Оптические параметры 2м пропановой камеры и свойства множественного образования частиц в РС и CC взаимодействиях при 4,2 ГэВ/с на нуклон тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

Введение .о

Глава 1. Определение оптических параметров 2 м пропановой пузырьковой камеры

2 м пропановая пузырьковая камера.

Способ определения оптических параметров.

Новая структура оптической программы.

Новое программное обеспечение для вычисления ошибок оптических параметров.

Поиск ошибочных измерений крестов, корректировка оптической программы.

Восстановление полной длины измеренных следов частиц из обеих половинок камеры

Проверка вычисленных оптических параметров

Новая процедура фотографирования реперных крестов. Анализ новых условий съемки крестов и результатов вычисления оптических параметров

Краткий обзор экспериментальных данных предшествующих работ.60

Спектры испарительных протонов .61

Учет охлаждения ядра углерода .64

Заключение .67

Глава 3. Нуклоны - спектаторы из ядер - снарядов углерода. 68

Введение .68

Две стадии ядерного взаимодействия .69

Зависимость угол - импульс для нуклонов-спектаторов . 71

Заключение .75

Глава 4. Исследование свойств частиц - спектаторов во взаимодействиях углерод + пропан при импульсе

4,2 ГэВ/с на нуклон. .76

Введение .76

Методические особенности эксперимента .78

Угловое распределение спектаторов . .79

Граничные значения импульсов частиц - спектаторов .86

Очистка распределений углерод + пропан от частиц спектаторов .91

Заключение .94

Глава 5. Проверка пригодности и предсказаний модели кварк - глюонных струн к описанию экспериментальных данных рС - взаимодействий при импульсе 4,2 ГэВ/с .96

Введение .96

Модель кварк - глюонных струн .97

Особенности эксперимента и сравнения с моделью кварк-глюонных струн .100

Сравнение по числу частиц в событии .104

Сравнение энергетических распределений .107

Сравнение угловых распределений .117

Сравнение распределений эффективных масс различных частиц.119

Сравнение числа событий с нейтральными частицами 124

Выводы .126

Заключение .127

Общее заключение .129

Введение

В 1970 году в Лаборатории высоких энергий ОИЯИ академиком А.М.Балдиным была разработана большая программа исследований с релятивистскими ядрами, сформулированы новые теоретические положения, относящиеся к структуре ядра, и позволившие по новому рассматривать ядро на более глубоком кварковом уровне по сравнению с нуклонной моделью ядра.

Согласно предложенной концепции новое состояние ядра, в котором главные его характеристики определяются не нуклонами, а составными частичками нуклонов (кварками), будет проявляться при ускорении ядер, начиная с энергии несколько ГэВ на нуклон. Для нового состояния ядра было предсказано уникальное (ранее неизвестное) явления кумулятивного образования пионов и барионов. В 1971 году получено экспериментальное подтверждение образования пионов с импульсом более 7 ГэВ/с от взаимодействия ядер дейтерия с импульсом 5 ГэВ/с на нуклон на медной мишени. Так было положено начало новому научному направлению в физике высоких энергий - релятивистской ядерной физике. К концу 20-го века это направление стало одним из важнейших в мире.

В крупных научных центрах мира (ЦЕРН, ОИЯИ, Брукхейвен, Беркли и других) осуществляется широкое исследование по программе релятивистской ядерной физике.

Новые физические задачи потребовали для своего решения установок нового типа (пузырьковые, стримерные камеры, электронные установки) с 4к геометрией для регистрации множественного образования заряженных и нейтральных частиц.

Создание физической установки для ее использования в пучках ускорителя всегда связано с решением многих технических, инженерных и методических вопросов. Требуется определить характеристики магнитного поля, электроники и т.п. Нужно с высокой точностью вычислять координаты точек на следах заряженных частиц для определения их физических характеристик (импульсов, углов). Возможности определение свойств изучаемых физических процессов в физике высоких энергий существенно зависят от характеристик прибора (детектора), с помощью которого набирается физическая экспериментальная информация.

Выводы

1. Двумерные распределения характеристик частиц предъявляют повышенные требования для хорошего совпадения экспериментальных данных и предсказаний модели, чем одномерные распределения. Это положение проявилось при рассмотрении двумерных распределений на рис. 29, 31 (большое расхождение). Одномерные распределения на рис. 25 , 26 , 27, 32 (для тс+ и тс-) и др. свидетельствуют об удовлетворительном согласии формы распределений.

2. По качеству совпадений все графики разделились на две группы. За критерий разделения была использована количественная мера

Чх Щ, где х /пс1 - величина % на одну степень свободы. Натуральный логарифм был использован как хорошая информационная величина. Все графики разделились при величине 1п(% /пс1), равной 3,5. В первой группе с удовлетворительным качеством совпадения оказались характеристики частиц с 1п(%2/пс1) <3,5 и во второй - при неудовлетворительном качестве согласия с 1п(%2/пс1) > 3,5 .

В первую группу попали 15 характеристик пионов, 4 от протонов и 5 двумерных распределений из 24 всех имеющихся в первой группе. Во второй группе имеется 20 характеристик частиц. В ней 9 характеристик, связанных с двумя частицами, 7 характеристик, связанных с протонами, и 4, связанные с пионами. Таким образом, заметно, что характеристики пионов моделируются явно лучше, чем характеристики протонов.

3. По общей совокупности проанализированных распределений можно заключить, что в количественном отношении предсказания модели не согласуются с опытом (по критерию %2 ). Однако общая картина формы физических распределений модели близка к форме распределений опытных данных.

