Рождение резонансов в реации пи-р -> р эта пи- при 18 ГэВ/с тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

л*

/

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ

РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В.ЛОМОНОСОВА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ИМЕНИ Д.В.СКОБЕЛЬЦЫНА

На правах рукописи

Костин Михаил Анатольевич

РОЖДЕНИЕ РЕЗОНАНСОВ В РЕАКЦИИ тг~р ртутг" ПРИ 18 ГэВ/с. 01.04.23 - физика высоких энергий

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА 1998

Работа выполнена на кафедре космических лучей и физики космоса физического факультета Московского государственного университета имени М.В.Ломоносова.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Л.И.Сарычева

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Н.П.Зотов,

доктор физико-математических наук С.А.Садовский

Ведущая организация: Объединенный Институт Ядерных

Исследований, г.Дубна

Защита состоится ■ _ 1998 года в __час. на

заседании диссертационного совета К053.05.24 в Московском государственном университете имени М.В.Ломоносова по адресу: Москва, Воробьевы Горы, МГУ, НИИЯФ, 19 корпус.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ.

Автореферат разослан с^ Дж^МЛ. 1998 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

д.ф.-м.н. /О ТУ V^ Ю.А.Фомин

Общая характеристика работы

В диссертации представлены результаты экспериментального исследования мезонных резонаисов с массами до 2,5 ГэВ/с2, образованных в реакции ■к~р -> рХ~ рт)7г~ -> Р777Г-. Данные были собраны в течение сеанса 1995 года эксперимента Е852, проводимого в Брукхейвенской Национальной Лаборатории на установке MPS (Multy Particle Spectrometer) ускорителя AGS. При этом использовался пучок отрицательных пионов с импульсом 18,3 ГэВ/с и жидководородвая мишень. Проведенный анализ основывается на статистике 66 тыс. отобранных событий. Всего было проведено три сеанса по сбору данных: в 1994, 1995 и в 1997 годах.

Актуальность проблемы

Кварковая модель, предложенная в 1964 году Гелл-Манном, Цвейгом и другими, помогает систематизировать и классифицировать многочисленные известные элементарные частицы. Составные части из которых образуются эти объекты - кварки. Модель делит весь набор элементарных частиц на два больших класса: мезоны, представляющие собой кварк-антикварковую пару (qq), и барионы - комбинации трех валентных кварков (qqq). Имеется, однако, серьезный недостаток кварковой модели. Она ничего не говорит о динамике взаимодействия.

Квантовая хромодинамика, являясь теорией сильного взаимодействия, слишком сложна, чтобы быть использованной в настоящее время для таких численных расчетов, как, например, оценка масс состояний. Однако КХД качественно предсказывает помимо обычных адронов существование состояний, невозможных в наивной кварковой модели:

Глюболов - мезонов, состоящих только из валентных глюонов (дд,ддд)\ Гибридов или мейктонов (qqg, qqqg)\ Многокварковых адронов - qqqq, qqqqqq, qqqqq', Молекул - связанных состояний обычных адронов, например КК. Такие объекты принято называть экзотическими. Для экзотических состояний могут реализовываться квантовые числа, запрещенные в рамках наивной кварковой модели. Например, для дд-мезонов с орбитальным угловым моментом между кварками f и суммарным спином кварков s пространственная четность Р — (-1)I+1 и зарядовая четность С = (—l)l+s. Такой мезон

не может иметь квантовых чисел из ряда JPC — 0 ,0+~, 1-+, 2+_, 3~+,... (здесь J полный спин состояния). Наблюдение мезонного резонанса с квантовыми числами из этого ряда послужило бы неоспоримым свидетельством его экзотичности. Подтверждение существования таких состояний могло бы быть фундаментальным тестом справедливости КХД в области малых переданных импульсов, а их характеристики — неоценимым источником информации для приближенных моделей сильного взаимодействия, таких как flux tube, рассчеты на решетках, модель мешков и т.п.

Цель работы

Цель данной работы состоит в подтверждении существования экзотического резонанса с Jp = 1 ~ в канале распада , противоречивые указания на который были получены в нескольких экспериментах; измерении его параметров; исследовании других возможных резонансных состояний как с необычными так и с обычными квантовыми числами.

На защиту выносятся

1. Результаты анализа реакции ж~р -> рщ~ на статистике 66 тыс. событий, зарегестрированных в сеансе 1995 года.

2. Вывод о существовании резонанса с необычными квантовыми числами Jp = Г в системе т/тГ с М = (13741^(стат)1^(сист)) МэВ/с2, 1 Г = (27OÍHÍ4I4) МэВ/с2. Масса и ширина состояния определены впервые.

3. Вывод о существовании в канале распада т]ж~ резонанса aj(2040) с квантовыми числами Jp = 4+. В канале гук~ этот, резонанс наблюден впервые. Определены его масса и ширина, которые составили соответственно М(о4) = (2033Í2iíli) МэВ/с2 и Г(а4) = (357±||l|g) МэВ/с2.

