Основные характеристики эксклюзивных реакций в Кр-взаимодействиях при 32 ГэВ/с тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ПРОВЕДЕНИЯ дШШШША.

1.1. Описание постановки эксперимента на камере "Мирабель"

1.2. Основные этапы обработки фильмовой информации. II

1.3. Методика выделения эксклюзивных каналов

1.4. Анализ качества выделения IC-фит каналов

ГЛАВА П. СЕЧЕНИЯ ЭКСКЛЮЗИВНЫХ КАНАЛОВ.

2.1. Основные вопросы методики определения сечений эксклюзивных каналов

2.2. Особенности методики определения сечений эксклюзивных каналов с одной незарегистрированной нейтральной частицей

2.3. Сечения эксклюзивных каналов и их энергетическая зависимость

2.4. Энергетическая зависимость нормированных сечений основных эксклюзивных каналов.

ГЛАВА Ш. МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ЧЕТЫРЕХЧАСТИЧНЫХ

КОНЕЧНЫХ СОСТОЯНИИ.

3.1. Л^-анализ четырехчастичных конечных состояний.

3.1.1. Определение сечений основных процессов, приводящих к четырехчастичным конечным состояниям.

3.1.2. Дифракционная диссоциация первичных частиц

3.1.3. Основные механизмы образования основных двухчастичных резонансов

3.1.4. Совместное образование двухчастичных резонансов

3.2. Изучение угловых характеристик распадов основных резонансов

3.2.1. Проверка сохранения s- и Т-канальной спиральности в дифракционных процессах

3.2.2. Элементы спиновой матрицы плотности

К*0 (890) и д++(1238)

ПАВА 17. КЛАСТЕРНЫЙ АНАЛИЗ КОНЕЧНОГО СОСТОЯНИЯ

4.1. Методика выделения кластеров в многомерном фазовом пространстве программой ClUCO V

4.2. Основные результаты кластерного анализа

4.2.1. Кластеры, образующиеся при 3-х частичной фрагментации К"-мезона.

4.2.2. Кластеры, образующиеся при 3-х частичной фрагментации протона.

4.2.3. Кластеры от наТзрагментационных процессов.

ГЛАВА У. ОБРАЗОВАНИЕ РЕЗОНАНСОВ В ШОГОЧАСТИЧНЫХ

КОНЕЧНЫХ СОСТОЯНИЯХ.

5.1. Методика выделения резонансов

5.2. Резонансы в конечных состояниях + ivi = 2,3,

5.2.1. Сечения образования основных бозонных и барионных резонансов

5.2.2. Совместное образование резонансов

5.2.3. Распределения по квадрату переданного 4-импулъса и спиновая матрица плотности основных резонансов

5.3, Образование LO(783)- и <1(550)-мезонов в конечных состояниях К~р^Ги+ мСТГЗГ) wx = 1,

5.4. Резонансы в конечных состояниях К1" |С*Ч w С7ГТ5Г) m = 1,2 и

ЗАШНЕНИЕ.

ТАБЛИЦЫ.

Одним из основных преимуществ использования методики .жидко-водородных пузырьковых камер при исследовании адронных взашлодействий средних и высоких энергий является возможность получения полной информации о кинематических параметрах всех вторичных частиц, образовавшихся в отдельном акте взаимодействия. Поэтому до ввода в строй нового поколения ускорителей в Серпухове, Батавии и Женеве основным подходом к изучению динамики сильных взашлодействии камерной методикой был эксклюзивный, при котором объектом исследований являлась выборка событий от определенных каналов реакций, приводящих к конечным состояниям только из зарегистрированных в камере (или и одной незарегистрированной, восстановленной программно) частиц. Однако с увеличением энергии сталкивающихся частиц роль таких каналов уменьшается из-за роста количества вторичных 3»° -мезонов, эффективность регистрации которых в жидко-водородных камерах мала. Поэтому в последние десятилетия в экспериментах с использованием камерной методики стал также широко применяться так называемый инклюзивный подход ^ (то есть подход, при котором для всей выборки взаимодействий исследуются распределения только одной или нескольких вторичных частиц определенного вида), теоретические основы которого были заложены в работах

2/

А. А. Логунова и сотрудников ' '.