Модель кварк - глюонных струн, разработанная для больших энергий, вполне может применяться как первое приближение в области меньших энергий, т.е. в районе десяти ГэВ. Другие проверки модели с целью выяснения ее универсальности желательно делать в области больше 500 ГэВ /59/.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проведено широкое сравнение экспериментальных данных РС взаимодействий при 4,2 ГэВ/с и предсказаний модели кварк - глюонных струн на достаточно большой статистике ( протоны, пионы ) :

- по числу частиц в событии,

- импульсные и угловые распределения,

- распределения по быстроте и переменной Балдина,

- в системе главной оси события ( двумерное распределение по ком -понентам импульса),

- распределения эффективных масс и эффективных быстрот,

128

- получена оценка доли событий с нейтральными частицами.

Впервые установлено, что распределение по эффективной быстроте в отличие от общепринятой формы распределения эффективных масс не подвержено искажениям и правильнее представляет взаимодействие двух частиц при их возможном или реальном объединении.

Таким образом, модель кварк - глюонных струн качественно предсказывает форму экспериментальных распределений кинематических характеристик в области энергий десяти ГэВ.

Общее заключение

1. При непосредственном активном участии автора диссертации получен большой объем экспериментальной информации (несколько сот тысяч снимков) при облучении 2 м пропановой пузырьковой камеры в пучках протонов с импульсом 2-10 ГэВ/с и легких ядер с импульсом 2-5 ГэВ/с на нуклон на синхрофазотроне ОИЯИ. Этот материал позволил ученым из стран-участниц ОИЯИ и других стран организовать широкое эффективное международное научное сотрудничество "физика на расстоянии" и получить важные научные результаты для развития теории сильных взаимодействий и создания современной теории атомного ядра.

2. Автор принял личное участие в просмотре, обработке и анализе этой информации. Им проведена большая работа по проведению расчетов по геометрической программе ГЕОФИТ взаимодействий в камере на ЭВМ СБС6500, что позволило создать основу базы суммарных данных (Б8Т) международного сотрудничества.

3. Автором разработан и создан новый комплекс программ для определения оптических параметров 2 м пропановой пузырьковой камеры. Все физические результаты сотрудничества за много лет получены на основе расчетов оптических параметров с использованием этого комплекса программ и личного участия автора.

В последнем эксперименте по определению оптических параметров в 1987-1988 годах автором успешно реализован новый подход к нахождению оптических параметров с помощью рабочих снимков с камеры.

4. Проведены теоретические расчеты импульсного спектра испарительных протонов из возбужденного ядра - мишени углерода с учетом "охлаждения" ядра. Расчет сделан для конкретной реакции СС взаимодействия при импульсе 4,2 ГэВ/с на нуклон в пропановой пузырьковой камере. Результаты расчета позволяют с хорошей точностью оценить долю выделения испарительных частиц при введении различных критериев их отбора.

5. Предложена и рассчитана зависимость импульс - угол протонов-спектаторов ядра-снаряда углерода при импульсе 4,2 ГэВ/с на нуклон. Результаты расчета позволяют с высокой точностью оценить число выделенных протонов-спектаторов при использовании различных критериев для "очистки" физических распределений от частиц - спектаторов.

6. Впервые в условиях пропановой пузырьковой камеры получены и проанализированы подробные физические характеристики частиц -спектаторов ( р, <1,1) из ядра - снаряда углерода при импульсе 4,2 ГэВ/с на нуклон : а) Определены граничные значения импульсов р й -, 1 - спектаторов при их изотропном угловом распределении в системе покоя ядра-снаряда углерода. б) Используя полученные величины граничных импульсов, впервые предложена новая процедура выделения частиц - спектаторов. По новому способу выделения частиц - спектаторов потери протонов - участников сильных взаимодействий уменьшаются с 27 % до 0,6 % от их числа.

7. Проведена детальная проверка пригодности теоретической модели кварк - глюонных струн для описания важнейших характеристик механизма взаимодействия протонов с ядрами углерода при импульсе 4,2 ГэВ/с . Впервые для оценки сходства формы физических распределений использованы два количественных критерия (Колмогорова и

X2 - критерий ) и максимальное число кинематических переменных. Особое внимание уделено двумерным распределениям.

В частности, детально проведено сравнение : числа частиц в событиях, энергетических распределений, импульсных распределений в системе главной оси события (впервые), угловых распределений, распределений по эффективной массе и эффективной быстроте (сравнение сделано впервые ), оценка доли событий с образованием нейтральных частиц ( сравнение сделано впервые).

8. Для оценки качества итогового сравнения опыта и модели предложен новый количественный подход 1п (%2 / пс1), позволивший выявить деление характеристик частиц по качеству сравнения на две группы. Для конкретных событий опыта и модели граничным значением оказалась величина 1п (%2 / пё) = 3,5.

9. Показано, что общепринятая форма распределения эффективных масс искажает картину взаимодействий, что может привести к возникновению ложных максимумов и к исчезновению истинных. В связи с этим предложен новый метод поиска резонансов с помощью распределений по эффективной быстроте, которые свободны от искажений.

10. Модель кварк - глюонных струн ( разработанная в Лаборатории высоких энергий ОИЯИ для сверхвысоких энергий взаимодействия ад-ронов и ядер ) удовлетворительно предсказывает (на качественном уровне ) форму важнейших распределений кинематических переменных в области энергий порядка десяти ГэВ. По совокупности результатов сравнения модели с экспериментом ( и при других энергиях ) можно заключить о ее универсальности в физике высоких энергий.