Рождение пионов и каонов при столкновении дейтронов и ядер углерода с ядрами при энергии 3,65 ГЭВ на нуклон тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

\Ъ

., ' 1 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК = '' ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи

Пантуев Владислав Сергеевич

РОЖДЕНИЕ ПИОНОВ И КАОНОВ ПРИ СТОЛКНОВЕНИИ ДЕЙТРОНОВ И ЯДЕР УГЛЕРОДА С ЯДРАМИ ПРИ ЭНЕРГИИ 3,65 ГЭВ НА НУКЛОН

01.04.16 - ФИЗИКА ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва, 1993 год

Работа выполнена з Институте ядерных исследований РАН.

Научный роководитель: доктор физико-математических наук,

профессор A.B. КУРЕГШН Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

старший научный сотрудник Ю.А. ПАНЕБРАТЦЕВ

Ведущая организация: Институт экспериментальной и

на заседании специализированного совета Д.003.21.01 Института ядерных.исследований РАН (П7312, Москва, Проспект 60-летия Октября, дом 7а).

С диссертацией можно I ~ ' :е ИЯИ РАН.

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник В.Г. НЕД0РЕ30В

теоретической физики.

Защита состоится

Автореферат разослан

г

Учёный секретарь специализированного совета

Б.А.Гулупов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Последнее десятилетие наблюдается интенсивное развитие физики столкновения тяжелых ионов. Большое количество экспериментальных и теоретических работ в этой области объясняется возможностью исследовать ядерную материю в состояниях значительно отличающихся от ядерного вещества в основном состоянии. При столкновении релятивистских атомных ядер плотность энергии в области взаимодействия возрастает за счет увеличения плотности нуклонов или температуры. Может быть достигнуто состояние деконфаймента ядерного вещества, когда кварки и глюоны становятся свободными. Оценки, сделанные в рамках квантовой хромодинамики на решетке показывают, что деконфаймент может быть достигнут при плотностях в 5-10 раз превышающих нормальную плотность ядерного вещества или при температуре порядка 200 МэВ.

Изучение ядро-ядерных столкновений при промежуточных энергиях 2-5 ГэВ/нуклон важно для исследования возможности получения во взаимодействии высокой барионной плотности. Реальный процесс столкновения ядер определяется динамикой взаимодействия нуклонов, рождением частиц и резонансов с последующим их распадом или поглощением.

Вполне естественным является выбор для детектирования частиц имеющих малые сечения взаимодействия с нуклонами. За исключением лептонов и гамма квантов К+-мезош имеют наименьшее сечение взаимодействия с нуклонами ядра. В диапазоне импульсов до I ГэВ/с полное сечение K+N составляет 10-12 мб, что в 4-5 раз меныце сечений Mí и NN. С другой стороны, не меньший интерес представляют К~-мезоны из-за их кваркового состава (sü). Поскольку таких кварков нет в составе нуклонов ядра, то в случае образования кварк-глюонной плазмы в процессе столкновения двух ядер возможно увеличение выхода К~-мезонов за счёт комбинаторного увеличения вероятности образования мезона из s и ü-кварков. Существует также предположение об общем увеличении выхода странности как К+, так и К~ в случае возникновения плазмы.

Получение экспериментальных данных по рождению каонов на ядрах в интервале первичных энергий 3-5 ГэВ имеет большое значение в связи с отсутствием экспериментальной информации при данных энергиях.

Целью диссертационной работы является получение новых - + +

экспериментальных данных для процессов с рождением % - и К~-мезонов

в столкновениях ядер дейтерия и. углерода с атомными ядрами при первичной энергии 3,65 ГэВ/нуклон на основе созданной физической установки, на высоком уровне статистической обеспеченности и с малыми систематическими погрешностями.

Научная новизна и практическая ценность работы состоит в создании

и реализации методики эксперимента в рамках научной программы на установке "КАСГМй" ИЯИ РАН и получении новых экспериментальных данных :

+ +

- по измерению инвариантных сечений рождения и К -мезонов, определению массовых зависимостей сечений;

- по получению относителных выходов мезонов в условиях одного эксперимента с исключением возможных систематических погрешностей.

Из сопоставления отношений %+/К+ и зГ/К~ для различных комбинаций сталкивающихся ядер оценено влияние эффектов поглощения мезонов в ядрах.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. Методические результаты:

- создание и настройка магнитного канала для формирования пучков заряженных частиц;

- создание и запуск детектирующей аппаратуры, исследование её характеристик, которые обеспечили проведение исследований.

2. Экспериментальные результаты:

í í

- измерение спектров инвариантных сечений рождения % - и К -мезонов ядрами дейтерия и углерода, позволившие определить степень влияния массы ядра-снаряда на выходы страшшх частиц;

- измерение отношений сечения рождения мезонов без систематических погрешностей для различных ядер; оценка влияния эффектов поглощения мезонов; получение массовых зависимостей сечения рождения.