Однако изучение эксклюзивных реакций продолжает традиционно привлекать пристальное внимание физиков, поскольку выявление ряда закономерностей во взаимодействиях элементарных частиц высоких энергий и выяснение их структуры возможно только на основе информации об эксклюзивных конечных состояниях.

Данные по эксклюзивным реакциям в экспериментах на пузырьковых камерах, которые содержат максимальную для опытов с неполя-ризованными первичными адронами информацию об определенном конечном состоянии, представляют также большие возможности для детального исследования динамики множественного образования частиц в адрон-адронных взашлодействиях. В частности, изучение образования резонансов в эксклюзивных каналах, особенно при максимально возможных энергиях и высоких множественностях, обеспечивает уникальную возможность для выяснения роли резонансов в формировании многочастичных конечных состояний. Однако получение таких экспериментальных данных требует достаточной статистики и встречает большие методические трудности.

В последние годы появилось много новых методов изучения механизмов образования многочастичных эксклюзивных конечных состояний, основанных на анализе распределения событий в полном фа/3-7/ зовом пространстве ' ' . Наиболее перспективными среди них являются модельно-независимые статистические методы анализа особеннос

Л-7/ тей распределения событий в полном фазовом пространстве ' ' .

Как видно из компиляций данных по сечениям, в последнее время наиболее активно исследовались К~р-взаимодействия. Несмотря на это, данные по сечениям эксклюзивных реакций имеются (не считая данных по сечениям нашего эксперимента) только до импульса первичного КГ-мезона в 16 ГэВ/с.

Целью настоящей диссертации является изучение основных закономерностей образования эксклюзивных конечных состояний разной множественности в К~р-взаимодействиях при 32 ГэВ/с и детальное исследование механизмов образования четырехчастичных конечных состояний.

Актуальность данного исследования. Проверка возможности применения кварк-партонных представлений, развитых для описания "жестких" процессов к адронным столкновениям при малых Ru требует данных по взаимодействиям адронов различных типов в широком диапазоне энергий. Проведение эксперимента при 32 ГэВ/с позволило в два раза расширить энергетический диапазон исследования К~р-вза-имодействий и выделить целый ряд эксклюзивных каналов. Данные по эксклюзивным каналам малой и средней множественности являются традиционным источником наиболее полной информации о механизмах адрон-адронных взаимодействий при малых Rl. .

Выделение различных подканалов с промежуточными резонанса-ми дает информацию об относительных вероятностях образования адронов различного типа, а изучение распадов резонансов дает дополнительные данные о спиновых эффектах при их образовании. Все эти данные очень критичны для выбора теоретических подходов к описанию адрон-адронных столкновений при средних энергиях.

Научная новизна проведенных исследований состоит в том, что впервые для изучения К~р-взаимодействий при новом более высоком импульсе первичных каонов была использована многокубовая жидководородная камера. Это позволило существенно повысить точность определения кинематических характеристик быстрых вторичных частиц и достаточно чисто выделить события от эксклюзивных 4С-и IC-фит каналов. Высокая статистика эксперимента обеспечила точное измерение сечений 48 эксклюзивных каналов (лежащих в диапазоне 1000-5 мкбн). На основе этой статистики впервые оценены сечения образования основных бозонных и барионных резонансов для некоторых эксклюзивных конечных состояний, изучены механизмы образования резонансов в четырехчастичных конечных состояниях, проведен подробный кластерный анализ в семимерном фазовом пространстве переменных Янга для конечного состояния

Большинство полученных данных являются единственными в К~р-взаимодействиях при высоких энергиях.

Практическая ценность работы заключается в том, что разработана методика выделения эксклюзивных каналов при массовой обработке данных в высокостатистическом эксперименте в новом интервале энергий.

