Коэффициенты неупругости в адрон-ядерных взаимодействиях при ускорительных энергиях и энергиях космических лучей тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

МОСКОИСКИЙ ОГДЕПЛ ЛЕНИНА, ОГДНПЛ ОКТЯПГЬСКОП ¡'ЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНЛ ТРУДОВОГО КРАСНОГО 'ШЛМЕПИ 14)(• V; 1Л¡4 "I ВК1Ш Ы Й V11И В ЕР< 'НТК ! им. М.В.ЛОМОНОСОВА

н и ЧН<)■ [!(.'(-Л ЬЖЖЛТКЛ ьс;кИЙ шк: ГИ'1 У 1' ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

им .Т.В.ОКОЬЕЛ Ы1ИПА

:1 Л

. _ - ----------!!а прапах рг:;спи;;п

| V» Л й -1 1Л

Я ИЛА ГНИ ЕВ ШарпудОин МумшЬ/свич

КОЭФФИЦИЕНТЫ НЕУПРУГОС ТИ В АДРОН-ЯДЕР11ЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ ПРИ УСКОРИТЕЛЬНЫХ ЭНЕРГИЯХ И ЭНЕРГИЯХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ

01.04.23 - физика высоких энергий Чятореферпт диссертации на соискание ученой гтопепи кандидата физико-м атомати ческих наук

МОСКВА 1995

Работа выполнена в научно-исследовательском институте ядерной фи зики и па кафедре космических лучей и физики космоса Московского го сударсч венного университета им. М.В.Ломоносова.

Научные руководители: доктор физико-математических наук

Л.Н.Смирнова,

кандидат физико-математических наук JI. Г. С'веш л и кова.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Н.Л.Коротких,

кандидат физико-математических наук В.('Лучков.

Ведущая организация: Институт ядерных исследований РАН, Москва

Jai i un a состой т с я /з; ..час. на заседании смециа

лизировапнога совета К-0.г).'5.0,г).24 в Московском государственном универ ситете им. М.В.Ломоносова (г. Москва, Ленинские горы, МГУ, Н И И Я < МГУ, 19 корпус, ауд. 2-15). С диссертацией можно ознакомиться n ñv. блиотске НИИЯФ МГУ.

Автореферат разослан H)í>5r.

Ученый секретарь спсциалширопнпого совета доктор физико-математических наук

Общая характеристика работы.

Актуальность темы. Полный и парциальный коэффициенты не-yn ругости К и: и К-, были введены "И" физику" высоких э1Кфгий~в~работах Г.Вачагина и Г.Т.Зацепина для анализа ядерно-электромагнитнмх каскадных процессов в физике космических лучей. По определению К,и А'т - ло параметры адрон-адронных и адроп-ядерных взаимолейс гний, определяющие средние доли анергии, выделенные но все вновь рожденные частицы и 7-квапты соотвечственно. Известно, что эксперимен чнл!,-пые методы физики космических лучей основаны па регистрации результатов не одного иголированнот взаимодействия, а. взаимообусловленной совокупности птдт.пых(ядсртлх) п злектромагии uiux процессов - наерно-электромапштного каскада.. Скорость развития такого каскада в суще ствешюй степени определяется величинами Кш и К1.

Кроме тога, во многих зкеиериментах в физике космических лучей для регистрации адронпой компоненты используются так называемые "толчковые" установки, в которых регистрируется лить часть энергии адрона, переданная в 7-кванты в тонком слое вещества. Для восстановления полной энергии адрона необходимо знать не только средние, значения /ц, но и распределения по этим величинам.

Ii физике космических лучей имеется ряд зкенеримен сальных результатов, корректная ин герпретация которых принципиально зависит от вы бора вида распределений и средних значений коэффициентов неупругосч'и в адрон-ядерпых взаимодействиях. Например, явление очень бысчрою поглощения га.мма-адронных семейств в атмосфере, обнаруженное в экспериментах с ренгген-змульсиопными камерами. Друтой пример изуче пие но! лощения адропов с энергией Г>0 100 ТэВ в свинце в эксперименте "Памир" показало существование эффекта "длиннонробежных" лавин -избытка ядерно-электромагнитных каскадов на больших глубинах ( lunilla. Количественная оценка этот избытка зависит, п конечном счете, от предположений о коэффициентах h'tat, h\ во взаимодействиях адронов с ядрами РЬ.

Исследованию параметров К,ы, было посвящено множество работ. Долго считалось, что параметр К,а не зависит" от а томного номера ядра-мишепи и от энергии налетающего адрона и примерно равен К,,,, ~0.Г>. Однако результат!,i ряда, мингенных ускорительных экснерим'чггов, осу ¡цествлсиных в последнее время в области энергий 100-400 ГэВ, указывают на смягчение спектров вторичных частиц, рожденных на ядерных

мишенях, но сравнению со спектрами частиц, рожденных, на прогонной мишени. Очевидно, что aro должно приводить к увеличению коэффициентов неупругости с увеличением атомного номера ядра-мишени.