Апробация работы. Результаты, положенные в основу диссертации, докладывались на научных семинарах ИЯИ РАН ; ОИЯИ, г.Дуона; ИФВЭ, г.Протвино; сессиях Отделения ядерной физики АН СССР (Москва, И'1'ЭФ, 1985-1987 г.г.); на IV Всесоюзном семинаре "Программа экспериментальных исследований на мезонной фабрике ИЯИ АН СССР", Звенигород 1985 г.; на Всесоюзном симпозиуме "Нуклон-нуклоные и адрон-ядерные взаимодействия при промежуточных энергиях" (ЛИЯФ, Ленинград, 1986 г.); на VII и vi11 Международных семинарах по проблемам физики высоких энергий (Дубна, 1984, 1986 гг.); на Международной конференции по ядерной физике (Флоренция, 1983г); на

xi Международной конференции "Частицы и ядра", pawic-87 (Киото,' 1987); на 17-м Международном симпозиуме "Ядерная физика4 при промежуточных энергиях" (Токио, 1988г.); на III Международной конференции "Ядро-ядерные столкновения" (Сан-Мало, 1988г.) и опубликованы в 14-ти работах.

Объём и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения и приложения. Изложена на 122 страницах, включая 45 рисунков, 6 таблиц, I приложение и список литературы, в который входит 57 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснованы актуальность, научная и практическая ценность решаемых в диссертации задач. Отмечена специфика ядро-ядерных столкновений при 2-5 ГэВ/нуклон для исследования возможности получения во взаимодействии высокой барионной плотности. Кратко выделена существенная особенность взаимодействия К+-мезонов с нуклонами ядра. В диапазоне импульсов до I ГзВ/с эффекты вторичного взаимодействия К+ в несколько раз меньше, чем для пионов и протонов. Это связано с малой величиной полного сечения Кн'М-взаимодействия. Отмечена возможная чувствительност К~-мезонов к процессу образования кварк-глюонной плазмы.

Сформулированы цель и задачи работы. Даны краткая характеристика диссертации и основные положения вынесенные на защиту.

В первой главе, состоящей из трёх разделов, дано описание экспериментальной установки, детектирующей аппаратуры, процедуры вычисления инвариантных дифференциальных сечений и поправок.

Измерения были проведены на выведенном пучке релятивистских ядер синхрофазотрона Лаборатории Высоких Энергий Объединённого Института Ядерных Исследований, г. Дубна. В качестве спектрометра вторичных частиц использовался магнитный канал установки "КАСПИй" ИЯИ РАН (рис.1). Магнитная система канала выделяла частицы нужного знака в ограниченном интервале по импульсу. Идентификация частиц -по массе осуществлялась методом измерения времени пролёта через вторую часть канала с использованием набора сцинтилляциошшх счётчиков. В случае измерения каонов при малых импульсах для дополнительного подавления пионов использовался счётчик черепковского излучения. С помощью набора электронных блоков в стандарте КАМАК вырабатывался тригер, и информация записывалась в память ЭВМ СМ-4.

Рис.1 Схема магнитного канала с детектирующей аппаратурой.

Канал состоит из четырёх квадруполных линз QI-Q4 и двух отклоняющих магнитов BI и В2. Функционально магнитный канал состоит из двух частей. Первая часть (Q1, Q2 и В1) служит для выделения по импульсу вторичных частиц, рождённых в исследуемой мишени Т. Это достигается получением горизонтального изображения мишени в промежуточном фокусе FI, совпадающим с положением сцинтиллятора S2. S2 служит, таким образом, в качестве импульсного коллиматора. Угол рождения вторичных частиц из мишени фиксирован и определяется углом между выведенным первичным пучком и осью канала, заданной первым объективом линз QI и Q2 и составляет 24°. Вторая часть канала (Q1, <32 и В2) служит для последующего формирования выделенных по импульсу частиц на сцинтиллятора S3 и S4.

Расчёт режима элементов канала для обеспечения нужной фокусировки осуществлялся с помощью стандартной прграммы TRANSPORT. При расчетах оптики канала КАСПИЙ исходили из условия фокусировки в горизонтальной плоскости "точка в точку" из мишени на S2 (промежуточный фокус FI) и на S3 (второй фокус F2). Иначе говоря в

И возникает условие "импульсного коллиматора". В вертикальной плоскости условием фокусировки являлась проводка пучка с минимальными потерями на апертуре линз, магнитов и счетчиков. Для проверки правильности выбранного режима, а также для оценки аксептанса канала по телесному углу и импульсному захвату, были проведены расчеты треков частиц через всю систему методом Монте-Карло с использованием стандартной программы decay turtle. В программе задавался реальный размер исследуемой мишени, режимы магнитных элементов брались согласно расчетам по transport, апертуры линз магнитов и счетчиков - в соответствие с имеющимися размерами.

На основании расчетов по программе transport был проведен монтаж магнитных элементов канала. В результате тщательной юстировки была достигнута точность установки всех элементов по горизонтали и вертикали не хуже 0,5 мм и 2 мм в направлении вдоль пучка. Для измерения реального магнитного поля во все элементы непосредственно на полюсы были установлены стационарные датчики Холла". Специальная электронная система позволяла измерять ток с точностью не хуже Ю-4 через последовательно включенные датчики и величину напряжения на них пропорциональную величине магнитного поля. Система также обеспечивала температурную стабилизацию каждого датчика Холла ¿2°С. Отдельно была проведена калибровка отклоняющих магнитов по абсолютному импульсу. Для этого использовался метод токонесущей нити.

Следующий этап заключался в непосредственной настройке с реальным пучком. Для настройки был применен метод фокальных коэффициентов.В силу ряда неточностей, фокусировка может не совпадать с положением фактического импульсного коллиматора. Поэтому фокусировка проводилась на реальном пучке вторичных частиц. Для настройки методом фокальных коэффициентов были использованы пленарные пропорциональные камеры СН1-СНЗ.

