Поляризация в реакции П-р-п0n при импульсе 40 ГэВ/с тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ВВВДЕНИЕ.

ГЛАВА I. Теоретические и экспериментальные исследования поляризации в реакции перезарядки.

1.1. Полный опыт и параметр поляризации P(-t).

1.2. Изотопическая связь амплитуд atН- рассеяния.

1.3. Предсказания, теоретических моделей.

1.4. Экспериментальные результаты по поляризации в реакции при низких энергиях.

ГЛАВА 2. Экспериментальная установка для измерения, поляризации в реакции пионной перезарядки.

2.1. Магнитооптический канал, адронный и электронный пучки.

2.2. Общее описание установки.

2.3. Пучковая аппаратура.

2.4. Поляризованная протонная "замороженная" мишень.

2.5. Охранная система счетчиков.

2.6. Черепковский спектрометр полного поглощения.

2.7. Геометрическая привязка детекторов на пучке.

2.8. Разрешение установки по |i|

2.9. Электронная, аппаратура.

2.10.Программно-аппаратная система сбора данных и математическое обеспечение установки.

ГЛАВА 3. Анализ данных.

3.1. Использование метода моментов для разделения ливней в ЧСПП.

3.2. Определение калибровочных коэффициентов.

3.3. Описание формы электромагнитного ливня.

3.4. Реконструкция гамма-квантов в ЧСПП.

3.5. Обработка первичных лент и создание лент суммарных результатов.

3.6. Технический контроль информации при создании лент суммарных результатов.

3.7. Выделение зг°-мезона.

3.8. Нормировка событий. Учет случайного подавления эффекта.

3.9. Оценка фона и определение дифференциальных сечений перезарядки.

ЗЛО.Вычисление поляризации.

ГЛАВА 4. Обсуждение результатов.

4.1. Основные результаты работы.

4.2. Качественные особенности поведения поляризации.

4.3. Сопоставление экспериментальных данных с вычислениями теоретических моделей.

Исследование спиновых эффектов в физике высоких энергий играет ванную роль в понимании динамики взаимодействия частиц. Хорошо известна высокая, информативность поляризационных опытов,приводящих нередко к принципиально важным для физики элементарных частиц выводам. Именно такие эксперименты сыграли решающую роль, например, при обнаружении несохранения, четности и С-инвариантности в слабых взаимодействиях.

Экспериментальное изучение поляризационных явлений на ускорителях СССР началось в 1956-1958 гг. в ОИЯИ (г.Дубна). В те годы поляризационные эксперименты принадлежали к числу наиболее трудных, так как при этом было необходимо наблюдать двойное и тройное рассеяние частиц. С созданием поляризованных пучков и уникальной техники - поляризованных протонных мишеней эти эксперименты, с одной стороны, стали более доступными, а с другой - позволили изучать все более тонкие спиновые эффекты.

Результаты поляризационных исследований за последнее десятилетие говорят о том, что с ростом энергии спиновые эффекты не исчезают, а иногда даже растут вопреки многим теоретическим предсказаниям. Среди этих эффектов обнаружение роста паршетра спино спиновой корреляции в упругом рр-рассеянии под углом 90 при переходе от импульса 6 ГэВ/с до 12,5 ГэВ/с^^; оказалось, что при 12,5 ГэВ/с в исследуемой области углов отношение дифференциальных сечений с параллельными и антипара,ллельными спинами стало равным 4 ; наличие большой поляризации инклюзивно образованных гиперонов /СДД 0 S /^,3/ . обнаружение лево-правой асимметрии 50% в реакции ррТ->зйС под углом 90° в системе центра масс при импульсе налетающего протона 24 ГэВ/с и поперечном импульсе рожденного Ji-мезона рт~1,5 ГэВ/с^4//, а также ряд других эффектов. Обзор основных результатов исследования, поляризационных явлений при высоких энергиях дан в работе ^, большинство этих результатов не имеют до сих пор должного теоретического обоснования.