Известно, что в ускорительных экспериментах распределения коэффициентов неупругости специально, как правило, не исследуются; "каноническими" для ускорительной физики являются инклюзивные распределения вторичных частиц. Из них получить информацию о виде спектров и средних значениях Kt„¡, К1 практически невозможно. Существуют также проблем))] методического характера, связанные с тем, что для получения распределения некоторого парциального коэффициента неупругости Ki необходимо измерить энергии или импульсы всех частиц copra i в каждом событии. Поэтому спектр К1 принципиально невозможно получить в большинстве ускорительных экспериментов, в которых используются спектрометры, перекрывающие лишь часть полного телесного угла. Только на спектрометрах с 4эт-геометрией можно получить спектр

Задачей данной работы является детальное исследование распределений и средних значений Кш и их зависимости от атомного номера Л ядра-мишени и тина налетающей частицы в ДЛ-нзаимодействиях с использованием данных ускорительного эксперимента NA22, а также их сравнение с. предсказаниями моделей кварк-глюонных струн MQGS и MQ. На основе этих результатов из анализа данных, полученных в физике космических лучей при энергиях 10-100 ТэВ, оцепить энергетическую зависимость коэффициентов Км и А'7.

На защиту выносятся:

• Результаты исследования экспериментальных спектров но множественности и быстроте вторичных заряженных частиц в ж+Л1, п+Ли К+Л1, Л и-взаимодействиях при энергии налетающей частицы 250 Г'э11 и калибровка но этим спектрам моделей кварк-глюонных струн MQGS г MQ.

• Результаты исследования Л-зависимости экспериментальных инклю зивных ипвариантпых спектров F(xp) заряженных частиц и 7-квантов t /гЛ-взаимодейегвиях и сравнение их с предсказаниями модели MQGS.

• Результаты исследования когерентного образования частиц я соуда рениях К+ и 7г+-мезонов с ядрами Л/ и Ли при импульсе 250 ГэВ/с.

• Результаты исследования распределений по коэффициентам неупру гости Kíat, Ку - согласно данным эксперимента и моделей MQGS и MQ i

к'ледующей экстраполяции предсказаний моделей кварк глкюппых струн область niepi ий космических лучей.

• ('равнение результатов исследования коэффициентов neyiipyiости '.•«¡Г^э с рГпу7и.татами исследования этих параметров в физике кос\*н ■;ских лучей.

Научная новизна работы (аключаеия в юм. что впервые при мер in налетающей часгнны '¿.">0 i' )В во взаимодействиях .тМ1, .т ' Ли, h ' AL был проведен дет;иа.пып апали) инклюзивных инвариа юных спек ров Г(х1.'} для наряженных ча.оиц и д-квантов в сравнении ; миле, глмп IQCS и MQ. Ныло проведено исследование Л-.за.висимости эксперимоц-ильиы.ч и модельных инключииммх инвариантных спектров /''{<} заря .енпых частиц и 7 квантов и оценено влияние когерентных взаимоцей-твий па эту зависимость.

С большой точностью были определены специфические для физики асМИЧеСКИХ лучей нарамозры - Коэффициенты ИСуиругОСЛ И К/с., и i\\. вторые в ускорительной физике не исследуются. Исследована зависн-ость коэффициентов пеуиругос.ти от атомного номера ядра, мишени и и на. налезающей частицы.

Проведена экстраполяция !'у ¡ависимостн /Г,.., и А'-, из области тер ИЙ ускорительных мишенных ЖСПерИМеН ГО» 1 /д, ~i(i(l i tBj В «КММ'ТЬ иергии космических лучей (/д ~((i ЧЪВ).

Практическая ценность работы м.члюч.-н;; i я в ¡ом, преде га» »«>» ые в аиссер-i ации ре-л'.нлаты исследования ко »ффициешов неуируик i i: i, , и h\ могут бы I ь использованы дан ин'| ернр'ч а цн и данных 1кеперн-ien'1'ов в физике космических л\"ей. я. также при планировании новых кспериментов в этой области физики высоких энергий.

Материалы диссертации докладывались на Сессии ОЯФ ¡'ЛИ (1992t Л. ia. Международных рабочих совещаниях коллаГюрапии NA22 i НЙК1. 99-i I a . j и на Vlii Международном симпозиуме но физике космических iyчей сверхвысоких энергий (ШМ г.).

Структура и обьем диссертации. Лиссер тация сосзош и-, вне ¡.ения, Г, глав и saK.Jiючения, содержи'!' 2!) рисунков, II таблиц и списка 1и тируемой литературы, состоящей) из 51 наименования.

