Корреляционная фемтоскопия заряженных каонов и пионов в nС-взаимодействиях при средней энергии нейтронов 51 ГэВ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

Введение

1 Корреляционная фемтоскопия. Обзор теоретических моделей и экспериментальных результатов

1.1 Теоретические основы корреляционной фемтоскопии

1.1.1 Интерферометрия интенсивностей.

1.1.2 Чистые квантовые статистические корреляции и проблема обратимости

1.1.3 Взаимодействие в конечном состоянии и корреляции нетождественных частиц

1.1.4 Измерение размеров источника

1.2 Параметризации интерференционных корреляций.

1.2.1 Параметризация Гольхабера.

1.2.2 Параметризация Берча-Пратта (БП).

1.2.3 Параметризация Яно-Кунина-Подгорецкого.

1.3 Обзор экспериментальных данных.

2 Методика эксперимента

2.1 Спектрометр ЭКСЧАРМ.

2.1.1 Нейтронный пучок.

2.1.2 Основные элементы магнитного спектрометра ЭКСЧАРМ

2.1.3 Система запуска установки (триггер)

2.1.4 Система сбора и контроля данных.

2.2 Методика анализа.

2.2.1 Корреляционная функция и отбор экспериментальных данных.

2.2.2 Выбор фонового распределения.

2.2.3 Анализ корреляционной функции

2.3 Краткие выводы.

3 Корреляции заряженных пионов с малым относительным импульсом в нейтрон-ядерных взаимодействиях

3.1 Отбор событий. Построение корреляционных функций

3.2 Корреляционные функции, обсуждение результатов.

3.2.1 Корреляции тождественных пионов.

3.2.2 Корреляции тождественных пионов, рожденных совместно со странными частицами.

3.2.3 Корреляции нетождественных пионов. Взаимодействие в конечном состоянии.

3.3 Измерение характеристик р°(770)-мезона.

3.3.1 Отбор событий.

3.3.2 Анализ и результаты.

3.4 Краткие выводы.

4 Корреляции заряженных каонов с малым относительным импульсом в нейтрон-ядерных взаимодействиях

4.1 Отбор событий.

4.2 Корреляционные функции.

4.2.1 Корреляции тождественных каонов.

4.2.2 Корреляции нетождественных каонов.

4.3 Зависимость размеров области генерации от массы частиц.

4.4 Краткие выводы.

Актуальность темы. Двухчастичные корреляции тождественных частиц являются эффективным инструментом, позволяющим совместно с исследованием одночастичных спектров извлекать геометрические и динамические характеристики области рождения частиц. Это важно для понимания механизма адронизации кварков и представляет интерес в связи с активным изучением плотных, высокоэнергетичных состояний материи. В случае нетождественных частиц возникают корреляции, обусловленные сильным и кулоновским взаимодействием в конечном состоянии, которые также содержат подобную информацию. Несмотря на то, что изучение корреляций тождественных частиц ведется уже более 40 лет, до недавнего времени исследования, в основном, ограничивались пионными системами. Тем более интересными представляются работы, посвященные корреляциям частиц различного сорта. Накопленный экспериментальный материал по пи-онным корреляциям выявляет сильную зависимость характеристик области генерации частиц от механизма их рождения и условий эксперимента. Актуальность данной работы обусловлена изучением пионных и каонных корреляций в рамках одного эксперимента с использованием одной методики. Это позволяет, наряду с дополнением мировых данных результатами измерения характеристик области рождения пионов и каонов в реакции взаимодействия нейтрона с ядром углерода, делать выводы о зависимости этих характеристик от типа изучаемых частиц.

Цели и задачи исследования. Целью представленной работы является измерение парных корреляций с малым относительным импульсом заряженных пионов (7Г~7Г~, 7г+7г+, 7г+7г~) и каонов (К~К~, К+К+, К+К~) в пС-взаимодействиях при средней энергии нейтронов 51 ГэВ:

П + С 7г+7г+ + X (1) п + СТГ7г" + X (2) n + C-nc+iT + X (3) п + С--> К+К+ + X (4) п + СК~К~ + X (5) п + С + X (6)

Работа выполнена на установке ЭКСЧАРМ, экспонированной в нейтронном канале 5Н Серпуховского ускорителя и является частью физической программы международного сотрудничества.

Научная новизна и значимость работы

1. В нейтрон-углеродных взаимодействиях исследованы двухчастичные корреляции при малых относительных импульсах пар тождественных заряженных и пар разноименно заряженных п- и ЛТ-мезонов. Наблюдаются конструктивные корреляции в области малых относительных импульсов Q для пар тождественных 7Г- и пар тождественных К-мезонов. Эти корреляции отсутствуют для пар 7г+7г~ и К+К~-мезонов, что позволяет рассматривать конструктивные корреляции тождественных мезонов как следствие проявления статистики Бозе-Эйнштейна. Эффект наблюдается для различных типов фона, использованных при построении корреляционной функции.