Впервые при столь высоком импульсе К~"-мезонов разработана методика выделения IC-фит каналов и определения их сечений. В рамках единой экспериментальной методики получены обширные и уникальные данные по сечениям всех, доступных при набранной статистике, эксклюзивных реакций, в том числе и с образованием одного или нескольких резонансов в КГр-взаимодействиях при 32 ГэВ/с. Представленные данные могут быть использованы для планирования новых экспериментов на современных ускорителях, а также для учета эффектов от изученных процессов в экспериментах, которые проводятся в настоящее время.

Структура диссертации включает в себя введение, пять глав и заключение.

Основные результаты экспериментальных исследований эксклюзивных каналов в К~р-взаимодействиях при 32 ГэВ/с, изложенных: в настоящей диссертации,можно кратко сформулировать следующим образом:

1. Разработана методика выделения неупругих эксклюзивных каналов с множественностью вторичных частиц от 3 до 12 при максимальном из доступных на начало эксперимента импульсе первичных К~-мезонов 32 ГэВ/с, включая методику выделения 1С-фит каналов.

2. Измерены сечения 39 эксклюзивных 4-С-фит каналов ; развита методика оценки сечений IC-фит каналов в условиях большого числа неоднозначно интерпретированных событий и получены данные по сечениям 9 IC-фит каналов.

3. Проанализирована энергетическая зависимость основных эксклюзивных каналов; на этой основе показано, что механизмы взаимодействий, приводящих к конечным состояниям разной множественности' в основном не меняются в интервале от 10 до 32 ГэВ/с; однако при этом меняются соотношения между отдельными механизмами, что наиболее заметно для процессов дифракционной диссоциации.

4. Подробно изучены механизмы, приводящие к образованию четырехчастичных эксклюзивных состояний методикой lps -анализа. Показано, что 8С$ событий конечного состояния К~р образуются дифракционным образом.

5. Исследована проблема сохранения s- и Т-канальной спиральности для дифракционных процессов; при этом установлено, что спиральность предпочтительнее сохраняется в Т -канале.

6. Показано, что распад дифракционно-возбужденных систем является источником повышенного образования бозонных п' барион-ных резонансов в промежуточных состояниях, приводящих к конечному состоянию К~р

7. Проведен полный кластерный анализ конечного состояния К'р^с^ЗГ" в семимерном пространстве переменных Янга при помощи алгоритма CLUCOV в результате которого выделено 5 кластеров в областях фрагментации IC-мезона и протона, связанных с дифракционным образованием резонансов

31(1280), ^(1400), К35*-(1430), /."(1780), А/ (1470), Л/(1710). Впервые выделены кластеры от процессов недифракционной фрагментации КГ-мезона и протона и определены их сечения.

8. С помощью кластерного анализа выделено и проанализировано 4 подпроцесса, связанных с квазидвухчастичным совместным образованием (890), К^ЧМЗО) с /£(1238) и А/(1688), с квазитрехчастичным каналом К р Д++ , с механизмом обмена странностью в t -канале и с безрезонансным образованием конечного состояния. 9. Подробно исследован вопрос о роли резонансов в формировании многочастичных конечных состояний. При этом найдено, что при больших множественностях существенную роль начинают играть процессы совместного образования резонансов и процесс множественного рождения ^°(770). Обнаружено также, что доля вторичных частиц от распада резонансов с ростом множественности падает.

Большинство полученных результатов являются единственными для К~р-взаимодействий при импульсах первичного К~-мезона свыше 16 ГэВ/с.

В заключение я хочу выразить глубокую признательность и благодарность моему руководителю Артемию Михайловичу Моисееву за помощь как при проведении исследований, положенных в основу диссертации, так и при её подготовке.