J

Содержание работы.

Во введении обоснована актуальность исследовании коэффициентов иеупругости Ки в ад ¡юи-ядерных вча.имодейс твинх, их чависимос! и от томного номера Л ядра, мшнепи, чпергии а ч ипа налегающей частицы, покачана, научная пови та, и практическая ценнос ть работы.

Первая глава содержит описание Квршн'йскш о Гибридною ( Спектрометра KHS и методики чкеперимента. NA22. Спектрометр KHS состоит m трех частей: детектора и измерителя импульсов - вершинного детек тора., идентификатора чаряженных частиц и детектора (ротонов. Вершинный дечектор 10HS - быстроциклирующая жидководородная п.учырьковая камера. НОВО.. Гонкие пластины нч алюминия и чолога - (),(К)ЯД ., - установлены в среде жидкого нодорода. на. расстоянии la,5 см от входного окна. НОВО. Точность измерения импульса частиц поддерживается па уровне <2 %. Иден тификация протонов при ]i <1,2 ГчВ/с производи тся измерением ионичл.ции н пучмрьшном камере.

Важное достоинство спектрометра KÜS - наличие .четек торов НИ) и KOI), регистрирующих -/-кванты от распадов тг" и мечонов, Деч'екчор ICD регистрирует 7-к ванты малых и промежуточных энергий с р £(¡,10) Гчв, в то время как детектор быстрых частиц KGÎ) способен регисчри ровачь 7-кнанты с импульсами вплоть до 2Г>0 Г>В/с. >нер1чгтическое и пространственное разрешение ЮГ) и ГСП.) таковы, что .чпергии тг" и ?/'-мечонов могут 6i.rri> определены с точностью до Л %.

Полные числа событий, испольчова.нных в данной работе, было равно I2fii,10fi7,;n/ir),2(bjfi собычиям для К + AlJ\ + Ли, 7г+Л/,7г+/1г/.-»чаимодойгтви соответственно. Ич анализа исключались собьттия с избыточным числом плохо измеренных треков, квалиупругие и ког ерентные собы тия. Окончательно - после всех отбраковок - для апалича. использовалась следующая совокупность событий: 1 ГШ, ¡000, 2086, 2ЛП событий для К"Л!., h'^Au, л4 AI-, -тгМм-вчаимодействий соответственно.

Для компенсации возможных искажений распределений но множественности ич-ча. отбраковок событий с ичбытком плохо ичмеренпых треков вводились топологические веса «>,,. - в соответствии с топологическими сечениями о„. Также вводилис.1> поправки на остающиеся после таких от браковок "плохие" чаряжениые треки Юц.г,- О учетом порога, регистрации и поглощения 7-квгштов в оенках детекторов »водилась поправка на потерянные 7-квап ты. Таким обрачом, полная поправка на событие при

к

шал изо вторичных заряженных треков была, равна. VI',.,, = 7/>т,'"'н.7'.■> при >абиче с. у-ква.н гами 14''„„ =- "»т

Во второй главе дано описание используемых в данной работе моде юй кварк глюопимхструн МС2С!8 й МС^'.'Н модели М(¿С;N динамически шыгрывамтся формирование, распад и в»аимодейсI вие кварк I лкюинмх труп, возникающих при взаимодействии адропа. с ядром, а чакже тан-«ул-йстиие а.дронов и («монамсон, образующихся при фрагментации <гп\ л-рун. И этой модели можно варьировать некоторые параметры. На-фимер, в качестве координаты и времени формирования адрона мол ю испиль»овап. либо коордишиу и время чочки пересечения ¡раек торий (варков - "уо-уо"-время формирования, либо координату и время точки ^азрьта струны "копети / уен I ное" врем» формирования. I пкже моде чирование может проводиться с учетом или без учета, ''горячего ка.ска. жирования" - совокупности процессов вторичных взаимодействий частиц, .юждеппых при фрагментации струп.

Программа-генератор предназначенная для »нали*» рсчульгатон жеиеримен тон в космических лучах, реалн тгг предсказания модели кварк ¡•люониых струп для взаимодействий Ь.'*N (адрон-воздух) и //./'/у и основных типов налетающих чахл и и - тг, Л', Л. Поскольку данные жеперн ментов в космических лучах чувствительны лишь к гиойс г вам кчоричпих аагЧНН. рожЦеПНЫХ В передней полусфере В г ц.м . ]п н | ецера Горе N1*2 каскадные процессы пе учич ываютси. Динамически разыг рывак; гея >;а р.» к: ер им и К!? только самых быстрых часчип., а. основная доля вторичных Частиц ра.ссчитывается с. учетом 1а.копов сохранения п описания I пек 1 ров и распределений по множес ч венное I н вч'оричпых часч мн в пе,->е,шей jjo.iv-сфере в с.ц.м.. Преимуш.ес пю мой программы - высокая <коро<-и> юно рации собы тий, что является важным при проведении расчетов в области с не рх в ы со к и х и ге р г и й.