Далее в первой главе приводится описание детектирующей аппаратуры. Регистрация частиц осуществлялась сцинтилляциошшми счетчиками S1-S4. Выделение частиц по массе проводилось по методу измерения времени пролета частиц через вторую часть канала. Для подавления случайных совпадений для каждой частицы измерялось время пролета на двух базах: S1-S3, 7м, и S2-S4, 10м. Счетчик S2 был установлен на месте реализации импульсного коллиматора и служил для выделения частиц по импульсу в интервале -Зй.

Для подавления интенсивного потока пионов при измерении выходов

каонов дополнительно использовался счетчик черенковского излучения с радиатором из оргстекла, работающий в режиме полного внутреннего отражения света при прохождении пионов, С.

Триггером регистрации частиц являлось совпадение сигналов со всех сцинтилляциотшх счетчиков во временном интервале, определяемом временем пролета частиц. При измерении К- -мезонов с импульсом меньше 900 МэВ/с черенковский счетчик включался на антисовпадения.

В качестве материала радиатора для черенковского счетчика нами был выбран плексиглаз с' коэффициентом преломления п=1,49. Нами был реализован режим полного- внутреннего отражения света на границе радиатор-воздух для обеспечения пороговой скорости частиц Рг=0,9428с. Реальный порог регистрации каонов равнялся 900 МэВ/с. Толщина радиатора была выбрана равной 5 см. В сцинтилляционных и черепковском счётчиках использовались фотоумножители типа ФЗУ-ЗО и ХР-2020. Импульсы с фотоумножителей поступали на входы формирователей с постоянным порогом. Далее сигналы подавались на схемы совпадений для выработки триггера. Основной триггер определялся как условие срабатывания всех сцинтилляционных счетчиков:

tr=s1*s2*s3*s4.

' В зависимости от режима измерений черенковский счётчик включался на антисовпадения, на совпадения для измерения эффективности или совсем не1 использовался. Разрешающее время определялось длительностью 'импульсов с si и S2. Как правило при измерениях х-мезонов и калибровках ширина временного окна составляла 12-15 нсек. Для измерения К-мезонов ширина окна увеличивалась при меньших импульсах каонов, но была всегда меньше разности времени пролёта я-мезонов и протонов.

Частота сбросов ускорителя составляла 0,1 Гц, длительность сброса - 0,5 сек. Размер пучка ускорителя на месте . расположения мишени составлял примерно Ш см2. Интенсивность релятивистских ядер варьировалась от I07 до ГО9 ядер за цикл. Мониторирование интенсивности проводилось относительным боковым. монитором М1-МЗ. Абсолютная калибровка монитора осуществлялась при пониженной ■ интенсивности от Ю4 до 5*Ю5 ядер за цикл с помощью двух дополнительных сцинтилляционных счётчиков в первичном пучке, перекрывающих сечешю мишени. Многократное проведение калибровок указанным методом показало, что от сеанса . к сеансу точность измерения абсолютного выхода частиц не хуже 20%. Толщина мишеней

составляла 8-12 г/см2 и выбиралась разной в зависимости.от атомного номера вещества, чтобы получить одинаковые ионизационные потери по первичному и вторичному пучкам. После прохождения мишени импульс первичных ядер уменьшался на 1,3$ для всех мишеней.

При вычислении инвариантных дифференциальных сечений вводились поправки на распад мезонов, учитывалось поглощение первичного и вторичного пучков в мишени. Детали расчёта поглощения в мишенях приводятся в Приложении I,-

Оценка аксептанса канала и убывание частиц за счёт рассеяния на воздухе и детекторах проводилось с помощью программы DECAY TURTLE.

Во второй главе приводятся экспериментальные результаты. Значения инвариантных сечений полученные на пучке дейтронов и ядер углерода при энергии 3,65 ГэВ/нуклон для мишений из углерода и свинца показаны на рис.2. Указаны только статистические ошибки. Как отмечалось, систематические ошибки для различных мишеней не превышают 20%. Зависимость сечений рождения %- - мезонов от импульса в лабораторной системе имеет экспоненциальный характер независимо от массы сталкивающихся ядер . При параметризации сечений зависимостью

Е d20

-2ТШр- = А gxp<-P/P0>

оказалось, что наклоны всех спектров пионов практически совпадают и Р0=200 - 4 МэВ/с. Это указывает на то, что в рассматриваемом кинематическом диапазоне механизм рождения пионов в ядро-ядерных столкновениях существенно не отличается от процессов рождения в нуклон-нуклонных взаимодействиях. Для зарядовосимметричных комбинаций ядер (d + с и с + с) сечения и ои+ практически совпадают. В тоже время для нейтроноизбыточного ядра-мишени из свинца наблюдается 15-процентное увеличение выхода как для d+Pb, так и с+РЪ. Это также подтверждает идентичность механизмов рождения

пионов для разных масс налетающих ядер. +

Форма спектров К - мезонов в зависимости от импульса частиц имеет разный вид для пучков d и С. Для пучка ядер углерода спектры имеют экспоненциальный характер с параметром наклона р0=2?0 - 10 МэВ/с как для К+, так и К~ независимо от массы ядра мишени. В тоже время для цейтронного пучка спектры нельзя представить ввиде экспоненциального спада, при малых импульсах сечение практически постоянно.

