Наблюдение и исследование эффекта кулоновского взаимодействия в π + π --парах из реакции ρ + Τα → π + π - +X при импульсе протонов 70 ГэВ/с тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ст. ст.

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ о

сч»

1-97-319

На правах рукописи УДК 539.126.34

язьков

Валерий Викторович

НАБЛЮДЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ ЭФФЕКТА КУЛОНОВСКОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В я+7с~-ПАРАХ ИЗ РЕАКЦИИ р + Та ж+ + к~ + X ПРИ ИМПУЛЬСЕ ПРОТОНОВ 70 ГэВ/с

Специальность: 01.04.16 — физика ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Дубна 1997

Работа выполнена в Лаборатории ядерных проблем Объединенный институт ядерных исследований (г. Дубна)

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук,

профессор Неменов Л.Л

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

профессор Е.М.Лейкин (НИИЯФ МГУ

доктор физико-математических наук,

профессор В.А.Никитш

Ведущее научно-исследовательское учреждение: Институт физики высоких энергий (г. Протвино)

Защита диссертации состоится "_" 6 1997 г. в

"_" часов на заседании Диссертационного совета

Д-047.01.03 при Лаборатории ядерных проблем, Объединенный институт ядерных исследований, г. Дубна, Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОЙЯИ.

Автореферат разослан " 5 " 1997 г.

Ученый секретарь Диссертационного совел а доктор физико-математических наук х Ю.А.Батусо

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Кулоновское взаимодействие должно учитываться во всех процессах, где образуются заряженные частицы. Дифференциальное сечение образования пар противоположно заряженных частиц с малыми относительными импульсами в их системе центра масс q ~ 2ца (д - удвоенный импульс одной из частиц в системе центра масс пары, ц - приведенная масса пары, а постоянная тонкой структуры) значительно увеличивается вследствие кулоновского взаимодействия в конечном состоянии в случае, если размер области генерации г[)Г много меньше Боровского радиуса пары заряженных частиц в связанном состоянии г». Для 7г+тг~-пар Гц ~ 1 /¡ш = 387 фм.

Интерес к исследованию кулоновского взаимодействия в конечном состоянии вызван тем, что возможность описания распределения п Ь7Г~-пар в области кулоновского эффекта важна для "эксперимента по измерению времени жизни 7г+7г~-атома {А-щ), который позволяет проверить предсказания кнральной теории. Кроме того, исследование кулонов-с.ких корреляций позволяет изучать рае:пре>де\ленис частиц по размеру области генерации в координатном пространстве, а также является зкс-пер»ментальным основанием для вычисления кулоповских поправок для опытов по измерению Бозе-Эннштейновских корреляций.

В диссертации описан эксперимент по наблюдению эффекта кулоновского взаимодействия в конечном состоянии. Подробно изложена процедура обработки и анализа -экспериментальных данных, позволяющая описать экспериментальное распределение 7Г+7г~-пар и определить соотношение; 7г + 7г"-пар. отличающихся по размеру области генерации.

Цель работы. Диссертация посвящена наблюдению и исследованию кулоновских корреляций в системе 7г + 7г~-пар.

Научная новизна и практическая ценность. Осуществлено наблюдение кулоповских корреляций в системе 7Г+7Г~-пар. Разработана процедура аппроксимации распределения 7г+7г_-пар по относительному импульсу, учитывающая кулоновские корреляции, размер области генерации пар и влияние сильного взаимодействия в конечном состоянии. Показано, что предложенный метод позволяет описать экспериментальное распределение пар истинных совпадений при использовании экспериментального распределения пар случайных совпадений и точно вычисляемого значения кулоновской корреляционной функции.

Это необходимо для обоснования метода измерения времени жизш: Лг^, оценки его статистических и систематических ошибок, а также применения эффекта кулоновских корреляций для изучения распределения заряженных частиц по размеру области генерации в координатном пространстве.

Апробация работы. В диссертации описаны результаты исследований, выполненных в Лаборатории ядерных проблем ОИЯИ с 1987 пс 1996 гг. Результаты, вошедшие в диссертацию, докладывались на на учных семинарах ЛЯП и ЛВЭ ОИЯИ, на INTERNATIONAL WORK SHOP ON CORRELATION AND MULTIPARTICLE PRODUCTIOb (CAMP) в Марбурге (Германия) и опубликованы в периодических из даниях (препринты и сообщения ОИЯИ, статьи в журналах "Ядерна} физика", "Приборы и техника эксперимента", "Physics Letters").

