Поиски и исследование экзотических резонансовв системах эта'эта и эта эта тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

6 ОД

В ДПР 1993

ИНСТИТУТ ФИЗИКИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

93-41 На правах рукописи

\ >1

Кулик Алексей Владимирович

Поиски и исследование экзотических резонансов в системах 7]'г] и щ

01.04.01 - экспериментальная физика

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Протвино 1993

М-24

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук профессор Б.Б. Говорков, доктор физико-математических наук профессор С.П. Денисов, доктор физико-математических наук профессор В.Б. Фля-гин.

Ведущая организация - Институт теоретической и экспериментальной физики, г.Москва.

Защита диссертации состоится "_" _ 1993 г.

в _ часов на заседаний специализированного Совета ДО34.02.О1

при Институте физике высоких энергий по адресу: 142284, Протвино,

Московской обл.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИФВЭ.

Автореферат разослан "_" _ 1993 г.

Ученый секретарь

специализированного Совета Д034.02.01 Ю.Г.Рябов

© Институт физики высоких энергий, 1993.

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Интерес к мезонным системам г]'г] и щ связан с возможными проявлениями экзотики, т.е. состояний, выходящих за рамки минимальной кварковой модели.

Эти системы в образуются в квазидвухчастичных реакциях

тГр -» т}'щ, (1)

7Г р 7777гг., (2)

7Г~р —► щ(тпт0) (3)

преимущественно путем однопионного обмена, для которого характерны малые переданные импульсы: < 0.2 (ГэВ/с)2. Исследование области сравнительно больших передач импульса > 0.2(ГэВ/с)2 позволило подавить доминирующий механизм образования г]'г\- и 7/77-пар и тем самым резко повысить чувствительность при поиске новых резонансов.

Цель диссертационной работы - экспериментальное изучение ме-эонных систем тД/ и 7777, образующихся в реакциях(1)ч-(3) вне кинематической области однопионного обмена и поиск новых резонансов в этих системах.

Научная новизна исследования заключена в том, что впервые получены экспериментальные данные об образовании 77*77- и 7/7;-систем в области увеличенных передач импульса квазидвухчастичных реакций.

Практическая ценность. Предложен и реализовал новый метод поиска экзотических мезонов, использующий особенности динамики их рождения и распада. Этим методом обнаружены два новых мезонных резонанса с экзотическими характеристиками Х(1910) и Х(1740).

В результате проделанной работы развиты методы идентификации конечных состояний t]'t¡ и r¡r¡, позволяющие изучать эффекты на уровне сечения до 1 нб.

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 5 печатных работ.

Апробация работы. Основные результаты, использованные в диссертации, опубликованы в отечественных и зарубежных журналах [1-5], они также докладывались на семинарах ИФВЭ, научных сессиях ОЯФ РАН и на ряде международных конференций.

Структура диссертации. Работа изложена на 105 страницах, состоит из введения, шести глав и заключения, содержит 46 рисунков, 4 таблицы и список цитируемой литературы, включающий 85 наименований.

Содержание диссертации

В первой главе кратко описана постановка эксперимента и условия измерений. Измерения выполнены на вторичном пучке отрицательных пионов ускорителя У-70 с энергией 38 ГэВ. Установка была создана для изучения процессов типа

7t~p —► М°п, (4)

где М° - нейтральная мезонная система, распадающаяся в конечном итоге на 7-кванты. Установка (см. рис. 1) содержит следующие основные части:

• Пучковую часть: телескоп сцинтилляционнных счетчиков S 1^5, прецизионные годоскопы Hi-и и газовые пороговые черенковские счетчики.

• Жидководородную мишень Lífc-

• Сцинтилляционные счетчики антисовпадений Л.1^12,

• Охранную систему из свинцового стекла 01+72-

• Годоскопический многофотонный спектрометр ГАМС-2000.

GAM5-2000

Рис. 1. Схема установки. St, St - последние из сцинтилляционных счетчиков, определяющих пучох; #3, Н, - дпухкоорл натные годоском с шагом 1 мм. Расположенные выше по пучку сцинтилляционпые счетчики 5\ 4- 5з, годоскопы Hi, Нг и газовые черенковские счетчики на рисунке не показаны. А^+гг, А,г ~ сцинтилляционпые счетчики антисовпадений; - счетчики охранной системы из свинцового сте-

кла; F3; Ft - апертурные счетчики; GAMS - годосконический 7-спектрометр.