Третья глава посвящена а шиш и1 жеперимеп'питьных распределений пи множественности и инклюзивных спектров но быстроте ус заряженных частиц, их сравнению с предсказаниями моделей МС^ОЯ н .VI (,}. Также в данной главе исследуется А-зависимость инвариантных инклюзивных спек I ров заряженных частиц и к тип о» ш> фейимано.вской иорешглисш X!. в сравжмии с данными модели \1QCIS и оцениваемся вклад к<л ереп г НЫХ ВЗЛИМОДеЙСТВИН В ИССле.луем[,|е спектры.

.Анализ распределений по множен-гвенпостям »>х,«.,т>. пока что в целом модель кварк-глюоппых струн М^СоЧ описывает, с точностью

~20%, экспериментальные данные для мезон-ядерных взаимодействий. Для взаимодействия мезон-Лк данные эксперимента и модели согласуются хуже, чем для случая мезон-Al взаимодействия, причем наилучшее согласие для Ли как ядра-мишени наблюдается при выборе в модели MQCîS "yo-yo"-времени формирования адронов.

Сравнительный анализ распределений но быстроте ус показал, что экспериментальные и расчетные спектры F(yc) хор ото согласуются друг с другом, причем распределения для К+Ли и я+Л и - взаимодей ств ий в большей степени определяются механизмом каскадного размножения частиц и зависят от механизма каскадного процесса.

Сравнение спектров но множественности и быстроте показало, что наилучшее описание экспериментальных распределений обеспечивает модель MQGS с "уо-уо"-временем формирования адронов и учетом механизма "горячего каскадирования".

Генератор MQ воспроизводит распределения по у(: в передней полусфере в с.ц.м. но взаимодействиях с тяжелыми ядрами Au,Pit, причем согласие в этой кинематический области наблюдается как для налетающего мезона, так и для налетающей) протона.

Анализ и сравнение с модельными предсказаниями инклюзивных инвариантных спектров F(xp), где

1 2И dN Ncv VS dxp

a также исследование Л-зависимости этих спектров важно по двум причинам. Во-первых, спектры F(xp) чувствительны к кинематическим характеристикам самых быстрых заряженных частиц и 7-квантов, определяющих, в конечном счете, вид распределений и средние значения коэффициентов h'tat и К.,. Во-вторых, из анализа Д-.зависимости спектров F(xy) для разных типов налетающих частиц можно получить косвенную информацию об Л-зависимости и зависимости от тина налегающей частицы величин К tot и К1.

Сравнение экспериментальных спектров F(:r.f) заряженных частиц и 7-квантов для реакций Kv Л1, К+Аи, z+AL, п+Аи с. аналогичными модельными спектрами покалывает хорошее согласие данных эксперимента. NA22 и модели MQGS. На Рис.1 приведены экспериментальные и модельные спектры F(xp) вторичных заряженных адронов.

О К+Н1->С+- :№22 * К+Й1->С+- ¡ИСЮЗ

О --

о°4-

I 1 И» 1 1 П М'И I» ш|т >Гг|»ТиЬ » I 0.1 0.2 (Г.З 1X4 0.5 0.6 0.7

10'

10

101

11 II I |) I 11 I I) I И I I I I I 11 1 11 I М М I И I I [ I I Ч I I

ал <Г.2 а.1 0.4 0.5 О.Б 0.7 О.В О. 5

«

о ф +Й1->С+-+Й1->С+- Г№22 поез

«о

% ч ♦ц ! Л 1 I

о', о ' о'Л' 0.2 0.3 0.4 0 5 О'.Б 0 7 О.В 0.3

о +йи->С+- :МЙ22 Ф +йи->С+- :МСЙЗ

Рис. 1. Инвариантные инклюзивные спектры для вторичных заряженных адронов. Сравнение данных ИА22 с предсказаниями МС^СБ.

Для получения количественной зависимости выхода вторичных частиц от атом кот номера Л ядра-мишени обычно используезся параметризация:

г1.Т./.' (¡.X},-

Чтобы исключить зллисимость неупругого сечения от А:

акА = Л^п-1'

"пч 1 'т>

использовалась следук)1ца.я параметризация спекгров /''(.«/, } (1):

= Дл,'1Тг^'ги>) (2)

| де

— «(л'д-) - р.