2. В условиях одного эксперимента в рамках параметризации Гольдхабе-ра измерены радиусы области рождения 7г- и АТ-мезонов. Их значение в nC-взаимодействиях превышает наблюдаемое в е+е~-аннигиляции и оказывается меньше полученного во взаимодействии тяжелых ионов. Показано, что размер области рождения каонов меньше размера области рождения пионов. Этот вывод имеет существенное значение в связи с неоднозначностью имеющихся результатов по зависимости этой характеристики от массы изучаемых частиц.

3. Впервые исследованы характеристики области генерации пионов, рожденных совместно с нейтральными странными частицами. Наблюдается тенденция к уменьшению размера области рождения пионов при наличии сопровождения странных частиц.

4. Показано, что измеренная масса и ширина р°-мезона, образованного в инклюзивных nC-взаимодействиях, с учетом поправок и методических погрешностей согласуется с мировыми данными.

Автор защищает:

1. Результаты анализа корреляций с малым относительным импульсом в системе заряженных каонов в nC-взаимодействиях при средней энергии нейтронов 51 ГэВ.

2. Результаты анализа корреляций с малым относительным импульсом в системе заряженных пионов в пС-взаимодействиях при средней энергии нейтронов 51 ГэВ. Результаты измерения массы и ширины /э°-мезонов. образованных в nC-взаимодействиях при средней энергии нейтронов 51 ГэВ.

Практическая полезность. Результаты измерения пространственных характеристик области рождения частиц, представленные в диссертации, расширяют фактическую основу для развития методики корреляционной фем-тоскопии.

Полученные данные позволяют проводить проверку предсказаний теоретических моделей интерференционных корреляций и учета вклада сильного взаимодействия в конечном состоянии. Результаты экспериментального исследования могут быть использованы для создания более реали-7 стичных генераторов взаимодействий, которые необходимы как для учета эффективности существующих экспериментальных установок, так и для планирования новых экспериментов, направленных на изучение пространственно-временной картины адронизации.

Апробация и публикации. Положенные в основу диссертационной работы результаты исследований докладывались на конференции секции ядерной физики ОФН РАН „Физика фундаментальных взаимодействий", посвященной 100-летию со дня рождения академика А.И.Алиханова (ИТЭФ, 2004 г.), на III и IV Всероссийских конференциях „Университеты России -фундаментальные исследования"(МИФИ, 2002, 2003 гг.), на II и III конференциях НОЦ CRDF „Фундаментальные исследования материи в экстремальных состояниях"(МИФИ, 2004, 2005 гг.), неоднократно обсуждались на рабочих совещаниях сотрудничества ЭКСЧАРМ как в Лаборатории физики частиц ОИЯИ, так и за рубежом (Царево, Болгария, 2005 г.). По материалам диссертации опубликовано 7 работ [1, 2, 3, 4, 5, 6, 7].

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Общий объем диссертации составляет 95 страниц, включая 23 рисунка, 8 таблиц и библиографию из 73 наименований.

Заключение

С помощью методики корреляционной фемтоскопии были исследованы парные корреляции заряженных пионов и парные корреляции заряженных каонов. При физическом анализе для обоих типов частиц использовалась единая методика. Экспериментальные данные получены на магнитном спектрометре ЭКСЧАРМ ОИЯИ, экспонированном в нейтронном канале Серпуховского ускорителя. Измерены характеристики р°-мезона в условиях эксперимента ЭКСЧАРМ.

Были выполнены методические работы, направленные на моделирование рождения и регистрации пар пионов и пар каонов магнитным спектрометром ЭКСЧАРМ и оптимизацию условий выделения исследуемых реакций. Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем.

1. Исследованы двухчастичные корреляции при малых относительных импульсах пар тождественных и разноименно заряженных пионов. Для тождественных пионов определены размеры области их рождения. Параметр R = 1,60±0,11 фм.

2. Измерены размеры области рождения тождественных пионов, образованных в сопровождении нейтральных странных частиц. Параметр R, характеризующий размер области генерации пионов, рожденных совместно со странными частицами, оказался меньше соответствующего размера в отсутствии странного сопровождения и составил 1,26 ± 0,15 фм. Полученный результат находится в согласии с теоретическими предпосылками.

3. Проведен анализ условий рождения и регистрации р°(770)-мезона, образованного в инклюзивных адрон-ядерных реакциях. Измерены его характеристики: Мр = 762,7 ± 0,8(стат.) ±6,5(сист.) МэВ/с2, Гр = 151 ± 2(стат.)^2о(сист ) МэВ/с2.