Публикации. Основные результаты, вошедшие в диссертацию, опу бликованы в б работах.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четы рех глав, заключения и приложения; она содержит 80 страниц, 16 ри сунков, 9 таблиц и библиографический список литературы из 41 на именования.

Содержание работы

Во введении дается обзор экспериментальных и теоретических работ показывающих необходимость учета кулоновского взаимодействия : конечном состоянии во всех процессах, где образуются заряженные ча стицы. Описано влияние кулоновского взаимодействия на дифференци альное сечение образования пар противоположно заряженных частиц малыми относительными импульсами в их системе центра масс, есл] размер области генерации ?рг много меньше Боровского радиуса napi заряженных частиц в связанном состоянии г в• Показано, что инклк: зивные спектры 7г+тг~ пар являются суммой событий двух видов, от личающихся размером области генерации ж+7г~ пар в сравнении с Бс ровским радиусом гs ~ 1 /ца = 387 фм.

Пары первого типа состоят из эт мезонов, образовавшихся в прямы процессах и при распаде короткоживущих резонансов {р, w, Д,...). ] данном случае характерный размер области генерации rpr ~ 1 ч- 20 fn много меньше тв- Пионы в таких парах испытывают кулоновское

сильное взаимодействие в конечном состоянии и именуются в диссертации "кулоновскими" парами.

Пары 7г+7Г~ мезонов второго типа - это события, в которых одна или обе частицы родились от долгоживущих источников (г/, Л, ...). В этом случае характерный размер области генерации более 103 йл и, следовательно, эффекты кулоновского и сильного взаимодействий в конечном состоянии пренебрежимо малы. Такие пары именуются в диссертации "распадными" парами.

Дифференциальное сечение "кулоновских" пар может быть записано в факторизованном виде:

^ л,, ^ т

рг = Ас{д)—г—г , (I)

dpi dp2 dpi dp2

где da°/dpi/dp2 - сечение рождения тг+тг~ пар от короткоживущих источников без учета кулоновского взаимодействия в конечном состоянии, Ac(q) - кулоновский фактор. Для противоположно заряженных частиц, нерелятивистских в их системе центра масс, он может быть записан в виде:

л ^ _ 2vma/g

1 — ехр (— 'lirmajq)

Во введении указаны работы, в которых проблема кулоновского взаимодействия была решена для произвольных реакций с образованием пар заряженных частиц в конечном состоянии, а также показано, что в случае тг+я~ пар, релятивистских в системе остаточного ядра, куло-новское взаимодействие пионов с остаточным ядром незначительно.

Описана проблема измерения времени жизни 7г+х~-атома (теоретическое предсказание т = (3.7 ± 0.3) ■ Ю-15 с) и ее значимость для проверки предсказаний киралыгой теории.

Показано, что для эксперимента по измерению времени жизни 7Г+7г~-атома необходимо описать экспериментальное распределение 7г+7г~-пар в области кулоновского пика, так как может быть обнаружен, практически, только при регистрации "атомных" пар (тг+тг^-пар, образовавшихся при развале А2т в материале мишени). "Атомные" пары имеют малый относительный импульс q < 3 МэВ/с и, следовательно, в распределении по относительному импульсу находятся в области кулоновского пика.

В первой главе описана экспериментальная установка (рис. 1), детекторы, триггер и условия измерения.

Рис. 1: Экспериментальная установка: а) - схема канала вторичных частиц: р - внутренний протонный пучок, Target - мишень, Col - коллиматор, MS - магнитная защита; Ь) - магнит и детекторы: M - полюса спектрометрического магнита, VC - вакуумная камера, DC - дрейфовые камеры, H - сцмнтилляционные годоскопы, S, Sfl - сцинтилляцион-ные счетчики. С - газовые черенковские счетчики, Absorber - чугунный поглотитель, M С - мониторные счетчики.

Пары тг+7г~ мезонов образовывались в танталовой мишени толщиной 8 /пп ("толстая" мишень) или 1.4 /im ("тонкая" мишень), введенной во внутренний протонный пучок ускорителя, и поступали в вакуумный канал длиной 40 м (аксептанс 3.8 ■ 10~5 sr), расположенный под углом 8.4° к протонному пучку. Канал соединялся с вакуумной камерой ускорителя без перегородок и был защищен от магнитного поля

Земли и рассеянных полей ускорителя. Канал заканчивался плоской вакуумной камерой, помещенной в зазоре спектрометрического магнита (В = 0.85 Т).