■Обычно для описания массовых зависимостей используется зараметризация о „ Аа, где А- массовое число ядра. Воспользовавшись

10'

10' I

Ь

ю *

■ «••• |3+С-> я оооос Д+С-> я" ► •»►► Л+РЬ->тг* ооооо (I+ГЬ->тт~

♦ +

10 - тгтпмц■ и)II(чтттгттнчптиртпт

ого о.4о оси о.во 1.00 120

Г, всУ/е

ю •

10'-I

Ь 10

10 1

•«••• С+С-> п* ооойо С+С-> я" к»» С+РЪ-»тг* ооооо С+РЬ->я~

н.

\

Н() \

Ч. I

\

0.00 0.20 0.40 0.60 0.80 1.00 1.20

Р, СеУ/с

>

.а ь

10

аааао 4+с—> К" ► »►»» <НРЬ->1Г ооооо ¿+рь->К~

4 + * *

*

I

и1 ( V

0.20 0.10 0.60 0.80 1.00 1.20 Р, ОеУ/с

ю

.3

ь

ооооо С+С-> К ооооп С+С-> К" С+РЬ->Х* ооооо с+РЬ->К"

I

1

4}! ч

4

0.20 0.40 0.60 0.80 1.0О 1.20

Р, СеУ/с

*

ю

+

Рис. 2. Инвариантные дифференциальные сечения рождения мезонов (мб*ср-1*ГэВ~2*с3 ) в зависимости от лабораторного импульса частиц.

такой параметризацией, из экспериментальных данных получаем, что параметр а для зависимости от массы ядра-мишени составляет 0,56-0,01

для чс~ и 0,71-0,01 для К для пучков а и С. Для зависимости от массы

налетающего ядра о„ А^ следует, что р=0,69±0,02 для - мезонов и р +

>1 для К - мезонов. При малых значениях импульса каонов р достигает величины 1,7.

Видно, что массовые зависимости для пионов близки к зависимости о ™ А2/<3. В случае каонов' сечения растут существенно быстрее с увеличением массы ядра-снаряда.

В третьей главе, состоящей из трёх разделов, проводится анализ экспериментальных результатов для выяснения механизмов столкновения релятивистских тяжелых ионов. На основе• сопоставления полученных данных на пучке дейтронов, как слабо связанной системы двух нуклонов, и пучке ядер углерода дана оценка изменения спектров вторичных мезонов. Обсуждается зависимость сечений рождения от числа нуклонов мишени и снаряда. Сравнение с другими данными при разных энергиях пучка дает возможность оценить энергетическую зависимость выходов частиц. Проводится сопоставление с теоретическими расчетами с привлечением разных моделей.

В первом разделе обсуждаются результаты по рождению пионов. Приводится сравнение в результатами других экспериментов в пузырьковой пропановой камере. Отмечается, что особенностью данного эксперимента является кинематическое положение пионных точек вблизи системы центра масс NN. При параметризации инвариантного сечения ввиде:

Е а 2а х

-2-ЖЩГ = А е*Р<-т /т0>

где Т* - кинетическая энергия пиона в NN с.ц.м., Фитированная величина наклона составляет Т0=(88+2) МэВ. Это значение несколько ниже, чем следует из интерполяции других данных при начальных энергиях 0,4-14 ГэВ/нуклон. Различие может быть связано с тем, что в наших измерениях интервал по кинетической энергии пионов в NN с.ц.м. меньше, чем в других экспериментах, а форма спектра не является строго экспоненциальной. Отсутствие зависимости наклона пионных спектров от масс сталкивающихся ядер свидетельствует о слабой чувствительности спектров к механизмам в ядро-ядерных столкновениях.

При рассмотрении массовой зависимости выхода пионов в

параметризации °lnv~Atag (Aproj' получены значения a=0,56-0,0I по ядру-мишени и р=0,69^0,02 по ядру-снаряду. Эти величины близки к аналогичным параметрам для полного неупругого сечения взаимодействия двух., ядер. Несколько меньшая величина а может быть объяснена поглощением пионов.

Сравнение экспериментальных данных с расчётами по моделям внутриядерных каскадов и файер-стрик даёт хорошее согласие с первой из моделей.

Во втором разделе обсуждаются результаты по рождению

К- - мезонов. В диссертации приводятся качественно новые результаты +

сечений рождения К~-мезонов при околопороговой энергии. В первую очередь это относится к данным полученным на пучке дейтронов. Дейтрон является слабосвязанной системой из двух нуклонов, поэтому из представляемых данных легко получить оценку сечений для нуклон-ядерных взаимодействий при энергии 3,65 ГэВ. Для этого можно воспользоваться оценкой среднего числа провзаимодействовавших нуклонов порядка 1,6 . Данная энергия выше порога рождения в Ш-столкновениях, следовательно эффекты, связанные со структурой дейтрона, должны проявляться слабо. Зарядовая симметрия дейтрона позволяет более четко проследить • изменения отношения К+/К~ для нуклон-ядерных и ядро-ядерных столкновений.