4. Исследованы двухчастичные корреляции при малых относительных импульсах пар тождественных и разноименно заряженных каонов. Для тождественных каонов определены размеры области их рождения. Параметр Д(Х±ЛГ±) = 0,83 ± 0,14(стат.) ± 0,06(сист.) фм. Полученное значение параметра R для пар тождественных каонов оказалось меньше этого параметра для пар пионов, что говорит в пользу плавной зависимости размера области рождения от массы частиц.

В заключение мне хочется выразить свою признательность и благодарность научному руководителю Поносову Александру Климентьевичу, а также Сергееву Феликсу Михайловичу и Вулекову Олегу Владимировичу за постоянный интерес, внимание и участие, без которых выполнение этой работы было бы невозможным.

Также хочу поблагодарить Владимира Дмитриевича Кекелидзе и Юрия Константиновича Потребеникова за предоставленную возможность проведения исследований и всех соавторов - участников сотрудничества ЭКС-ЧАРМ, Рихарду Ледницкому за критические замечания, ценные советы и помощь в работе, а также руководству вычислительного кластера НИВЦ МГУ за предоставленные вычислительные мощности.

1. А. Н. Алеев, ., С. В. Еремин и др. Корреляционная фемтоскопия в пС-взаимодействиях при средней энергии нейтронов 51 ГэВ. ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 68, с. 510-516 (2005).

2. А. Н. Алеев,., С. В. Еремин и др. Измерение характеристик р°(770)-мезона в эксперименте ЭКСЧАРМ. Препринт Р1-2006-87, ОИЯИ, Дубна (2006). Направлено в журнал ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА.

3. А. Н. Алеев, ., О. В. Вулеков, С. В. Еремин и др. Интерференционные корреляции гиперонов в нейтрон-углеродных взаимодействиях. Препринт Р1-2003-191, ОИЯИ, Дубна (2003).

4. Hanbery R. Brown, R. Q. Twiss. Phil.Mag., 45, p. 663 (1954).

5. G. Goldhaber et al Phys. Rev., 120, p. 300 (1960).

6. M. И. Подгорецкий. ЭЧАЯ, 20, с. 628 (1989).

7. S. E. Koonin. Phys. Lett., 70, p. 43 (1977).

8. M. Gyulassy, S. K. Kauffmann, L. W. Wilson. Phys. Rev. C, 20, p. 2267 (1979).

9. P. Ледницки, В. Jl. Любошиц. ЯФ, 35, с. 1316 (1982).

10. R. Lednicky, V. L. Lyuboshitz. Heavy Ion Physics, 3, p. 93 (1996).

11. R. Lednicky, V. L. Lyuboshitz, B. Eraamus, D. Nouais. Phys. Lett. B, 373, p. 30 (1996).

12. G. I. Kopylov. Phys. Lett. B, 50, p. 472 (1974).

13. S. Pratt. Phys. Rev. Lett., 53, p. 1219 (1984).

14. A. N. Makhlin, Yu. M. Sinyukov. Yad. Fiz., 46, p. 637 (1987).

15. G. Bertsch, M. Gong, M. Tohyama. Phys. Rev. C, 37, p. 1896 (1988).

16. L. Lonnblad, Т. Sjostrand. Eur. Phys. J. C, 2, p. 165 (1998).

17. D. H. Boal, C. Gelbke, B. Jennings. Rev. Mod. Phys., 62, p. 553 (1990).

18. U. Heinz, В. V. Jacak. Ann.Rev.Nucl.Part.Sci., 49, pp. 529-579 (1999).

19. E. Shuryak. Phys. Lett. B, 44, p. 387 (1973).

20. E. Shuryak. Sov. J. Nucl. Phys., IB, p. 667 (1974).

21. S. Pratt. Phys. Rev. D, 33, p. 1314 (1986).

22. E. Shuryak. Phys. Lett. B, 180, p. 203 (1986).

23. S. Padula, M. Gyulassy, S. Gavin. Nucl. Phys. B, 329, p. 357 (1990).

24. I. V. Andreev, M. Plumer, R. Weiner. Int. J. Mod. Phys. A, 8, p. 4577 (1993).

25. S. Chapman, U. Heinz. Phys. Lett. B, 340, p. 250 (1994).

26. T. Csorgo, J. Zimanyi. Phis. Rev. Lett., 80, p. 916 (1998).

27. U. A. Wiedemann. Phys. Rev. C, 57, p. 3324 (1998).

28. U. A. Wiedemann, U. Heinz. Phys. Rep., 319, p. 145 (1999).

29. G. Byam, P. Braun-Munzinger. Nucl. Phys. A, 610, p. 286 (1996).

30. N. Amelin, R. Lednicky. Heavy Ion Physics, 4, p. 241 (1996).351 s- A Voloshin, R. Lednicky, S. Panitkin, N. Xu. Phis. Rev. Lett., 79, p. 4766 (1997).