Я искренне благодарен также соавторам работ, вошедших в диссертацию Ю.И.Арестову, В.В.Бабинцеву, М.Ю.Боголюбскому, В.В.Брызгалову, М.Вальтеру, У.Генчу, Х.Граслеру, С.А.Гуменюку, Д.Денегри, А.Живерно, Дж.Клабуну, X.Кирку, У.Кригелю, М.Дк. Конихану, К.Кочету, А.И.Котовой, М.Костку, С.Г.Киселевой, А.Е.Кирюнину, Дж.Ф.Лаутьеру, С.Левину, Дж. Мак-Ноттону, Ф.Мандлу, В.И.Николаенко, Д.И.Паталахе, А.С.Проскурякову, П.Порту, Ж.Прево, П.Сцкселю, Е.А.Старченко, Ф.Триантису, М.Тюрлюер, М.Н.Уханову и С.В.Чекулаеву.

Я благодарен начальнику ОЭИ ПК ИФВЭ П.В.Шляпникову за поддержку нашей работы.

Я благодарен всем сотрудникам служб ускорителя, быстрого вывода, канала JS 7, ВЧ-сепаратора, пузырьковой камеры, обеспечивавшим стабильную работу установок и аппаратуры.

Я благодарен персоналу отдела обработки экспериментальной информации, обеспечившим просмотр и измерение фотографий.

И, наконец, я хотел бы поблагодарить сотрудников отдела вычислительной техники, обеспечивших обсчет наших данных на ЭВМ.

Относительные вероятности прохождения IC-фит каналов друт в друга (в %) дяя тестовых событий при условии, что Р ( 0,07 и -0,3<м| (5?°) < 0,2, 0,0<м|ед (К0) <0,5, 0,0 < М^ед (М)< <2,0 ГэВ/с . Верхняя цифра соответствует отбору по лучшей гипотезе, нижняя - по однозначно выделенной.

Канал Г К0 Ы

Кр^Г 67-2 48±2 15±1 6±1 1±1 1±1

6±1 1±1 65-3 49±2 1±1 1±1

CtSTCA/ 7±1 3±1 6±1 49±2 48±2

К'рЗГЗГ^ЗГ 67-3 48±2 15±1 5±1 4-1 2±1

II±I 3±1 65-6 44±4 3±1 2±1

8±2 2±1 9±2 2±1 58±5 54±5

71-5 52±4 13±2 5-1 6±1 3±1

3STP3S4 Г 15±4 6±2 63±Ю 42±7 7±3 6±3

9-3 3±1 9-3 66±П 56-10

12±2 7±2 20-3 9±2 13-2 Ю±2

Относительные вероятности примеси тестовых событий с несколькими нейтральными частицами в IC-фит каналы с ft0 , К0 и .л/ при тех же условиях отбора, что и в табл. I.I. Верхние и нижние цифры означают то же самое, что и в табл. I.I

Канал ^<[мкбн) 5Г" K° V

К> 2Т\° 250 I2±I 6±I I4±I II±I I±I I±I

Г Р № 250 I0±I 9±I 5±I 5±I —

K-gi-W 300 — - I4±I I4-I

Кр^ЗЗГ* 150 iii 2±I I±I 3±I 3±I

Zl'p K°2J\° 250 4±I 4±I — I±I I±I

K~lTA/ZTic 300 — — 3±I 3±I

450 I0±I 5±I 14Й I0±I 4±I 3±I arprw 240 I2±I I0±I 5±I 5±I 2±I 2-1 fm^srvF 300 I±I I±I I+I I6±I I5-I

60 2±I I±I - 4±I 3±I

КрГЯТРзХ* 330 - - 4-1 4-1

230 4+1 - 3±I 3±I зя+ззг 80 2±i I±I - 5±I 5±I

430 9±I 6±I I4±I 8+1 I0±I 7+1

S^'TpK'V 130 I9±2 I7±2 3±I 2±I 8±I 8±I

KW/zS* 150 3±I 2±I I±I II±2 II±2 ззгззг K0^ 50 8±3 8±3 2±I 2±I 5±2 5±2

Сечения каналов реакций К~р + и in^d)

Канал Число событий (жбн) Канал Число событий (жбн)

К°Р?Г 91 58±7

1<~Р sr^-эт ~ 3711 544±Ю

156 Ю2±Ю

912 139±5

R°P 35Г2Я+ 74 49±7 к~рзя+ ззг 293 49±3

30 25±5

98 19±2

II Ю±3