В реакциях cUC,Pb->K+ характерной особенностью спектров является постоянство величины сечения при малых импульсах. Такое поведение сечения соответствует изотропному испусканию в с.ц.м. или плоскому dn/dy распределению при малых поперечных импульсах каонов. Аналогичное поведение характерно и для рождения К~-мезонов на

мишенях из С и РЬ, но при меньшем количестве экспериментальных +

точек. Форма спектров К -мезонов существенно меняется для пучка ядер углерода. Спектры имеют экспоненциальный вид с одинаковым параметром наклона P0=270il0 МэВ/с в зависимости от лабораторного импульса. Из рис.2 следует, что в реакции С+Pb наблюдается обогащение каонов в мягкой части спектра. Такое изменение формы спектра нельзя отнести за счет многократного рассеяния в ядре мишени, поскольку для пучков й и С налетающие ядра существенно меньше ядер свинца и вероятность рассеяния меняется слабо. Искажение спектров происходит при приближении наших точек по быстроте к области фрагментации мишени. Кинематически это возможно за счет рождения на объекте с массой превышающей массу нуклона. Для пучка протонов это может быть

короткодействующая корреляция двух нуклонов мишени. Однако для ядерного пучка более естественно будет учесть рождение на тяжелых нуклонннх резонансах типа д(33), И*, Д*. Нуклон ядра мишени N сначала возбуждается до Г}* за счет взаимодействия с первым нуклоном ядра-снаряда К1. Затем происходит столкновение следующего нуклона из налетающего ядра К2 с И* с последующим рождением К-мезона: + И*- N + N + К+.

Сделан качественный вывод, что в процессах столкновения двух релятивистских ядер наблюдается усиление процессов связанных с увеличением плотности энергии (тяжелые резонанса) и плотности частиц (промежуточные пионы и нуклоны) в области взаимодействия.

Зависимость сечения рождения К-мезонов от массы мишени в параметризации определяется величиной а=0,71-0,01, причем

параметры а равны как для положительных, так и для отрицательных каонов • и не зависят от массы налетающей частицы. Расположение исследуемой области рождения каонов по кинематике вдали от предельных областей фрагментации мишени и снаряда, малая величина поперечного импульса, а также превышение энергии пучка порогов рождения К+ 1,5 ГэВ, и К- 2,6 ГэВ дают основание считать величину а близкую к 2/3 как следствие роста неупругого сечения взаимодействия ядер. Искажение спектров К-мезонов происходит при малых импульсах. Численно это может быть выражено ввиде зависимости параметра 0 от импульса мезонов при использовании параметризации ^пу^рго;)' Значения параметра р больше единицы для всех импульсов каонов при сравнении сечений для й+РЬ и С+РЬ, причем при импульсе 500 МэВ/с для К+ достигается величина р=1,72±0,П. Это указывает на то, что в рождении участвует более одного нуклона из ядра-снаряда. Механизм рождения частиц на промежуточном барионном резонансе в ядре-мишени

безусловно должен усиливать массовую зависимость от ядра-снаряда.

+

Каскадная модель хорошо описывает спектры К~-мезонов для пучка дейтронов. Это означает, что используемые в расчетах значения сечений для элементарных актов являются надежными. Для С+С столкновений расчетные сечения близки к экспериментальным для импульсов каонов 0,8-1,0 Г'ов/с, но не описывают рост сечений при малых импульсах. Еще большее расхождение с экспериментальными данными (в 2-3 раза) наблюдается для комбинации С+РЬ.

В третьем разделе рассматриваются относительные выходы мезонов. Как видно из рис. 2, сечения рождения х+ и я~-мезонов практически совпадают для комбинаций сталкивающихся ядер с!+С и С+С.

При рождении пионов на ядре свинца наблюдается систематическое превышение выхода я;~-мезонов по сравнению с %+-мезонами примерно на 15$, Это указывает на механизм преимущественно однопионного рождения. Простая оценка относительных выходов пионов разых знаков по заряду с учётом изотопического состава ядер свинца подтверждает полученную величину превышения выходов по сравнению с %+.

Для( ядро-ядерных столкновений весьма важным является оценка выходов странных частиц. На основе сопоставления отношения странных и обычных мезонов можно попытаться оценить роль эффектов большой плотности частиц и энергий. Измерение каонов и пионов в условиях одного эксперимента позволяет избежать ошибки абсолютных калибровок. На рис.3 приведены измеренные отношения К4/1Г+ и К~/х~ -мезонов в зависимости от импульса в лабораторной системе. ' Комбинации сталкивающихся ядер указаны около кривых, проведенных по экспериментальным точкам. Видна общая тенденция увеличения выхода каонов при больших импульсах. Это связано с разностью наклонов спектров К- и х-мезонов. Более резкая зависимость сечений рождения каонов от массы ядра-снаряда приводит к увеличению отношений К/я для одинаковых мишеней примерно на фактор 2.