Нейтральный триггер Ю-4 по отношению к потоку 7г~-мезоиов) вырабатывается антисовпадениями счетчиков Ai+ц и с пучковой частицей. Охранная система может включаться либо не включаться в логику триггера; сигналы с ее счетчиков анализируются по амплитуде. Прецизионный спектрометр ГАМС-2000 эффективно регистрирует события с большой множественностью 7-квантов в конечном состоянии. Перед записью событий на магнитную ленту они фильтруются при помощи быстрых специализированных процессоров Мо и Mr, вычисляющих соответственно полное энерговыделение и первый радиальный момент в ГАМС. Это позволяет подавить малоинтересные проце.ссы с образованием легких ме-зонных систем с массами примерно до 900 МэВ.

Измерения проведены в четырех сеансах в период 19814-1987 гг. Интегральный поток тг~-мезонов через мишень составил 5.5 • 1012, на ленты было записано 50 млн. событий для дальнейшей обработки.

(

Во второй главе перечислены основные процедуры стандартной (безотносительно к конкретной реакции) обработки данных, здесь же обсуждается расчет эффективности. Подробно изложен метод абсолютной калибровки охранной системы, основанный на балансе полной энергии. Отмечено, что геометрия: эксперимента благоприятна для регистрации rftj- и rçrj-nap в области масс до 2 ГэВ, что приводит к плавному поведению эффективности в зависимости от динамических переменных.

Третья глава посвшцена исследованию т/77-пар; для их регистрации использованы событий топологически простейшего распада на 47-кванта: V1 77) V 77- Примененные критерии отбора позволили надежно идентифицировать образование т/т;-пар (около 1500 событий) на фоне других, значительно более интенсивных процессов, в том числе и при передачах импульса |f| = 0.2 -Ь 0.6 (ГэВ/с)2, где сечение падает почти на порядок величины.

В спектре масс Мп>п при больших передачах импульса (рис. 2а) доминирует пик, обусловленный образованием ранее не наблюдавшегося Х(1910)-мезона. Приведены его масса, ширина, угловое распределение распада и t-зависимость сечения рождени т. Пологая t-зависимость (рис. 26) свидетельствует о том, что механизм однопионного обмена (OPE) не является основным.

> <и

s о

г\ б

-

- \ — Кг— V

s\

- о \

-О \

^ \ 1 1 1

1970 2430

М„,„ (MeV)

0.4 о.в

-t, (GeV/c)3

Рис. 2. а) Наблюдение Х(1910)-мезона: спектр масс Мп>„ для 0.35 < |<| < 0.60 (ГэВ/с)2.

Светлой гистограммой показан непосредственно измеренный спектр, заштрихованной - после вычитания фона. 6) ^зависимость сечения рождения Х(1911))-мезоыа, прямой показана экспонента с наклоном (7), пунктиром -^зависимость, ожидаемая для однопионного обмена.

Четвертая глава посвящена системе щ. Зарегистрировано более 100 ООО событий по распаду на 4-у, выборка практически свободна от фона, в том числе и при больших передачах импульса.

Факт существования Х(1740)-мезона и подавленность однопионного обмена в мехапизме образования были установлены при анализе данных ранних измерений 1981, 1983, 1984 гг. В массовом спектре при больших передачах импульса (рис. За) виден отчетливый пик Х(1740)-мезона. Приведены его масса, верхняя граничная оценка ширины, угловое распределение распада и ^зависимость сечения рождения. Пологая ^зависимость (рис. 36) свидетельствует о том, что так же, как и в образовании Х(1910)-мезона, механизм однопионного обмена не является основным.

М„, МеУ -и (СеУ/с)!

Рис. 3. а) Наблюдение Х(1740)-мезона: спектр масс Мт для |1| > 0.35 (ГэВ/с)2; 6) ^зависимость сечения рождения Х(1740)-мезона; светлые точки - данные сеансов 1981 -г 84 гг., темные точки - данные сеанса 1987 г; пунктиром показана ^зависимость, ожидаема» для однолиолного обмена.

Более поздние измерения с более совершенной аппаратурой, проведенные в 1987 г., позволили уточнить механизм образования Х(1740)-мезона. Подробно рассказано о работе с охранной системой из свинцового стекла, что позволяет регистрировать мягкие у-кванты от распада барионной изобары. Кроме подтверждения резонанса, в результате этих исследований было установлено, что его образование в зарядовообменной реакции преимущественно сопровождается двумя мягкими 7-квантами, вероятно от распада Д(1232)-изобары. Это проиллюстрировано на рис. 4.

> щ

2 240 о

200

160

120

ЕГ<12 ЫеУ

<34 907. СХ.