С начала семидесятых годов в Серпухове на ускорителе У-70 начались систематические исследования, поляризационных эффектов во взаимодействии адронов. В течение 1972-1976 гг. физики ИФВЭ,ОШИ, ИТ ЭФ совместно с французскими коллегами из Сакле провели эксперименты по измерению угловой зависимости поляризации Р и пара + метра поворота спина R в упругом рассеянии 31", К "-мезонов, протонов и антипротонов на протонах при импульсе 40 ГэВ/с^-^Л Среди интересных результатов был, в частности, обнаружен эффект в упругом рр-рассеянии, подтвердившийся затем при энергиях 100-300 ГэВ и заключавшийся в том, что поляризация. приЩ~0,5 (ГэВ/с)^ вместо стремления, к нулю сверху становится отрицательной и достигает существенных величин.

В результате проведенных на У-70 экспериментов были измерены шесть физических наблюдаемых величин в упругом пион-нуклонном рассеянии. Не доставало седьмой величины для. завершения полного опыта при 40 ГэВ/с, позволяющего провести безмодельное восстановление амплитуд упругого тс>/-рассеяния. с точностью до общей фазы. Наиболее доступным по сечению было измерение поляризации в реакции + рx° + n (I)

Экспериментальное изучение реакции перезарядки, к тому же, всегда имело большое значение для проверки различных моделей в теории сильных взаимодействий. Особенно тонким в этом смысле является изучение поляризации. Известны модели, которые давали количественное описание сечения, но приводили к значениям поляризации, не согласующимися с экспериментальными данными.

К концу семидесятых годов имелись экспериментальные результаты измерения, поляризации в реакции (I) при импульсах низке II ГэВ/с для. малых значений квадратов переданных 4-импульсов

-Ь|^0,4(ГэВ/с)2), а для \Ь\> 0,4(ГэВ/с)2 данные существовали только при импульсах ниже 8 ГэВ/с. Для проверки разных теоретических моделей важно было знать, как ведет себя поляризация в упругой пионной перезарядке (I) при высоких энергиях. Поэтому измерение поляризации в реакции (I) при импульсе около 40 ГэВ/с стало новой и актуальной задачей в физике высоких энергий. Проведенный эксперимент позволил исследовать это явление и расширить наши представления о спиновых эффектах.

Целью диссертационной работы явилось экспериментальное изучение поведения поляризации в реакции (I) при импульсе 40 ГэВ/с и значениях квадратов переданных 4-импульсов 0<Щ42 (ГэВ/с)2. Эксперимент был проведен в течение 1980-1982 годов в ИФВЭ на установке ПРОЗА.

Научная новизна исследования - измерена поляризация в реакции (I) при самой высокой на сегодняшний день энергии 40 ГэВ вплоть до 2 (ГэВ/с)^, впервые обнаружены качественные особенности в t-зависимости поляризации.

Практическая ценность - полученные данные позволили провести безмодельное восстановление амплитуд упругого пион-нуклонного рассеяния с точностью до общей фазы, а также проверить экспериментально предсказания большого числа теоретических моделей. Обнаруженные в настоящем эксперименте заметные эффекты поляризации в упругой пионной перезарядке стимулировали дальнейшее развитие поляризационных исследований в столкновениях адронов и, в частности, измерение параметра поляризации в зГр -з арядово обменных эксклюзивных процессах с 958)7*f°( 1270) и другими мезонами в конечном состоянии.

Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения.

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ.

1) С участием диссертанта создана установка ПРОЗА для исследования поляризации в з аряд ов о о бменных ац>-реакциях. Разработан комплекс программ для технической и физической обработки информации в линию.

2) Создан комплекс программного обеспечения для обработки информации "вне линии", включающий программы разделения частично перекрывающихся электромагнитных ливней, реконструкции гамма-квантов, геометрической привязки и калибровки аппаратуры, обработки калибровочных событий, выделения И°-мезонов, вычисления геометрической эффективности установки, дифференциальных сечений и поляризации в реакции пионной перезарядки.

3) Выполнен эксперимент по измерению поляризации в реакции (I) и накоплен рекордный объем информации, содержащий около 3 млн jt°-мезонов.

4) Впервые получены данные по поляризации в реакции

Gib тп°п ПРИ импульсе 40 ГэВ/с в области квадратов переданр ных 4-импульсов 0<lt|£ 2 (ГэВ/с) , обнаружено наличие заметных поляризационных эффектов. Достигнутый импульс является самым высоким в настоящее время. В поведении поляризации от - "t имеются заметные структурные особенности.