Особое внимание следует уделить увеличению К+/% отношений с ростом массы ядра-мишени.- Этот эффект связан с поглощением мезонов в ядерной среде. Оценка влияния поглощения позволяет корректно оценить роль собственно процессов возникающих в ядро- ядерных столкновениях, а также дает дополнительную информацию о .сечениях поглощения мезонов (в частности пионов) при импульсах до I ГэВ/с. Наблюдаемое сечение рождения частицы а можно выразить через сечение ст0 при отсутствии поглощения, длину свободного пробега до поглощения л. и эффективный путь в ядерном веществе I: а=о„ехр(-1/А),

где Л,= (рОщ3)-1, о]^ -сечение поглощения мезонов нуклонами, р=0,1? Зм*"3 - ядерная плотность. Эффективный путь мезона в ядре приблизительно равен Ь=0,7 <Кд+Кв). где Нд и Нв- радиусы сталкивающихся ядер, И=1,15 фм. Длина поглощения пионов \=5 Фм была получена из сечений поглощения пионов ядрами при энергиях 180-280 МэВ. Данные при больших энергиях отсутствуют, поэтому было использовано указанное значение длины поглощения для пионов. Для оценки сечения поглощения К~-мезонов учитывались реакции К-11->яУ и проводилось усреднение по числу протонов и нейтронов в ядрах. Поскольку рассматривается прохождение достаточно медленных каонов

к

+

10-

ООООО 44С

галл+рь

№6» С« ■ЗМ«>С+РЬ

О.ЬО 1.00

Р, СсУ/с

охссис

остит

ЬЬйгМ:«:

«о»с+рь

'¿¿о

Р, СеУ/с

Рис. 3. Зависимость отношений К/тс мезонов от импульса частиц для разных комбинаций сталкивающихся ядер.

через ядерную систему образовавшуюся при столкновении, оценки поглощения проводились с учетом энергии каонов в системе центра масс сталкивающихся ядер. Меньшее значение этой энергии в случае углеродной мишени и большее при этом сечение Ю-поглощения приводит к подъёму отноиения с увеличением А.

После учёта . поглощения мезонов в ядрах была проведена корректировка параметров массовой зависимости а«Аа0 от массового числа ядра-мишени. Оказалось, что массовые зависимости для различных мезонов описываются единым параметром 0^=0,7^0,02. Экспериментальные дашше с учетом или без учета поглощения указывают на увеличение выходов странных частиц к± -мезонов приблизительно в 2,5 раза по сравнению с пионами при переходе от пучка дейтронов к пучку ядер углерода. Аналогичное увеличение выходов К- -мезонов (примерно в 2 раза) наблюдается при большей энергии пучка 14 ГэВ/нуклон в центральных Б1+Ли столкновениях по сравнению с р+Аи соударениями.

Для оценки степени изменения соотношения между странными мезонами с различным кварковым составом (К- как (эй) и К+ как (зи)) были получены значения отношений К~/К+«Ю для различных комбинаций сталкивающихся ядер. Поскольку ошибки значений сечений для К~ велики, проводилось усреднение отношений по импульсному спектру. В

пределах ошибок относительные выходы каонов не изменяются. Такое поведение отношений К~/К+ может быть связано с тем, что энергия пучка 3,65 ГэВ/нуклон выше порогов рождения каонов. Это также служит косвенным подтверждением того, что процессы рождения К" и К+ идентичны.

Таким образом, в исследуемой кинематической области в ядро-ядерных столкновениях наблюдается увеличение выходов К--мезонов по сравнению с пионами. Можно ли таков увеличение выхода странных мезонов отнести на счет образования кварк-глюошюй плазмы обсуждается в опубликованых работах на основе расчетов по модели релятивистской квантовой молекулярной динамики (модель НОЛЮ), Модель учитывает образование и распад барионных резонансов с массами вплоть до 2 ГэВ и более, а также привлекает при рассмотрении пространственно-временной эволюции всей системы все взаимодействия

рожденного адрона с любым другим адроном: К|1М(*+И, i УК, Ж* хУ и т.д. Используя известные элементарные сечения взаимодействия .адронов, расчёты дают факторы увеличения порядка 2 для К+/ж+ и 1,5 для К~/%~ отношений. Несколько меньшая величина для к~/я~ связывается с поглощением каонов. Таким образом, требование образования кварк-глюонной плазмы не является необходимым для объяснения имеющихся экспериментальных данных при энергиях до 14 ГэВ/нуклон.

В четвёртой главе обсуждается возможность интерпретации экспериментальных данных в рамках гипотезы о структурной функции ядра.

Кварк-партонная структурная функция ядра была в своё время введена по аналогии с глубоко-неупругими лептон-нуклонными взаимодействиями. Для описания лептон-нуклонных взаимодействий используется переменная Бьёркена х. Переменная х может формально применена и в случае ядра, однако при этом х может быть больше единицы. Наблюдение скейлинговой инвариантности для кумулятивных процессов на ядрах связано с получением экспериментальных данных 'при х>1 для ядра-мишени. В ядро-ядерных столкновениях для описания налетающего ядра была введена аналогичная перемешая с обозначением Z^ Полученные нами данные на пучке ядер углерода для - и к* -мезонов позволяют - рассмотреть рождение частиц как фрагментацию налетающего ядра при Ъ < 1. На рис. 4 приведены инвариантные сечения рождения мезонов на ядрах углерода и свинца в зависимости от параметра 2 определённого для налетающего ядра углерода. Видно,

ъ

Рис. 4. Зависимость инвариантных сечений рождения мезонов от скейлинговой переменной I.

что данные для различных типов вторичных частиц ложатся на одну кривую. В частности, данные по пионом и К+ -мезонам перекрывающиеся при г=0,3-0,4 практически совпадают. Фитирование данных для %- и К+-мезонов зависимостью о~ехр(-г/г0) даёт значения обратного параметра наклона 20=0,0? для углеродной мишени и 2о=0,0Э для мишени из свинца в интервале г=0,1-0,5.