Заряженные частицы регистрировались телескопами Т\ и Т2, состоящими из дрейфовых камер, сцинтилляционных годоскопов, пороговых черенковских счетчиков и мюонных счетчиков, расположенных за чугунными поглотителями. Импульсный диапазон установки 3.8 -г 2.4 ГэВ/с.

Мониторирование числа взаимодействий протонов с мишенью осуществлялось путем регистрации 7-квантов, прошедших через канал, телескопом сцинтилляционных счетчиков МС со свинцовым конверте-эом размером 2x2 см2.

Триггер первого уровня формировался при совпадении сигналов с телескопов и Т2 (II \Су. (Я2¿'2С\) (рис. 1). Триггер второго уровня вырабатывался при наличии положительного решения аппа-эатного процессора, отбиравшего треки, имеющие малый угол в вертикальной плоскости с осью канала, и накладывавшего критерий на эазность У-координат в Ту и Т2 |У] —меньше 80 мм. За цикл уско-зителя на магнитную ленту записывалось около 90 событий. Суммар-1ый объем статистики, набранной на "толстой" и "тонкой" мишенях -1.3 • 107 событий.

Наряду с 7Г мезонами могли регистрироваться также другие заря-■кенные адроны.

Количество срабатываний телескопа Т1 колебалось от сброса к сбросу в пределах 90—130 тыс., а телескопа Т2 в пределах 70 —100 тыс. Количество триггеров второго уровня составляло 70 — 120 за сброс. Измерения показали, что количество событий, состоящих из частиц, годившихся не на мишени, не более 3% от общего числа событий.

Во второй главе описана процедура обработки данных. Рассмотрена геометрическая реконструкция событий, определено разрешение остановки по координатам и импульсам частиц, а также по компонентам относительного импульса в с.ц.м. пар частиц. Подробно описано тзмерение разности времен рождения частиц в мишени.

При обработке данных осуществлялась пространственная рекон-:трукция событий. Находились треки в дрейфовых камерах. Опреде-шлись импульсы частиц и координаты треков на входе в магнит с счетом влияния горизонтальной составляющей поля магнита и рассе-[нного магнитного поля в канале.

Измерения и моделирование позволили определить разрешение установки по импульсу тх мезонов в лабораторной системе avjp = 0.008 п координатам трека на входе в магнит ах = 4 мм, ау — 1 мм. Разрешение по углу между проекциями треков и их направлением на мишень в вертикальной плоскости Оф1 — Оф2 = 1.2 мрад и по углу раствора частиц перед магнитом ад12 — 0.1 мрад. Также были получены разрешения по проекциям относительного импульса тг+тт~~ пары в с.ц.м. q на направление среднего р = (pi + р2)/2 импульса пары {(ц) и на плоскость, перпендикулярную р {(¡р): a,lL = 1.26 МэВ/с, аЧх = 0.59 МэВ/с, (Т,п, — 0.58 МэВ/с для "толстой" мишени и aqL = 1.26 МэВ/с, aqx — 0.27 МэВ/с, сг?у = 0.24 МэВ/с для "тонкой" мишени. Приведенные значения разрешения являются величинами, усредненными в интервале импульсов 7г мезонов 0.8 -г 2.4 ГэВ/с.

Разность времен прохождения частиц через телескопы Т\ и Т2 измерялась с помощью сцинтилляционных годоскопов на ФЭУ-85. При обработке данных с годоскопов выполнялась коррекция разности времен прохождения двух частиц, учитывающая индивидуальные задержки сигналов от каждого счетчика и время собирания света в сцинтилля-торах. Это позволило улучшить временное разрешение с at = 1,78 не: до at = 0,81 не.

Для пар заряженных адронов, после введения коррекции разности времен прохождения частиц через годоскопы на время пролета частиц от мишени (масса частиц принималась равной массе 7г мезона), была получено распределение по разности времен образования частиц в мишени ipr = t+ — (рис. 2).

Распределение содержит пик истинных совладений (а = 0.8 не) (эте пары, состоящие из частиц, родившихся в одном протон-ядерном взаимодействии) и равномерную подложку фона случайных совпадений Интервал At2 = 2.56 не использовался для получения суммы Ntll/dq истинных и случайных совпадений, а интервалы At\ = Д£3 = 8.0 не для получения распределений пар случайных совпадений Na/dq. В интервале отношение числа событий истинных и случайных совпадений равно 0.36.

Более 97% от общего числа зарегистрированных пар истинных со впадений составляли 7г+7г--пары, родившиеся в мишени. В парах случайных совпадений имелась значительная примесь р7г--пар (~ 40%).