1500

!

I

1ВОО 2100

МеУ

1500

18С0 2100

М„, МеУ

О 60

40

20

Б В 2 СБ Ои^еге

- Ь б2±17

|Х(1740) 1 .

¿0

о сч|

20

""«ог^-л,.

1500

1800

М„

21 СО , МеУ

200

400

Рис. 4.

а - в) Массовые спехтры в сеансе 1987 г. при различных отборах по охранной системе: а) при отсутствли сигнала, б) при наличии сигнала, в) при условии двух кластеров в охраннной системе. Все спектры построены с отбором 0.2 < |£| < 0.6 (ГэВ/с)3. г) Спектр энерговыделения в охранной системе, сопровождающего образование Х(1740)-мезона. Кривые - расчет для различных гипотез.

В пятой главе приведены ограничения на вероятности распадов Х(1910)-мезона по каналам щ, тг07г0, К%К°5 и Х(1740)-мезона - по каналам Т]'т], 7г°7г°. Поскольку образование пар тг°-мезонов также приводит к четырем 7-квантам в конечном состоянии, для получения ограничений в канале тг0х0 использованы данные того же эксперимента. Ограничение в канале получено с привлечением данных магнитного спектрометра

ИТЭФ.

Исследовано образование Х(1910)- и Х(1740)-мезонов в сопровождении нейтрона и барионной изобары, получены оценки

а{тг~р —» Х(1740)гг) . 1 о{тгр-* Х(1740)Д(1232)) < 4' ф-р■-> Х(1910)п) _ 1?±08 (5)

В тестой главе обсуждаются полученные результаты. Отмечено, что моды распада Х(1910)- и Х(1740)-иезонов соответствуют предсказаниям модели глюонного обесцвечивания для глюболов и гибридов: интенсивные распады на 77*77 и Щ при подавленности каналов пж и КК.

Обсуждаются низкие сечения рождения и их пологая ^зависимость. Оба эти явления указывают на необычный механизм, возможно, муль-типомеронное перерассеяние, предпочтительное в образовании гибридных мезонов.

Отсутствие симметричных мод распада Х(1910)-мезона, а также отсутствие однопаонного обмена в механизме образования может быть объяснено его спин-четностью = 1 +. Такие квантовые числа являются экзотическими, поскольку не реализуются в системе qq

В заключении кратко сформулированы основные результаты диссертации:

1. Предложен и реализован метод поиска экзотических мезонов, использующий особенности динамики их рождения и распада. Особенности динамики распада 1 роявляются в конечных состояниях 77'77 и 7777, сильно связанных с глюонной компонентой распадающегося резонанса. С другой стороны, в рождении использована кинематическая область, не характерная для образования 77*77 и 7777-пар в за-рядовообменных реакциях, что позволяет надеяться на более яркие проявления экзотики.

2. Развиты методы подавления фонов, которые позволили выделить конечные состояния ц'г] и щ при таких передачах импульса, где сечение на порядок величины меньше полного сечения образования 77*77, 777-пар в зарядовообменных процессах. В результате оказалось возможным изучать эффекты на уровне до 1 нб.

3. Обработаны данные четырех сеансов измерений на пучке ускорителя ИФВЭ, лроведенных в период 19814-1987 гг. В ходе обработки из ~50 миллионов событий отобрано более 100 ООО событий с топологией 7777 и 1500 событий с топологией ц'т].

4. Обнаружен новый мезонный резонанс Х(1Э10), распадающийся на 77*77, изучены его свойства. Измерены масса и ширина:

М = 1911 ± 10 МэВ, Г = 90 ± 35 МэВ. (6)

Измерена ^зависимость сечения рождения, она резко противоречит механизму однопионного обмена:

— ~ем, Ь = 2.3 ±1 (ГэВ/с)"2. (7)

Измерено произведение сечения рождения на вероятность распада по каналу т]'г]:

<т(тг~р Хп)ЯЯ(Х - т]'г,) = 15 ± 5 нб. (8)

5. Обнаружен и изучен новый мезошшй резонанс Х(1740), распадающийся на т]1]. Измерена масса и получена верхняя граничная оценка

• ширины:

М = 1747 ± 8 МэВ, Г < 80 МэВ (90% СЛ.). (9)

Изучен механизм образования Х(1740)-мезона в зарядовообменном процессе, установлено, что однопионный обмен не играет здесь заметной роли и что Х(1740)-мезон образуется преимущественно в сопровождении А(1232)-изобары. Измерено произведение сечения рождения на вероятность распада по каналу щ, которое весьма мало:

о{-к~р -> ХА)ВЩХ -> щ) = 1.9 ±1.2 нб. (10)

6. Проведен поиск Х(1910)- и Х(1740)-резонансов в других модах распада, для чего, в частности, исследовано -около 3 миллионов 7г°7Г°-пар. Получены ограничения

ВД(Х(1910) -*щ) „ 1 (И)

ВЛ(Х(1910) —> т]'т]) < 20'

£Д(Х(1910) 7г°7г°) _ 1 ВЯ(Х(1910) - -П'Ъ) К Ю' (12)

БЛ(Л"(1740) - ЦТ}) < ВВ.(Х(ПЩ-*щ), (13)

ВВ.{Х{17Щ Л0) < ВЛ(Л"(1740) щ). (14)

7. Предложено объяснение отсутствия распадов Х(1910)-мезона на т]Г],

7Г7Г и КК: его квантовые числа Зрс = 1~"+, которые являются экзотическими.

Список литературы

[1] Алди Д., Бинон Ф., Брикман К., Гуанэр М., Доясков C.B., Иня-кин A.B., Качанов В.А., Кулик A.B., Леднев A.A., Han Э.А., Пенье Ж.П., Прокошкин- Ю.Д., Роднов Ю.В., Садовский С.А., Само-йленко В.Д., Синьговский A.B., Строот Ж.П., Сугоняев В.П., Хау-стов Г.В., Шагин П.М., Штанников A.B. Обнаружение экзотического мезона с массой 1.9 ГэВ, распадающегося по каналу T¡'r¡: ЯФ. 1988. Т.48. С.1724; Phys. Lett. 1989. V.B216. Р.447.

[2¡ Kulik A.V. Further Analysis of the Exotic Mesons Decaying into г/ц: Preprint IHEP 90-135 Serpukhov, 1990.

[3] Алди Д., Бинон Ф., Брикман К., Бутмер М., Гуанэр М., Дон-сков C.B., Инякин A.B., Качанов В.А., Кулик A.B., Ландсберг Г.Л., Леднев A.A., Лишин В.А., Han Э.А., Пенье Ж.П., Половников С.А., Прокошкин Ю.Д., Пуле М., Садовский С.А., Самойленко В.Д-j Синьговский A.B., Строот Ж.П., Сугоняев В.П., Хаустов Г.В., Шагин П.М., Штанников A.B. Дальнейшее исследование Х(1910)-мезона: ЯФ. 1991. Т.54(3). С.751; Препринт ИФВЭ 91-40, Серпухов, 1991.

[4] Алди Д., Бинон Ф., Брикман К., Гуанэр М., Донсков C.B., Инякин A.B., Какауридэе Д.В., Качанов В.А., Кулик A.B., Ланье Ж.П., Леднев A.A., Михайлов Ю.В., Мутьюи Т., Han Э.А., Пенье Ж.П., Прокошкин Ю.Д., Роднов Ю.В., Садовский С.А., Самойленко В.Д., Синьговский A.B., Строот Ж.П., Сугоняев В.П., Хаустов Г.В., Шагин П.М., Штанников A.B. Обнаружение узкого мезона с массой 1750 МэВ, распадающегося на два r¡-мезона: Письма в ЖЭТФ. 1986. Т.44. С.441; Phys. Lett. 1986. V.B182. Р.105.

[5] Алди Д., Бинон Ф., Брикман К., Бутмер М., Гуанэр М., Донсков C.B., Инякин A.B., Качанов В.А., Кулик A.B., Ландсберг ГЛ., Леднев A.A., Han Э.А., Пенье Ж.П., Половников С.А., Прокошкин Ю.Д., Пуле М., Садовский С.А., Самойленко В.Д., Синьговский A.B., Строот Ж.П., Сугоняев В.П., Хаустов Г.В., Шагин П.М., Штанников A.B. Исследование механизма образования Х(1740)-мезока: ЯФ. 1991. Т.54(3). С.745; Препринт ИФВЭ 91-41, Серпухов, 1991.

Рукопись поступила 15 марта 1993 г.

Кулик Алексей Владимирович

Поиски и исследование экзотических резонансов в системах т)'т) и tjtj . Редактор М.Л.Фоломешкина Технический редактор Л.П.Тимкина

Подписано к печати 18.03.93 Формат 60 х 90/16.

Офсетная печать. Печ.л. 0,7 Уч.-изд.л. 0,88 Тираж 150 Заказ 715 Индекс 3649 Бесплатно

Институт физики высоких энергии, 142284, Протвино Московской обл.