Получено, что в целом достаточно хорошо описывает основные

тенденции Л-зависимости - в области хг < 0.2 множественность частиц на ядро растет по сравнению с протонной мишенью, а в области .г> > 0.4 выход быстрых частиц во взаимодействиях с ядрами уменьшается. Сравнение спектров /■'(**•) для мишеней р, Д/ и ,4м показывает, что наибольшая зависимость спектров от А наблюдается при переходе от протонной мишени к Л1., а. при переходе от А1 к Ли при > 0,2 она практически отсутствует. Аналогичные выводы получены и для случая К' Л взаимодействий.

Для р"*Л реакций модель МС^СЯ также хороню согласуется с. зкепе р и ментом; при птом Д-зависимосл ь иивариантых инклюзивных спектров для налетающих окашваезч.я более сильной, чем для налетающих

Спектры быстрых у-кваптов во взаимодействиях гггД/ и я~,4и - видно, при ху >0,5 практически не изменяютя для взаимодействий я"Мм по сравнению со взаимодействиями А/.

Можно, в итоге, сцапать вывод о том, что \HJCiS хороню описывает 4-зависимость инвариантных инклюзивных спектров и для первичных р~ и для мезонов, однако в области тяжелых ядер Л > 197 модель

г:рсл<жа.зынает несколько более быстрое уменьшение выхода вторичных частице увеличением А.

г

Псупругая дифракция налегающего адрона в поле ядра - когсреит-юе взаимодействие - может вносить заметный вклад в характеристики юупругаго /гЛ-взаимодействия. Поэтому было важно знать, во-первых, относительный вклад сочешга когеро1гпюго"канала в сечение неунругого наимодействия и, во-вторых, понимать возможные отличия Л-.за.висимости шклю.зивных инвариантных спектров вторичных частиц в когерентных взаимодействиях от аналогичной зависимости в неупругих />.4-реакциях. <ная .чти неличины, можно, в конечном счете, оцепить влияние когеретгт-1ых взаимодействий на вид распределений и средние значения кочффици-мгтов аеупругости К,„, и А'7.

Анализ данных покачал, что в пределах ошибок сечения когерентных взаимодействий составляют одинаковую ¿юлю - (5 ± !)% от псуиру-их, т.е. их сечения имеют такую же, что и неупругие сечения, сте кшь а в показателе Л-зависимости сечений при аппроксимации ее в виде Л". Определяющая Л-зависимость инклюзивных спектров функция ) тля когерентного канала в /\'+Л/,/\'4"Лн,7г+уУ, 7г+Л)/.-взаимодействиях при гг > 0,4 равна 0,80 ±0,12, т.е. в пределах погрешностей равна аналогичному .значению для иеупругого взаимодействия.

Можно считать, таким образом, что из-за. относительной малости се-1сний когерентно!о в'лаимодействия и близости значений для ко

|ерентных и неупругих взаимодействий, .чтот канал вчаимодейегвия не !*.пияет заметным образом на вид А-чависимости спектров /''(.к/.о и распре-целений коэффициентов К<„[ и /\'7 во взаимодействиях а.дронов с ядрами Л/ и Ли.

Четвертая глава посвящена, исследованию коэффициентов пеуиру-! осги Л',„ЬЯ'7 в /«А-вчаимодсйстииях при ускорительных энергиях и сравнению результатов исследования с предсказаниями модели МС^ОУ. Также в данной главе исследуется зависимость А'«, /,Ку о т типа налетающей частицы и о т атомного номера А ядра-мишени. Классическое определение ко чффмциецта неупру гости:

Кы = 1- < V >,

где и - средняя доля энергии сохранившейся частицы. Однако понятие сохранившейся частицы утрачивает смысл в ¡¡ионных взаимодействиях, а также в протонных взаимодействиях, где протон може т перезарядиться в пей трон. Поскольку величина Кш пас интересует с точки .зрения скорости развития каскада в веществе, которая определяется энергией самого

быстрого вторичного адропа, то мы будем рассматривать аффективный коэффициент неупругости

Кец = 1- < иI, >,

где < (¡1, > - средняя доля энергии в л.е., уносимая самым энергичным адроном, за исключением тг° и тД О другой стороны, в ускорительных экспериментах не регистрируются, поэтому при анализе уско-

рительпых данных лидер определялся как самый энергичный среди всех заряженных адропов и доля уносимой таким лидером энергии обозначалась как (¡1. Очевидно, что

На Рис.2 представлепы распределения по в А1,К+Ап, п+А1.,тг+ Ли-взаимодействиях в сравнении с предсказаниями МС^ОБ. Видно, что экспериментальные распределения величины VI в целом совпадают с расчетными распределениями МС^СЙ и что в эксперименте величины < > практически одинаковы для тг+А и К+Л взаимодействий.