Для эксперимента по измерению кулоновской корреляционной функции 7г+7г~ пар одним из необходимых условий является высокое времен

55 12000 — и

10000 — \

8000 _

6000

4000 Ы, At, Дг,

2000 —

0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 ! 1 1 ! 1 1 1 I 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

-10 -7.5 -5 -2.5 0 2 5 5 7 5 10

/, - /, ш

Рис. 2: Распределение событий по измеренной разности времен образования частиц в мишени.

ное разрешение установки. Для проверки возможности повышения разрешения широкоапертурного сцинтшшяционного годоскопа, был исследован годоскоп на ФЭУ-143. Временное разрешение годоскопов на ФЭУ-143 исследовалось при запусках от еЛс- и тг4 тг~-пар.

На рисунке 3 приведены распределения по разности времен срабатывания двух годоскопов при регистрации с+с~- и 7г"'"7г~-пар после введения поправок на разброс задержек в каналах, после введения коррекции на время пролета и после учета зависимости времени от амплитуды. Эти поправки вводились при off-line обработке. После коррекции времени на зависимость от амплитуды сигнала были получены значения а = 224 пс для с+е~-пар и а = 234 пс для 7г+7г~-пар (рис. 3e,f).

Поскольку оба годоскопа идентичны, характерное временное разрешение at одного годоскопа равно о, = <r&t/\/2 = 224/л/2 = 158 пс, что является достаточно высоким для счетчиков длиной 1400 мм.

Наряду с получением высокого временного разрешения, интерес представляют также амплитудные характеристики годоскопов , существенные для разделения пионов и протонов по ионизационным потерям. Это необходимо для измерения соотношения количества 7г+-мезонов и протонов в спектрах случайных совпадений, используемого

-2-1 О 1 2 Дг [плес]

60 420 280 140 0

-Ь)

/ Х-^

|1им1|||||||||||М||| -2-1 0 1 2 Д( [пхес]

1280 960 640 320 О

111 [ г! I -2-1 0 1 2

А! [ш'ес]

£

700 525 350 175 О

рс

I I I I || I I || I I П I I II I I I -2-1 0 1 2 Дг |тес)

1 340 1005 670 335 О

-2-1 0 1 2 Дг \n.seс)

-2-1 0 1 2 Дг\nsec]

Рис. 3: Распределения по разности времен срабатывания двух годоско-пов на ФЭУ-143: а и Ь - после коррекции только на разброс задержек между каналами для е+е~- и,7г+тг"-пар, соответственно; с и с1 - аналогичные распределения после введения коррекции на время пролета; е ~ распределения после учета зависимости времени от амплитуды.

при анализе данных, и проверки предсказаний модели ИНТЮР 6.0 для этого соотношения.

При запуске установки одним плечом спектрометра получены амплитудные спектры от положительных частиц при разных импульсах, измеренные годоскопом наФЭУ-143 (рис. 4). Как видно из рисунка, при импульсах р < 700 МэВ/с спектры пионов и протонов полностью разделяются, в диапазоне 700 < р < 1000 МэВ/с наблюдается частичное перекрытие спектров, а при более высоких импульсах разделить пионы и протоны практически невозможно из-за сильного наложения спектров. Доля протонов в импульсном интервале 0.8 ч- 2.4 ГэВ/с, вычисленная в модели РШТЮР 6.0, равна Агр/А^л.+ = 0.65. Это отношение было измерено в настоящем эксперименте в области импульсов 0.8 Ч-1.4 ГэВ/с и совпало с расчетным с точностью 5%.

Полученные результаты показывают, что использование фотоумножителей ФЭУ-143 позволяет создавать широкоапертурные годо-скопы с хорошими временными и амплитудными характеристиками.

Осуществлено измерение эффективности пороговых черепковских счетчиков, предназначенных для подавления регистрации е+ и е~: е+ = 98.15 ± 0.12% и £_ = 98.29 ± 0.11%.

В третьей главе описана процедура анализа распределений тг+'7г~-пар по относительному импульсу д, учитывающая эффекты куло-новского и сильного взаимодействий в конечном состоянии, наличие "атомных" пар в области д < 3 МэВ/с, многократное рассеяние в мишени, отличие пар частиц по размеру области генерации.

Распределение пар истинных совпадений по относительному импульсу ¿^/(¿д найдено из соотношения (рис. 2):

<т = та (1/1

Диапазон по относительному импульсу ц был разделен на две части. В первой части (д < 3 МэВ/с) распределение пар истинных совпадений dNt¡dq содержит как "атомные" пары, так и пары тт+тг~ мезонов, родившихся в свободном состоянии. "Свободные" пары включают как "кулоновские", так и "распадные". Во второй части (г/ > 3 МэВ/с) содержатся практически только "свободные" пары.