5) В реакции пионной перезарядки в поляризации обнаружен р минимум в районе "кроссовера" (ltl^-0,24 (ГэВ/с) с уровнем достоверности ^ 98$.

6) Впервые наблюдено изменение знака поляризации в области минимума дифференциального сечения процесса (I) l-fc-1 — 0,5 (ГэВ/с)2).

7) Показано,что с ростом энергии поляризация при t|~ I (ГэВ/с)2 не вымирает, а даже имеет тенденцию расти. Эти результаты стимулировали развитие таких теоретических моделей, которые должны объяснять спиновые эффекты, не вымирающие с ростом энергии.

8) Проведено сравнение результатов по поляризации с вычислениями более десяти теоретичеоких полелей, большинство которых отвергаются полученными диссертантом результатами. Некоторые из них удовлетворительно описывают данные. Наиболее хорошее описание наших данных проведено в реджевской модели с нелинейными траекториями. Однако модель содержит достаточно большое количество свободных параметров, роль которых требует физического обоснования.

9) Полученные в диссертационной работе данные по поляризации в реакции ЯСр-^иГп. при импульсе 40 ГэВ/с не нарушают изотопическую связь амплитуд упругого пион-нуклонного рассеяния.

В заключение автор выражает глубокую благодарность научному руководителю, доктору физико-математических наук, профессору С.Б.Нурушеву, непосредственное участие которого на всех этапах от постановки эксперимента и создания, установки до обработки данных во многом определило успешное выполнение программы исследований; за ту огромную организаторскую работу, благодаря которой была создана экспериментальная установка ПРОЗА; за научное руководство и большой идейный вклад в работу, которая здесь представлена.

Эксперимент по измерению поляризации в реакции 1СрTun на ускорителе ИФВЭ выполнялся при участии большого авторского коллектива, и диссертант выражает свою искреннюю юлагодарность сотрудникам научных групп ИФВЭ,ОИЯИ,ИФВЭ ТГУ (г.Тбилиси): Аввакумову И.А. Дпокину В.Д. .Беликову Н.И. .Гончаренко Ю.М., Деревщикову А.А. ,Казаринову Ю.М. ,Матуленко Ю.А.,Мещанину А.П., Морозову А.А.,Мыснику А.И.,Сарайкину А.И.,Сиксину В.В.Смирнову Е.В.,Соловьёву Л.Ф. ,Соловьянову В.Л. Дачатурову Б.А., Чуйко Б.В. за активное участие в подготовке и проведении эксперимента; Борисову Н.С.,Либургу М.Ю. ,Матафонову В.Н. ,Нега-нову А.Б.,Неганову Б.С.,Усову Ю.А., обеспечившим работу поляг-ризованной протонной мишени; Багатурия Ю.Ш.,Бунятовой Э.Н., Вишневскому Н.К.,Глонти Л.Н.,3елепукину С.А.,Лапшину В.Г.,

Маишееву В.А. .Мачарашвили Г. Г., Парфенову Л.Б.1,Петрову B.C.,

Поташниковой И.К.,Прудкогляду А.Ф.,Роюкину А.И.,Рыкалину В.И., Семенову В.К.,Сергееву В.А.,Симонову 10.Н. ,Солдатову М.М., Фролову A.M. за участие в отдельных этапах эксперимента и квалифицированную помощь в решении ряда конкретных задач; Ильину Ю.А.,Кирсанову B.C.,Коршлщыну В.А. Дамонову Н.Г., Фомину А.П. за изготовление аппаратуры и помощь в ее эксплуатации; Кучиной М.В. и Постовик B.C. за выполнение радиомонтажных работ и оформление полученных данных.

Автор выражает особую признательность кандидату физ.-мат. наук Матуленко Ю.А. за активное участие в совместной разработке программ, обслуживавших эксперимент, за неоценимый идейный вклад и практическое участие в обработке данных на всех этапах; кандидату физико-мат. наук Соловьянову В.Л. за активное творческое участие в разработке логической структуры всей электроники установки и заметный вклад в совместную обработку данных; кандидату физ.-мат. наук Деревщикову А.А. за творческое участие в разработке постановки эксперимента, за многочисленные полезные обсуждения.