31. S. Soff, et al. J. Phys. G, 23, p. 2095 (1997).

32. D. Anchishkin, U. Heinz, P. Renk. Phys. Rev. C, 57, p. 1428 (1998).

33. H.W. Barz. Phys. Rev. C, 53, p. 2536 (1996).

34. S. Chapman, P. Scotto, U. Heinz. Heavy Ion Physics, 1, p. 1 (1995).

35. Г. И. Копылов, М. И. Подгорецкий. ЯФ, 19, с. 434-446 (1974).

36. U. A. Wiedemann et al. Phys. Rev. С, 56, p. 614 (1997).

37. J. Zimanyi, T. Csorgo. Heavy Ion Phys., 9, p. 241 (1999).

38. I. V. Andreev, R. M. Werner. Phys. Lett. B, 253, p. 416 (1991).

39. J. Rafelski (Editor). Hot Hadronic Matter: Theory and Experiment, volume 346 of NATO ASI Series В (New York: Plenim, 1995).

40. T. Csorgo, S. Pratt. Technical Report KFKI-1991-28/A (1991).46| F. Yano, S. Koonin. Phys. Lett. B, 78, p. 556 (1978).

41. M. I. Podgoretskii. Sov. .1. Nucl. Phys., 37. p. 272 (1983).

42. Y.-F. Wu, U. Heinz, B. Tomasik, U. A. Weidemann. Eur. Phys. J. С, 1, p. 599 (1998).

43. B. Tomasik, U. Heinz. Eur. Phys. J. C, 4, p. 327 (1998).

44. T. Csorgo, S. Hegyi, R. C. Hwa, G. Jancso (Editor). Correlations and Fluctuations 1998 (World Scientific, Singapore, 1999).

45. G. Alexander et al. Phys. Lett. B, 452, p. 159 (1999).

46. S. V. Afanasiev et al. Nucl. Phys. A, 698, p. 104 (2002).

47. R. Lednicky. Yad. Fiz., 67, p. 1 (2004).54| ALEPH Collaboration. Phys. Lett. B, 611, p. 66 (2005).

48. О. В. Булеков. Интерференционные корреляции частиц, образованных во взаимодействиях адронов с нуклонами и ядрами. Кандидатская диссертация, МИФИ (2003).

49. А. Н. Алеев и др. Препринт Р13-94-312, ОИЯИ, Дубна (1994).

50. А. Н. Алеев и др. ПТЭ, 42, с. 481 (1999).

51. Г. Айхнер и др. ПТЭ, 3, с. 40 (1982).

52. А. N. Aleev et al. IET, 38, no. 4-1, pp. 425-433 (1995).

53. A. H. Алеев и др. Препринт Р1-97-368, ОИЯИ, Дубна (1997). 61 j М. Н. Войчишин и др. ПТЭ, 3, с. 71-73 (1985).

54. А. Н. Алеев и др. ПТЭ, 39. с. 27 (1996).

55. Pi Hong. Сотр. Phys. Comm., 82, p. 74 (1992).

56. Г. А. Аралбаева и др. Препринт Р1-93-85, ОИЯИ, Дубна (1993).

57. R. Brun et al. CERN Program Library W, 5013 (1994).

58. S. Eidelman et al.fParticle Data Group). Phys. Lett., B5B2, p. 1 (2004).

59. J. Adams et al. Phys. Rev. Lett., 92, p. 092301 (2004).

60. S. Aid et al. Nucl.Phys., B463, pp. 3-32 (1996).

61. ZEUS Collaboration. Eur.Phys.J., C2, pp. 247-267 (1998).

62. M. Ross, L. Stodolsky. Phys.Rev, 149, p. 1172 (1966).

63. P. Soding. Phys.Lett, 19, p. 702 (1966).

64. A. H. Алеев и др. Корреляционная фемтоскопия нейтральных каонов в эксперименте ЭКСЧАРМ. Препринт Р1-2006-88, ОИЯИ, Дубна (2006). Направлено в журнал ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА.

65. А. Н. Алеев, ., Н. А. Молоканова и др. Ассоциативное рождение фА° в эксперименте ЭКСЧАРМ, ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА. 67. No. 8, с. 1537-1545 (2004).

66. А. Н. Алеев, ., Н. А. Молоканова и др. Ассоциативное рождение ф-мезонов и нейтральных каонов в эксперименте ЭКСЧАРМ, ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 69, No. 5, с. 867-877 (2006).