Распределение <1М1/({д фитировалось в области г/ > 3 МэВ/с функцией, описывающей распределение "кулоновских" и "распадных" пар. После определения параметров аппроксимирующей функции находи-

М2

Д^ + Дг3

<Ша

(¡4

(3)

10 20 30 40 50 А [скаппеЩ

40 30 20 10 0

Е_ Л р

10 20 30 40 50 А \channels]

10 20 30 40 50 А \channels]

10 20 30 40 50 А [сИаппеЬ]

10 20 30 40 50 А [сИаппеЩ

10 20 30 40 50 А \channels)

10 20 30 40 50 Л \channels}

40 30 20 10 О

10 20 30 40 50 А [сИаппек]

''111111

Рис. 4: Амплитудные спектры положительно заряженных частиц, измеренные годоскопом на ФЭУ-143. Числа указывают диапазон импульсов частиц в МэВ/с.

лось расчетное количество "кулоновских" Nq и "распадных" Nt{ пар в интервале q <2 МэВ/с,

Экспериментальное количество "атомных" пар Мл было получено как разность наблюдаемого количества пар и расчетного количества пар, родившихся в свободном состоянии. Так как ожидаемое количество "атомных" пар Nд непосредственно связано с количеством "кулоновских" пар, разность между экспериментальным NA и ожидаемым N^ количествами "атомных" пар определяется в основном точностью предсказания числа "кулоновских" пар в интервале q < 2 МэВ/с (iVp >> N^) и является одним из критериев правильности описания кулоновской корреляционной функции.

При построении фитируклцей функции за основу бралось распределение пар случайных совпадений ж+ и тг~~ мезонов. Основанием для такого выбора является то, что распределение таких пар IV(]7,, р2) и двойное дифференциальное сечение рождения пар истинных совпадений da/dpi/dp2 пропорциональны произведению одночастичных дифференциальных сечений. Различие между распределениями пар истинных и случайных совпадений вызвано только взаимодействием в конечном состоянии и корреляциями, возникающими в процессе генерации пар частиц, так как, в условиях данного эксперимента, влияние законов сохранения пренебрежимо мало, что было подтвер:кдено сравнением импульсных спектров заряженных частиц из пар истинных и случайных совпадений. Эффективность регистрации истинных и случайных пар одинакова и определяется только импульсами частиц, составляющих пару. Это позволяет использовать распределение пар случайных совпадений ж мезонов по относительному импульсу 'l'(q) ("фазовый объем") для описания аналогичного распределения пар истинных совпадений.

Распределение Ф(д) получено из распределения пар случайных совпадений заряженных частиц dNa/dq введением для каждого события веса W^ — W\(p\) ■ W2(p2). Здесь Wi(pi) (И^рг)) - вероятность того, что положительно (отрицательно) заряженная частица является ж+ (7г—) мезоном.

Ф^) является суммой распределений (I>(q)wJ,q) пар от короткожи-вущих источников и Ф(д)[1 — №5.(7)] пар от долгоживущих источников. Здесь ws (q) - вероятность того, что оба тг мезона образованы коротко-живущими источниками.

Соответствующее "кулоновским" парам распределение Ф(д)ю3(д) необходимо умножить иа кулоновский фактор. Для адекватного описания кулоновского взаимодействия разработана процедура, учитывающая многократное рассеяние в мишени и точностные характеристики установки. В результате получено распределение К(д) = Аг(с/)Ф(д) для пар с измеренными в условиях эксперимента параметрами частиц и модифицированным кулоновским фактором Ас(д') (как и в случае пар истинных совпадений от короткоживущих источников).

Исследована возможная зависимость вклада "кулоновских" пар от относительного импульса д, которая может исказить форму куло-новской корреляционной функции, если эффективность регистрации 7г+7Г~-пар, как функция </, изменяется при изменении р: е(р, д) ф Е(р)£(д). Такая зависимость может быть уменьшена при разделении экспериментальных данных на узкие интервалы Ар по среднему импульсу пары.

Анализ адронной корреляционной функции показал, что в интервале относительных импульсов 0 < д < 50 МеУ/с ее значение изменяется не более, чем на ~6%.

На практике экспериментальное распределение пар истинных совпадений фитировалось функциями двух типов, которые были построены на основе функций Ф(г/) и К(д), полученных из экспериментальных распределений пар случайных совпадений. Первая имела два свободных параметра п и иг.