Для К~-мезонов значения Ъ больше, чем для %- и К+-мезонов и соответствующие данные распологаются отдельной группой. Однако видно, что точки для ¡Г-мезонов находятся на продолжении кривой экспоненциального спада для пионов и каонов. При фитировании данных для К+- и КГ-мезонов той же экспоненциальной зависимостью получено значение %о=0,1 при 2=0,4-0,8. Учитывая, что для кумулятивных частиц в области х > 1 полученн значения аналогичного параметра Хо=0,12-0,15 , можно утверждать, что если и имеется общая зависимость инвариантных сечений от скейлинговой-переменной I (или х), то эта зависимость не описывается простым экспоненциальным спадом при 1 < 1 и г >1. Наблюдается выполаживание зависимости с увеличением скейлинговой переменной.

Таким образом, полученные нами данные могут рассматриваться как существенное дополнение к имеющимся экспериментальным данным по

скейлинговым переменным. К сожалению в настоящее время трудно дать четкое физическое объяснение наблюдаемым закономерностям. Тем не менее, удивительная унификация сечений рождения для ■разных типов первичных и вторичных частиц и ядер с помощью одной функции заслуживает серьёзного внимания.

В заключении сформулированы следующие основные выводы диссертации:

1. Создана экспериментальная установка, состоящая из магнитного канала и набора детекторов с регистрирующей электроникой. Экспериментальная методика обладала . высокими качествами идентификации и спектрометрии и К-мезонов в интервале по импульсам 0,3-1,1 ГэВ/с , что позволило получить надёжные опытные данные.

2. Наблюдается отсутствие зависимости наклона пионных спектров от масс сталкивающихся ядер. Это объясняется большой ролью эффектов рассеяния, поглощения пионов и образованием промежуточных резонансов. Процессы взаимодействия в конечном состоянии приводят к преимущественному рождению пионов на конечной стадии взаимодействия ядер из области низкой плотности ядерного вещества.

3. При рассмотрении массовых зависимостей для дифференциальных сечений следует принимать во внимание зависимость от полных неупругих сечений взаимодействия вторичных частиц. Для массовых зависимостей дифференциальных сечений важно влияние двух факторов: поглощение частиц, приводящее к ослаблению массовой зависимости и многократные взаимодействия, усиливающие массовую зависимость. Для пионов получены массовые зависимости с параметрами а=0,56±0,01 по ядру-мишени и р=0,69^0,02 по ядру-снаряда в параметризации о. „ Аа'Р.

4. В диссертации приводятся качественно новые экспериментальные результаты сечений рождения К—мезонов в околопороговой области энергий. Подчеркнута особая значимость данных по К+-мезонам для которых отсутствуют каналы поглощения в нуклонной среде.

Обнаружена существенно разная форма каонных спектров для пучков дейтерия и углерода. В С+А столкновениях происходит усиление мягкой части спектров. В зависимости от лабораторного импульса частиц спектры имеют экспоненциальный вид с обратным параметром наклона рр=270^10 МэВ/с, что выше аналогичной величины для пионов: р0=200£5 МэВ/с.

'Сделан вывод о чувствительности каонных спектров к процессам

связанным с увеличением плотности энергии и числа цастиц в области взаимодействия двух ядер. Это подтверждается усилением массовой зависимости от атомного номера ядра-снаряда для К- -мезонов.

5. При рассмотрении отношений выходов различных мезонов показано, что увеличение выходов иГ-мезонов по сравнению с тс+-мезонами на 14-16% для нейтроноизбыточного ядра свинца объясняется- в рамках предположения об однотонном рождении в исследуемой кинематической области.

6. Увеличение отношений с ростом массы, ядра-мишени объясняется поглощением мезонов в.ядерной среде. Показано, что при энергии пионов выше энергии Л(33)-резонанса поглощение пионов хорошо описывается эффективным сечением поглощения оаЬз=12 мб или эквивалентной величиной длины свободного пробега до поглощения Х=5 Фм.

Для учета поглощения К~-мезонов наиболее подходящей оказывается использование системы центра масс сталкивающихся ядер с учетом изменения элементарного сечения от импульса каона.

7. Как в данном эксперименте, так и при больших энергиях в ядро-ядерных столкновениях наблюдуется увеличение выходов странных мезонов. Однако такое увеличение может быть описано без привлечения процессов связанных с образованием квэрк-глюонной плазмы. Это подтверждается имеющимися публикациями с расчетами выходов странных частиц в рамках модели ИСТО, в которой рассматривается большое число элементарных подпроцессов с рождением странных мезонов.

8. В пределах ошибок отношения К~/К+ не зависят от масс сталкивающихся ядер; наблюдается тенденция увеличения отношения К~/К+ с энергией пучка.

+ +

9. Для реакций й+Л экспериментальные спектры % - и К -мезонов удовлетворительно описываются моделью внутриядерных каскадов.

Однако модель не может описать рост экспериментальных сечений для +

К -мезонов в реакциях С+А.

