРОТОНЕ. Ядерная физика 2004 67 Юстр 1918-1922