С?(д) - п[гиК(д) + (1 - ы)Ф{д)] . (4)

Адронная корреляционная функция здесь не учитывалась.

Вторая функция использовалась для совместного фитирования распределений по д в нескольких интервалах по среднему импульсу ж мезонов пары, что позволяет компенсировать зависимость соотношения "кулоновских" и "распадных" пар от относительного импульса. В каждом интервале функция определяется тремя параметрами - т/л (г = 1,2,...), п и а. Последние два являются общими для всех интервалов:

С(д) = п[(1 - арТ)югК{д) + (1 - го>)Ф(д)} . (5)

Величина р"1 - средний импульс тт мезонов в г-том интервале. Параметр а отвечает за изменение количества пар от короткоживущих источников вследствие зависимости значения адронной корреляционной

функции при q = 0 от импульса в лабораторной системе. Зависимость адронной корреляционной функции от q не введена, так как анализ показал, что на данном экспериментальном материале она статистически не обоснована.

В четвертой главе описаны результаты анализа экспериментальных данных, полученных в эксперименте на ускорителе У-70.

Были проанализированы распределения тг+7г~ пар со средним импульсом тг мезонов в лабораторной системе 800 < Pi,2 < 2200 МэВ/с. Общий диапазон по среднему импульсу тг мезонов пары р был разделен на 8 интервалов шириной по 175 МэВ/с. Распределение пар истинных совпадений (экспериментальное распределение) по относительному импульсу фитировалось двухпараметрической аппроксимирующей функцией G(q) (4) в каждом интервале, а также в интервалах, объединенных по два, по четыре и во всем диапазоне. Сравнение результатов показало, что, для данного уровня статистической точности, зависимость соотношения короткоживугцих и долгоживущих источников от относительного импульса q не влияет на результаты в интервалах шириной Ар < 700 МэВ/с.

На рис. 5а - 5с показаны распределения событий по q и его проекциям qi и (¡г для интервала по среднему импульсу тг мезонов пары 1500 < р < 1850 МэВ/с, полученные на "толстой" мишени. Представленные распределения содержат пары с q > 3 МэВ/с, чтобы исключить "атомные" пары.

На рис. 5d - 5f те же данные представлены в виде корреляционных функций R(q) :

Здесь N(q) - экспериментальное распределение, Ф(</) - "фазовый объем", п - нормировочный коэффициент аппроксимирующей функции G(q) (4).

На рис. 5g - 51 представлены аналогичные распределения, полученные на "тонкой" мишени.

Как следует из рисунка, корреляционная функция возрастает при уменьшении относительного импульса с 1.1 для q = 15 МэВ/с до 1.G при q = 3 МэВ/с. Этот эффект соответствует по величине и зависимости от относительной скорости тг+7г~ мезонов в их системе центра

Рис. 5: Распределения событий по относительному импульсу ц в интервале 3 < д < 50 МэВ[с (а) и его проекциям ць (Ь) и цт (с), полученные на "толстой" мишени. Средний импульс пар 1500 < р < 1850 МэВ/с. Аппроксимирующая функция представлена непрерывной кривой. На рисунках (с1), (е), и ({') те желанные представлены в виде корреляционных функций. Данные, полученные на "тонкой" мишени, представлены на рисунках (§-1), аналогичных (а-£).

масс кулоновскому фактору, что позволило сделать вывод о наблюдении эффекта кулонопского взаимодействия в конечном состоянии.

На всех рисунках приведены также аппроксимирующие функции (4), полученные в результате процедуры фитирования распределения по д. Для распределений по (¡1 и дт использовались значения параметров, определенные при фитировании распределений по д. Хорошее описание распределений по проекциям д подтверждает корректность процедуры описания экспериментальных данных.

Для того, чтобы исследовать зависимость качества описания экспериментального распределения от вида аппроксимирующей функции, было выполнено фитирование данных четырьмя различными функциями:

1. Моделированным распределением "кулонозских" пар К(д).

2. Суммой распределений "кулоновских" К{д) и "распадных" ф(<у) пар при соотношении, вычисленном в рамках модели Лун д.

3. Суммой распределений "кулоновских" и "распадных" пар. Их соотношение было определено фитированием в восьми импульсных интервалах независимо. Для получения корреляционной функции в полном импульсном диапазоне, значения аппроксимирующих корреляционных функций во всех интервалах были усреднены с учетом статистических ошибок.

4. Трехпараметрической функцией. Фитирование осуществлялось совместно в восьми интервалах с последующим усреднением значений корреляционных функций.

Как видно из рисунка б, наилучшее согласие с экспериментом обеспечивает трехпараметрическая функция.