Для анализа экспериментов в космических лучах представляет интерес коэффициент неупругости Кец. Отличия значений < Ь'1 > от < 01/ > должны быть сильнее для Л"+-взаимодействий, так как часть энерг ии уносится нерегистрируемыми Л'°-мезонами. Для реакции р+Л важен также учет лидирующих нейтронов. С помощью варианта модели вы-

браинош ранее посредством сравнения с эксперт) менпипьнымы данными, были рассчитаны распределения и средние значения (//, для взаимодействий р+, 7г+, К+ с ядрами р, (7, А1, Ли.

Оказалось, что для р+А-взаимодействий < V^ > значительно уменьшается при переходе от протонной мишени к ядру Ли. Для мезонов эта тенденция сохраняется, но выражена слабее. Такая разница в ходе Л-зависимости для случаев налетающего прогона и налетающего мезона хорошо согласуется с ранее сделанным выводом о том, что Л-зависимость ипвариантьтх инклюзивных спектров для налетающих протонов окалывается более сильной, чем для налегающих мезонов.

< иь >>< VI >>< V >,

(За)

(36)

10'

10

101

о к+Ни->с+-:мягг К+Йи->С+~| мосэ

1 I II I ¡1 I Ч I И I || I П I ]| I III П1 I }| I II I III || I III ||

».о ол а.7 о.з «.4 о.5 о.б о.7 а.в а.

•}тгп"1 ттЬ ггт1тгп (тг гт {I ттт\ п ч I п м (11 ч 11 0.0 СГ.1 0.2 СГ.З СТ. 4 0.3 ff.fi 0.7 <ХВ О. В

э2 +

+А1->С+-:ЫР122

+й1->с+-:гаоз

о

10'

$

Г6

10

Ч II П I П I I I п I I ! I I I I Ь I I I I I N I } I II || I Я I | I

0.0 ОД 0.2 0.3 0.4 0.5 О.Б СГ.7 о'.В

+Ни->Сн—:N922 +Яи->С+-;НОСБ

о

г II I I I I I I О.Е 0.7 О

Рис. 2. Распределения по Щ для заряженных лидеров.

Ксди на. протонной мишени средние значения U¡, для случаен взаимодействий ¡rp и тс+р отличаются значительно, то на ядре Ли они для всех грех типов налетающих частиц практически совпадают. Переходя от значений < > к .значениям Н\,;, и учитывая соотношение (3), можно заключить, 4'¡o коэффициент неунр.утети во взаимодейстиях адронов с ядрами h't.,, >(],"> при А >12 и К,г1 >0,7 для Л >И)7.

При исследовании парциального коэффициента леупругости А'., - доли энергии уносимой всеми вторичными 7-кваптами - вводился порог энергии 7-квантов (~2 1эВ), поскольку в эксперимен те; 7-кванты с меш.шими энергиями не регистрируются. Полученные таким образом модельные распределения с большой точностью описывают экспериментальные данные для всех четырех реакций vr + /1l,7r^ Ли.,К + Al,h' + Ли.

Сравнение распределений А'-, во взаимодействиях с ядра-

ми Ли проведено па основе расчетов в модели MQCJS. Получено, что все три распределения существенно различны. ')то отличие связано с различной вероятностью цля фра.гментировать в тг" и (/'-мезоны. Значительная разница между средними значениями А'7 для налегающего протона и налетающего мезона наблюдается для всех мишеней. (' другой стороны, зависимость !\\ от атомного номера ядра мишени - очень слабая.

В пятой главе проводится анализ энергеэ ической зависимости Кь А", путем сравнения результатов при ускорительных энергиях с. данными космических .лучей При Тэвных энергиях.

Расчеты величии А", с помощью MQCÏS при энергии 1(1 ТэВ показ.иш, что MQGS не. предсказывает заметного изменения А", в ип[е|)вале энергий 2ó(¡ Г>В - 10 ТэВ. Значения п., исследовались во многих работах в эксперимен тах с космическими лучами, в основном с помощью иопизацн онпмх калориметров. На Рис..'! приведена сводка, данных, полученных на. высокогорных станциях Цха-Цхаро, Лраган, Тянь-Шань, Памир. Там же приведены "коридоры" значений А'т, рассчи тайные по MQCJS при 26(1 ГэВ и К) ТэВ. Видно, что парциальный коэффициент А", с увеличением энергии от 2.fi() Га В до 10 ТэВ практически не изменяется, что согласуется с предсказаниями модели MQGS.

Данные по полным коэффициентам неу пру гости A'<„f в Тзвпой области энергии практически отсутствуют. Прямая оценка полного коэффициента, неупругости была сделана в работе С.И.Никольского и др.. где методом решения обратной задачи был восстановлен спектр лидирующих частим

0.10-

ог$-

0,20'

_ , пв

0,25- 0,5 1,0 г,о 4,0 г,о 1б,о ъ.о Рис. 3. Средние значения К^ полученные в космических лучах и предсказания модели МС^в: \ МрСЗ(ЛАи), £ Цха-Цхаро(рС,рРЬ), £ Арагац(Л^е), \ Тянь-Шань(ЛРб), $ Памир(ЛРб).