Диссертант глубоко признателен: коллективу ОЭА под руководством доктора физ.-мат. наук профессора Дунайцева А.Ф. за высококачественное изготовление большого количества электронной аппаратуры и обеспечение ее безотказной работы; коллективам ускорительных подразделений и отдела пучков под руководством член-корреспондента АН СССР Наумова А.А. и докторов физ.-мат. наук,профессоров Адо 10.М. и Котова. В.И. за обеспечение эффективной работы ускорительного комплекса и канала частиц; коллективу вычислительного центра. ИФВЭ под руководством Жильченкова. В.Д. за большую помощь при обработке данных.

Автор благодарен Арестову 10.И. ,Енковскому JI.JI. Дрошину С.М. Щелкачеву А.В. за. плодотворные теоретические дискуссии.

Автор признателен член-корреспонденту АН СССР Прокошки-ну Ю.Д. за стимулирование и постоянную поддержку данной работы на. всех этапах ее выполнения и полезные обсуждения.

Автор считает своим приятным долгом поблагодарить член-корреспондента АН СССР Джелепова. В.П.,а также докторов физ.-мат. наук, профессора Соловьева Л.Д. и Тюрина Н.Е. за. внимание и постоянную поддержку работы.

Автор весьма признателен Кучиной М.В. за. больную помощь в оформлении диссертации.

Ill

1. СгаЪЪ D.G.,Fernow R.С.,Hansen Р.Н. et al. - Phys.Rev.Lett., 1978,4l,p.1257

2. Bourrely C.,Leader E. and Soffer J, Phys.Rep., 1980 59,p.266.

3. Prescott C. AIP Conf. Proc.,1983,95,p.28.

4. Antille J.,Dick L.,Madansky L. et al. Phys.Lett.,1980, 94B,p.523.

5. Нурушев С.Б. Препринт ИФВЭ 83-127,Серпухов,1983.

6. Брюнетон К.,Быстрицки И.,Гедо А. и др. ПТЭ,1976,5,с.46;5

7. Nucl.Instr. and Meth.,1975,125,p.585.

8. Bruneton G.,Bystricky J.,Cozzika G. et al. Phys. Lett., 1973,44В,p.471.

9. Gaidot A.,Bruneton C.,Bystricky J. et. al, Phys. Lett., 1975,57В,p.389.

10. Деревщиков A.A. ,Матуленко Ю.А. .Мещанин А.П. и др. ЯФД977, 25,с.369 ; Препринт ИФВЭ 76-41,Серпухов,1976.

11. Pierrard J.,Bruneton С.,Bystricky J. et al. Phys. Lett., 1975,57B,p.393.

12. Брюнетон К.,Быстрицки И.,Гедо А. и др. ЯФ,1976,23,с.769.

13. Nurushev S.B. Proc. of XVII Intern. Conf. on High Energy Physics,London,1974,p.1 - 25.

14. Соловьев Л.Ф.,Соловьянов В.Л.,Фролов A.M.,Ходырев Ю.С., Чуйко Б.В. (ИФВЭ,г.Серпухов)

15. Установка ПРОЗА для исследования поляризационных эффектов в зарядовообменных процессах. Препринт ИФВЭ 81-15, Серпухов,1981.

16. Усов Ю.А.,Хачатуров Б.А.,Чуйко Б.В. Измерение поляризации в реакции в интервале

17. Васильев A.H.,Матуленко Ю.А.,Нурушев С.Б.,Соловьянов В.Л. Реконструкция. ^ квантов на установке ПРОЗА. -Препринт ИФВЭ 82-29,Серпухов,1982.

18. Васильев А.Н.,Матуленко Ю.А.,Нурушев С.Б.Соловьев Л.Ф., Соловьянов В.Л.

19. Система физической обработки информации с установки ПРОЗА. -Препринт ИФВЭ 82-30,Серпухов,1982.