Количество "атомных" пар Дгд, их ожидаемое число Ыд и ошибка их разности <7д/у для двух толщин мишени 5\ представлены в таблице 1. Из приведенных данных следует, что экспериментальное и ожидаемое количество "атомных" пар совпадают в пределах статистических ошибок как для "толстой", так и для "тонкой" мишеней. Это позволяет сделать вывод об адекватности описания распределения 7г+7г" пар с учетом кулоновского взаимодействия в конечном состоянии.

Рис. 6: Корреляционная функция по относительному импульсу для данных, полученных на "толстой" (а-с!) и "тонкой" (е-Ь) мишенях, отфи-тированная аппроксимирующими функциями четырех типов (непрерывные кривые).

Таблица 1:

& А^ "к СДЛГ

/хгп

8.0 352. ± 74. 209. ± 16. 89.

1.4 54. ±65. 43. ± 3.6 68.

В таблице 2 приведено значение вклада пар от долгоживущих источников в восьми импульсных интервалах для "толстой" (1^) и "тонкой" (/1п) мишеней, значение усредненное по обеим мишеням (/ау), а также значение, предсказанное в рамках модели ИНТЮР 6.0

Таблица 2: '

Рт'т Ртах Ък кп ^ау к

МеУ/с МеУ/с % % % %

800. • 975. 17.5 ±9.2 43. ± 15. 24.5 ± 7.8 47.8

975. 1150. 41.3 ±7.8 33.7 ±9.8 38.4 ±6.1 43.1

1150. 1325. 35.6 ± 7.4 37.0 ±9.3 36.1 ±5.8 37.9

1325. 1500. 35.2 ± 7.5 31.1 ±8.8 33.5 ± 5.7 33.1

1500. 1675. 35.0 ±8.4 37.8 ±9.2 36.3 ±6.2 28.8

1675. 1850. 63. ± 11. 32. ± И. 47.5 ± 7.8 25.0

1850. 2025. 34. ± 18. 17. ± 18. 26. ± 13. 21.8

2025. 2200. 47. ± 49. 50. ±52. 48. ± 36. 19.2

800. 2200. 40.3 ± 4.4 33.2 ±5.0 37.2 ±3.3 31.3

Как следует из приведенных данных, экспериментально определенный вклад пар от долгоживущих источников определен с точностью 10% и соответствует, в пределах статистических ошибок, расчетным значениям.

Исследование влияния неопределенности разрешения установки по q и примесей е+е~ и 7г~р пар в распределении х+7г~-пар на измеренное количество "атомных" пар показало, что при данном уровне статистической точности перечисленные причины не вызывают значимых ошибок.

На основе проведенного анализа данных сделаны оценки необходимого времени набора информации в планирующемся эксперименте по измерению времени жизни А27, с точностью 10%: 7 недель при эффективности установки 50%. Реально потребуется большее время, так как для проверки достоверности результата потребуется провести измерения на мишенях, изготовленных из материалов с различными Z.

Также была проанализирована систематическая ошибка измеренного времени жизни димезоатома. Принимая за оценку максимального значения систематической ошибки времени жизни А21Т арифметическую сумму систематических ошибок, вызванных различными причинами, было получено ¿м21Г < 5.5%.

В приложении описана процедура вычисления ошибок числа "атомных" пар и значения корреляционной функции. Показана необходимость учета корреляции содержания каналов экспериментального распределения и аппроксимирующей функции, основанной на распределениях пар случайных совпадений 7г+ и п~ мезонов.

Основные результаты, полученные в диссертации.

1. Осуществлено наблюдение кулоновских корреляций в системе 7Г+7Т~-Пар.

2. Разработана процедура аппроксимации распределения 7Г4 7г~-пар по относительному импульсу, учитывающая кулоновские корреляции, размер области генерации пар и влияние сильного взаимодействия в конечном состоянии.

«

3. Показано, что предложенный метод позволяет описать экспериментальное распределение пар истинных совпадений при использовании экспериментального распределения пар случайных совпадений и точно вычисляемого значения кулоновской корреляционной функции.

4. Обосновал метод измерения числа "атомных" и "кулоновских" пар в области q < 2 МэВ/с, что необходимо для измерения времени жизни Л2„ и оценки статистических и систематических ошибок этого метода.

5. Применение этого метода позволило определить число "атомных" пар: 352 ± 74 на "толстой" и 54 ± 65 на "тонкой" миШени.