р+РЬ->Иэс!г: 7 ТэВ - ЗКСП. рчйи-Х^эйг: 10 ТэВ - МСС5

Рис. 4. Распределение для взаимодействия рРЬ при энергии 7

ТэВ (С.И.Никольский и др.,) - ^ , в сравнении с предсказанием модели МС^ при энергии 10 ТэВ - { .

i«) взаимодействиях нуклонов с. ядром Г h и области энергий 1 - 32 Т:Л$. ( ¡равнение тягот ил jтой рабоч ы распределения но U¡, в виде V h*d N fdU i, и соогветс/гвуюгцего распределения MQCJS для /Д Лм-взаимодейс чпия при энергии К) Та В, приведенных па Рис.1, показало, что во всей области значений переменной U/,, кроме самых больших значений U/, >0,9, распределения хорошо совпадаю!'. Лол я событий с U¡y >0,9 составляет 27% от ионного числа событий. Поскольку область U¡ >0,9 очень трудна для восстановления правильного распределения по U/, из распределения каскадов но числу вторых "горбов", возможно, зчоч' избыток связан с методическими эффек чами.

При энергиях выше 10 То В существуют только косвенные эксперименты по определении» полнено коэффициента неупру гост и. Дня оценки величины Иtol при энергии 50 ТлВ мы проанализировали данные эксперимента. "Памир" по поглощению адропов космического излучения в свинце. Ныло проведено моделирование этого эксперимен та, с помощью MQ генератора. (• учетом методических особенностей регистрации адронон. Значение полного коэффициента неупругости h'tul, при котором удается достичь хорошего описания поглощения адропов в свинце, оказался равным 0,7íü0,01, ч то несколько больше, чем при энергии 250 ГэВ - 0,72±0,01. .Указание на небольшой рост Ktm получено также в рамках модели MQCÎS в интервале энергий 25(1 ГэВ - ¡0 ТчВ (0,72x0,01 и 0,74±0.01 соответственно).

В заключении сформулированы следующие, результаты работы:

1) Получены следующие хара.ктерисл-ики быстрых частиц во взаимодействиях Л1,к" Ли,К+ Al и К~Ли при энергии налегающей частицы 250 ГэВ:

а) Инклюзивные инвариантные спектры l!'(x¡.<) вторичных заряженных адронон и 7-квантов.

б) Распределения по доле ü*¡t энергии, уносимой .заряженной лидирующей частицей; < (IJ >=0,265±0,(Ю4 для п"М/, 0,252±0,004 для к+Ап, 0,25S±0,007 для Л'М/, 0,251 ±0,007 для А'\4и-нзаимодействий.

в) Распределения но доле К1 энергии, выделяемой в 7-кванчы; h\ - 0,2Í>.4±0,005 для л-М/, 0,272±0,005 для -к*Ли, 0,26-1 ±0,007 для А'м/, 0,215±0,007 для К+Ли-взаимодейсч и ий.

2) Показано, что указанные в н.1 характеристики хорошо воецроиз водятся моделью кварк-глюоппых струи, реализованной в виде монте-карловского генератора., со следующими параметрами: "уо-уо" временем формирования и учетом механизма горячего каскадирования.

'M Произведено сравнение подученных характеристик адрон-ядерпот в *а.имодеЙ1 твия с. харак н:рис тиками про ти-ядер hoi о в «шмодеис г кия. По лучена. функння oíX/.'), параметризующая Л-зависимосты инклюзивных ипварйантпых спектров /• (x¡, ) при переходе; о i протонной мишени к ядрам AI,Ли. Получено указание па различие функции a{.>:¡. ) для случаен и<ыс-чающего протона, и na.;ie'iаюпкч о мезона.

-1) Иссдеаованм харак терж гики koi ерентпы х ¡дифракпиоины\ i ати-тии в соударениях адронов с ядрами Л/,Ли, получены сечения н их про десен» в гобм ГИЯХ *' /,. д';. П;Ш СПС ТНВЛЯЫ )• ~ ,г,% о ! вел П чипы ;;е\ ;;р\ ! с; ¡I се катя. Исследованы снект ры аффективных масс дифракционных кла. стеров и инклюзивные спектры частиц, обрадова.гадилс;, ь дифракционном нзаимо/к'йсгиии. Обнаружено, ч то >ти чаеишы не влияют на спектр!,! ли /тирующих частиц и па ход 1-зависимости инклюзивных инвариантных спек г ров.