9. При рассмотрении в скейлинговых переменных 2 (или х) для налетающего ядра углерода экспериментальные данные по пионом и каоном ложатся на одну кривую, рис.5. Фитировэние датмх для ж- и К+-мезонов зависимостью о~ехр(-2/г0) даёт значения обратного параметра наклона 20=0,07 для углеродной мишени и го=0,08 для мишени из свинца в интервале 2=0,1-0,5. Для К~-мезонов значения 2 больше, чем для %- и К+-мезонов. При

фитировании данных для К+- и К~-мезонов той же экспоненциальной зависимостью получено значение ZQ=0,I при Z=0,4-0,8. Учитывая, что для кумулятивных частиц в области X > 1 получены значения аналогичного параметра Хо=0,12-0,15 , можно утверждать, что общая зависимость инвариантных сечений от скейлинговой переменной Z (или X) не описывается простым экспоненциальным спадом при Z < 1 и Z >1. Наблюдается выполаживание зависимости с увеличением скейлинговой переменной.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Гаврилов ¡O.K., Голубев С.Л., Горбунов В.К., Губер Ф.Ф., Краснов В.А., Кириллов А.Д., Кулешов C.B., Курепин А.Б., Пантуев B.C., Разин В.И., Решетин А.И., Филиппов С.Н., Шафранов ,+препринт ИЯИ АН СССР П-0359, 1984. "Измереште выходов и К"-мезонов при столкновении релятивистских ядер углерода с ядрами свинца и меди".

2. Курепин А.Б., Пантуев B.C., Филиппов С.II., "Рождение пионов и каонов при столкновении релятивистских ядер с энергией 3,65 ГэВ/нуклон". Письма в ЖЭТФ, т.47, вып.1, 1988, стр. 16-19.

3. Курепин А.Б., Пан|уев В.С.+ Филиппов С.Н., "Измерение сечений рождения и К--мезонов при столкновении релятивистских ядер с ядрами". Труды симпозиума нуклон-нуклонные и адрон-ядерные взаимодейсвия при промежуточных энергиях", ЛИЯФ, Ленинград, 1986, стр. 397.

4. Гаврилов Ю.К., Горбунов В.К., Губер Ф.Ф., Краснов В.А., Курепин А.Б., Пантуев В+С., Разин В.П., Решетин Л.П., Филиппов С.Н., "Рождение зГ- и IC-мезонов при столкновении релятивистских ядер с энергией 3,65 ГэВ/нуклон с ядрами углерода, меди и свинца". Труди VII Международного семинара ио проблемам физики высоких энергий", ОМЯИ, Д1,2-84-599, Дубна, 1984, стр.227.

5. Курепин А.Б., Пантуев B.C., "Инклюзивные спектры каонов и пионов образованных при столкновении релятивистских ядер". Труды VIII Международного семинара по проблемам физики высоких энергий", ОИЯИ, Д1,2-86-668, Дубна,1986, стр.273.

6. A.I. Berlev, V.A. Krasnov, A.B. Kurepln, V.S. Pantuev, M.A. Prohvatllov, A.I. Reshetln, S.N. Flllppov, "Antiproton, kaon and plon production by 3.65 GeV/nucleon relativistic nuclei collisions", Proceedings of the 17th INS International Symposium on Nuclear Physics at Intermediate Energy, Tokyo,

1988, World Scientific, p.352.

Т. A.B. Kurepln, V.S. Pantuev, S.N. Flllppov, "Plon and Kaon production by 3.65 GeV/nucleon relatlvlstlc nuclei collisions". In Abstract book of XI International conference on Particles and nuclei, PANIC 8T, Kyoto, Japan, 1987, p.522.

8. S.L. Golubev, V.K. Gorbunov, A.B. Kurepln, V.A. Matveev, V.S. Pantuev, A.D. Shafranov, "Plon and kaon production by 3.65 GeV/nucleon carbon Ions on lead and cupper". In International conference on Nuclear Physics, Florence, 1983, contributed papers, v.1, E14, p.684.

9. A.I. Berlev, V.A. Krasnov,' A.B. Kurepln, V.S. Pantuev, М.л. Prohvatllov, A.I. Reshetin, S.N. Flllppov, "Antlproton, kaon and plon production by 3.65 GeV/nucleon relatlvlstlc nuclei collisions", Proceedings of the International Seminar QUARKS188, Tbilisi, USSR, 1988, World Sclcntlllc, p.679.

10. Гаврйлов Ю.К., Горбунов В.К., Курепин А.Б., Пантуев B.C., Разин В.И., Филиппов С.Н. "Пленарные пропорциональные камеры установки "КАСПИЙ". Препринт ИЯИ АН СССР, П-0503, I98S.

11. Пантуев B.C., Разин В.И. "Тренировка мпогопроволочних детекторов на воздухе". Препринт ИЯИ АН СССР, П-0571, 1987.

12. Балдин А.А., Гаврйлов Ю.К., Курепин А.В., Пантуев B.C., Разин В.И., Филиппов С.Н. "Блок кассетных пропорциональных камер". Препринт ИЯИ АН СССР, П-0572, 1987.

13. Балдин А.А., Гаврйлов Ю.К., Курепин А.Б., Пантуев B.C., Разин В.И., Филиппов С.Н. "Проволочные координатные детекторы установки "КАСПИЙ". В сборнике "Программа экспериментальных исследований на мезошюй фабрике ИЯИ АН СССР". ИЯИ АН СССР, Москва, 1887, стр.431-433.

14. V.I. Razln, V.A. Krasnov, A.B. Kurepln, V.S. Pantuev "Improvement of multlwlre chamber performance". Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A321 (1992) p.504-505.