6. При использовании эффекта, обусловленного кулоновским взаимодействием частиц в конечном состоянии, осуществлено измерение соотношения между числом пар от короткоживущих и долго-живущих источников. Тем самым осуществлено разделение пар заряженных 7г-мезонов по размеру области генерации в координатном пространстве.

7. Измерение корреляционной функции пар 7г+7г~ мезонов экспериментально обосновывает введение кулоновских поправок для экспериментов по измерению Бозе-Эршштейновских корреляций.

8. Исследованы характеристики широкоапсртурного годоскопа на ФЭУ-143. Показана возможность создания на основе данных ФЭУ широкоапертурных годоскопов с хорошими временными и амплитудными характеристиками.

Материалы диссертации опубликованы в работах

1. Куликов A.B., Купцов A.B., Язьков В.В.,

Учет остаточных магнитных полей в канале вывода вторичных частиц, Сообщение ОИЯИ 9-87-838, Дубна, 1987.

2. Афанасьев Л.Г., Горчаков O.E., Карпухин В.В., Комаров В.И., Коломыйченко A.B., Круглов В.В, Куликов A.B., Купцов A.B., Куров А.П., Мкртчян Г.Г., Неменов Л.Л., Никитин М.В., Иванов М.А., Пустыльник Ж.П., Трусов C.B., Чвыров A.C., Шумаков М.Н., Фроликов С.М., Язьков В.В.,

Наблюдение эффекта кулоновского взаимодействия в пионных парах из реакции р + Та = п+ 4- тг" + X при энергии протонов 70 ГэВ, ЯФ, 1990, т.52, с.1046-1058.

3. Afanasyev L.G., Chvyrov A.S., Frolikov S.M., Gorchakov O.E., Ivanov M.A., Karpukhin V.V., Kolomyichenko A.V., Komarov V.l., Kruglov V.V., Kulikov A.V., Kuptsov A.V., Kurov A.P., Ne-menov L.L., Nikitin M.V., Pustylnik Zh.P., Shumakov M.N., Trusov S.V., Yazkov V.V.,

Observation of the Coulomb interaction effect in pion pairs from the reactionp + Ta = ж++тт- + Х at 70 GeV, Phys. Lett., 1991, V.255B, p.146-148.

4. Афанасьев Л.Г., Иванов М.А., Карпухин В.В., Комаров В.И., Куликов A.B., Язьков В.В.,

Широкоапертпурный сцинтилляционный годоскоп на ФЭУ-ЦЗ, ПТЭ, 1994, 3, с.25-34.

5. B.Adeva, L.Afanasyev, M.Angeles Lopez, M.Benayoun, A.Chvyrov, C.Ciortea, D.Dumitriu, P.Gianotti, F.Gomes, O.Gorchakov, L.Groza, C.Guaraldo, N.Kalinina, V.Karpukhin, M.Kobayashi, V.Komarov, V.Kruglov, L.Kruglova, A.Kulikov, A.Kuptsov, K.Kuroda, A.Lanaro, Y.Le Bornec, Ph.Leruste, V.Lnclierini, T.Maki, L.Micu, L.Montanet, R.Mozzet.ti, J.Narjoux, L.Nemenov, F.Nichitiu, M.Nikitin, M.Nupieri, K.Okada, T.Okusawa, V.Olshevsky, A.Pazos, M.Pentia, M.Petrascn, C.Petrascu, I.Piticu, M.Plo, T.Ponta, Zh;Pustylnik, D.Rjabkov, A.Rosea, Л.Schacher, Yn.Scheglov, A.Selikov, Z.Szilagyi, F.Takeutchi, A.Tarasov, B.TatischcfF, S.Trusov. N.Willis, V.Yazkov, .l.Yonnet. T.Yoshida, A.Zghiche, V.Zoran. P.Zrelov,

Lifetime measurement of 7Г+7г~ atoms to test, low епетцу QCD predictions., Proposal to the SPSLC, CERN/SPSLC 95 1, SPSLC/P 284, Geneva 1995. p.20 22,91 95.

0. Afanasyev L.G., Gorchakov O.E., Karpukhin V.V., Koinarov V.l.. Kruglov V.V., Kulikov A.V., Kni)t,sov A.V.. Nemenov L.L.. Nikitin M.V.. Pustylnik Zli.P.. Chvyrov A.S.. Trnsov S.V.. Yazkov V.V.,

Measurement of the Coulomb interaction cffcct. in 7г + 7г~ pairs from the reaction pTa -» n+n~X at 70 GcV. Preprint, JINR El 9G 256. Dubna, 1996, to appear in Yad.Fiz.

Рукопись поступила в издательский отдел 23 октября 1997 года.