Г>) Учитывая, что модель кварка люоппых сз'рун .ViQCîS хорошо описывает экспериментальные распределения Rr.icvrpF.ix частип, во взаимодеи-ствии адроп ядро, с использованием данной мои те карловской модели изучено поведение коэффициентов неупрутсти, используемых в экспериментах с космическими лучами.

Найдено, что для налез а.юшето про юна полный коэффициент r.ovnpv-I <« ти уве.аичии.кчея (),Г>(1-'-:(!.(51 ц дд-реакции no U,T',?'i 0,01 во >и;ычо действии д.Ли. а для налегающего тг~ мезона ттн величины равны ниц »ем i верно !¡,fi2 f 0,0 i и 0,7 1Д 0.0 ! ! I аибол вшее раз íumne ддч na ¡e ;а:< a¡;.:iх ;д;;л;:пов s; :л: юпов наблюдие ,ч >> во выи.молей*. ihb>¡x ; легкими ядрами, на я.аре Ли tiia leiutfc /\ . • >. гл /<",/: .к ' нрапЛИнесКМ i¡;¡.l¡¡i,inait;,¡.

¡Джа'пно, что наиболее чнапичным агроном не вее| да я в. ■ i че i е м ( í 1-

хранившихся адроп. !¡аиример, доля протонов среди частиц-лидеров в рАи- взаи ад<и{пйст»к я оказалась равной 20'Х при /.' .-25?; !')!' и 2 ! 'А ада

/•;..-- ¡о т.>н.

Найдено, что для случая налетающего протона, парциальный коэффициент меуиругости h'v увеличивается от 0.1 á(in-0,00.'{ в реакции до í),I97±0,007 в ;)Лг/.-вза.имодействии. Для палета.юшет г1" мезона эти во

IH4UUU ' оо * ße i с i üefuio ранни 0,'235i.0.0Gß и 0,2-1í)±(J,:;(K¡.

if: ií ; сравнения величии Л",.,. и /\'т с данными экспериментов в космических лучах при ТлН-ных шергиях следует, im А' не и (мепяеic>¡ ( ростом энергии вплоть до .Т2 ТэВ, а К ,„, слабо ра.стег

Основные результаты диссертации опубликованы в слешук»них работах:

1. i Ü.M. Яндарбиев, A.M. Дунаевский, Ф.КЛ'изатдинова, Л .Г.Свешпик; Jl.Il.i'мирнова., А.П.Турупдаепский, Л.Л.ХсЙн: Сравните. характерцами л'ьЛ и К+Л-взаимодс&с.таий при импульсе ¡250 V.ill/c с предсказаньями Ki.apKOhbix моделей. Ядерная физика, т.56,вьт.10,1993, с.с.153-169

2. Ф.Пербер, Ф.К.Ризатдинова, Л Л (Смирнова, Iii-М.Яндарбиев: Ко-■лергнтиое. образование частиц в royda.pev.uiix ж* « К^-мкюиоа г ядрами алюминия и золота при импульсе 250 ГзВ/с. Препринт НИИЯФ МГУ - 93 -10/302.

3. Ш.М.Яндарбиев, И.В.Ракобольска.я, Л.] 1.(Смирнова, Л.Г.( '-вешников Коэффициенты неупругости а адрои ядерных азанмодгйстьиях. Препринт НИИЯФ МГУ - 94 -18/340

-1. И.А.Михайлова, И.В.Ракобольская, Л.!'.(Свешникова., Ш.М.Яндарби Поглощение адроноа космического излучения с. знергиями 20-!00 T.tlf н Свинце. Препринт НИИЯФ МГУ - 94 -19/341

Г>. I.V.l{akol)o!;<ka.ya, LiYSniiriiova, h.(<.Sveslmikova, Я.М..)ап(1ахЫес: Inelasticity coefficients K-, and к'юш in hadron-nur leas int.cract.ion. Proc. of VIII Int. Symp. on Very High Energy Cosmic Ray Interactions, Tokyo, Japan, 1994, p.p. 370-384.

Ша.рпуддип Мумадиевич Яндарбиев

КОЭФФИЦИЕНТЫ НЕУПР> ГОСТИ В АДРОН-ЯДЕРНЫХ" ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ ПРИ УС'КОРИТЕЛЬНЫХ ЭНЕРГИЯХ И ЭНЕРГИЯХ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ

Л ii I орефера ! лис с ер i .an и и на uiantte кандидата физики :.1.исма.сиче( к их на) к. Работа постунила в ОПТИ 27.01.95

Подписано к печал и 27.0-1.00

Печачь офгепыя. bvnaia дая множи тельных аппарпмж.

Форм.тг «0 М Iii. Уч.-ичд.л. 0Г2 У<-...„ л. 0,2Ц

Чака» N ^S^Z ! нр аж ()0 ж

Ьесплатпо

0 1 печатано фирмой "ПРИНТ"

1 HiViü, Москва. I'( Ii