20. Аввакумов И.А.,Апокин В.Д.,Беликов Н.И.,Василевский А.В., Васильев А.Н.,Гончаренко Ю.М.,Деревщиков А.А.,Матуленко Ю.А.,Мещанин А.П.,Мысник А.И.,Нурушев С.Б.,Сарайкин А.И., Сиксин В.В.,Смирнов Е.В.,Соловьев Л.Ф.,Соловьянов В.Л., Чуйко Б.В.

21. Аппаратура для измерения поляризации в зарядовообменных реакциях. Препринт ИФВЭ 82-49,Серпухов,1982.

22. Vasilyev A.3J. ,Solovianov V.L. Polarization Effects In Charge Exchange Reactions At 40 GeV/c, - Proc. of the seminar on spin phenomena in high energy physics, Serpukhov,1983,September 14-19,p.60.

23. Wolfenstein L. Ann.Rev.Hucl.Sci.,1956,6,p.43.

24. Файснер Г. Поляризация нуклонов при рассеянии. - ИЛ, Москва,I960.

25. Wolfenstein L. Phys.Rev.,1949,75,p.1664.

26. Bourrely С.,Leader E.,Soffer J. Phys.Rep.1980,59,p.164.

27. Michel L. Nuovo Cimentо,1961,22,p.203 ;

28. Michel L. Brandeis Summer Institute in Theoretical

29. Physics,Vol.1(Gordon and Breach,Hew York,1966).

30. Bonamy P. ,Borgeaud P.,Bruneton C. et al. Phys.Lett., 1966,23В,p.501.

31. Bonamy P.,Borgeaud P.,Brehin S. et al, Nucl.Phys., 1970,B16,p.335.

32. Drobnis D.D.,Lales J.,Lamb R.C. et al. Phys.Rev.Lett., 1968,20,p.274.

33. Bonamy P.,Borgeaud P.,Crozon M. et al. Nucl.Phys., 1973,B52,p.392.

34. Hill D.,Koehler P.,Novey T. et al. Phys.Rev.Lett., 1973,ДО,p.239.

35. Hogaasen H.,Frisk A. Phys.Lett.,1966,22,p.90.

36. Barger V.,Phyllips R.J.N. Phys.Rev.,1969,187,P.2210.

37. Leader E.,Nicolescu B. Phys.Rev.,1973,D7,P.836.

38. Sertorio L. and Toller M. Phys.Rev.Lett.,1967,19,P.1146.

39. Joynson D. Nuovo Cimento,1975,30A,p.345.

40. Kane G.L. and Seidl A. Preprint DM HE 75-18,1975.

41. Jakob H.P. Preprint CERN TH-2022,Geneva,1975.

42. Dzhgarkava M.I.,Garsevanishvili V.R.,Goloskokov S.V. et al. -Nucl.Phys.,1973,B67,P.232.

43. Logunov A.A.,Tavkhelidze A.N. Nuovo Cimento,1963,29,p.380.

44. Боресков К.Г.Дапидус A.M.,Сухоруков С.Г.,Тер-Мартиросян К.А. ЯФ,1971,14,с.814.

45. Girardi G. ,Lacaze R.,Peschanski et al. Nucl.Phys., 1972,B47,P.445.

46. Arnold R.,Blackmon M. Phya.Rev.,1968,176,p.2082.

47. Еднерал В.Ф. Дрошин C.M.,Тюрин H.E. ЯФД977,25,с.1071.

48. Carreras В. and White J.N. Nucl.Phys.,1970,В24,р.б1.

49. Cohen-Tanoudji G. Nuovo Cimento,1967,48A,p.1075.

50. Henley F. Phys.Rev.,1969,182,p.1579.

51. Desai B.R. Phys.Rev.Lett.,1970,25,p.1389.

52. Еремян Ш.С. ЯФ,1975,21,0.373.

53. Jonson R.C. and Squires E.J. Phys.Lett.,1970,32B,p.385.

54. Byers N. and Yang C.N. Phys.Rev.,1965,142,p.976.

55. Le Bellac M. Nuovo Cimento,1966,42A,p.443.

56. Аввакумов И.А.,Апокин В.Д.,Васильев А.Н. и др. -Препринт ИФВЭ 80-94,Серпухов,1980.

57. Proc.of the 1980 Intern.Symposium Lausanne,September 25 -October 1,1980,p.554.51,52