4. Указание на существование еще одного резонанса Jp = 1~ и дополнительного состояния Jp = 2+. Параметры второго 1"" резонанса: М = (2212±ilfj:||l) МэВ/с2, Г = (784í^l^4) МэВ/с2. Второе состояние в волне 2+ может быть интерпретировано как радиальное возбуждение aj (1320) с М = (1926±|g±?í) МэВ/с2, Г = (633™) МэВ/с2. Второй резонанс в волне 1" и радиальное возбуждение aj(1320) в канале r¡ir~ наблюдены впервые.

'Далее обозначение статистических и систематических ошибок будет опускаться

Научная новизна и практическая ценность

Впервые анализ конечного состояния проведен на такой высокой статистике. Она по числу событий более чем в два раза превышает статистику эксперимента ВЕС и более чем в три раза — эксперимента КЕК. Установка Е852 позволяет регестрировать как нейтральные так и заряженные частицы, что позволило с высокой точностью выделить исследуемую реакцию. Для изучения данной реакции был применен метод парциально-волнового анализа (метод разложения углового распределения по парциальным волнам). В результате использования этого метода было доказано существование экзотического мезонного резонанса с Jp ~ 1", указание на существование которого было отмечено в нескольких предыдущих экспериментах. Параметры состояния определены впервые. Также впервые в канале т)тг~ наблюден резонанс (¡4(2040) с Jp = 4f. Определены его параметры. Впервые в rjтт~ моде обнаружено указание на существование еще одного состояния с Jp = 1~ и мезона с Jp = 2+.

Результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы в исследованиях, проводимых в других лабораториях мира: ИФВЭ(Протвино), КЕК(Япония), CERN и т.д.

Апробация работы

Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на международной школе по ядерной физике, международных конференциях по адронной спектроскопии "Адрон 95" и "Адрон 97" и на научных семинарах и рабочих совещаниях НИИЯФ МГУ.

Результаты работы опубликованы в виде статей, препринта НИИЯФ МГУ, в сборниках трудов вышеупомянутых конференций [1-8].

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения, трех приложений и списка литературы. Диссертация содержит 120 страниц, включая 43 рисунка, 8 таблиц и 62 библиографических ссылки.

Е852 APPARATUS LAYOUT

Рис. 1: Установка E852.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность исследования, определена цель работы, показана ее новизна и практическая значимость, описана структура диссертации, сформулированы основные положения, выносящиеся на защиту.

В первой главе дается краткое описание экспериментальной установки Е852.

Установка эксперимента Б852 (рис. 1) располагается на пучковой линии А1 ускорителя AGS. Сбор данных проводится с помощью Многочастичного Спектрометра (MPS). Магнит MPS обеспечивает поле до 1 Тс для измерения моментов заряженных частиц. Кроме магнита MPS включает в себя 3 пропорциональные камеры (ТРХ1-3) и 6 пакетов дрейфовых камер (DM1-6) по 7 камер в каждом.

Е852 использует жидководородную мишень, окруженную 4-х слойной цилиндрической дрейфовой камерой (TCYL) и блоками сцинциллятора CsI(TI).

TCYL предназначается для определения направления импульса заряженных частиц, вылетающих из мишени под большими углами по отношению к направлению частиц пучка. Csl сконструирован для целей off-line отбраковки событий с мягкими фотонами, имеющими широкие углы разлета и не попавшими ни в электромагнитний калориметр ни в вето-счетчик DEA. Основной источник таких событий - распад тг°, рожденных в фоновых реакциях образования Д-изобар в нижней вершине.

Для целей эксперимента установка была дополнена большой дрейфовой камерой TDX4 и электромагнитным калориметром, состоящим из 3045 блоков свинцового стекла (LGD, Lead Glass Detector). LGD предназначен для измерения энергий и положений фотонов. Калориметр расположен на «5 м ниже по пучку относительно мишени. Пролетая это расстояние, фотоны, образовавшиеся при распаде тг° с энергией несколько ГэВ, достигают поверхности LGD разделенными, по крайней мере, 8 см. Это делает возможным разделение фотонных ливней.

Большая дрейфовая 2-х сяойная камера TDX4 располагается непосредственно перед электромагнитным калориметром. Основная цель TDX4 — определить точное положение заряженной частицы на поверхности LGD. Это необходимо, чтобы исключить из анализа яивни в калориметре, образованные не от фотонов. Использование информации от TDX4 также значительно улучшает точность определения импульсов заряженных частиц.

Система вето-счетчиков DEA/CPV (Downstream Endcap Array/ Charged Particle Veto ) находится в области MPS между камерами ТРХ2 и DM3. DEA представляет собой свинцово-сцинциллявдюнный "сэндвич", сделанный в виде окна и размещенный так, чтобы непопадающие в электромагнитный калориметр фотоны проходили через DEA. CPV состоит из двух частей: сцинцилляционный счетчик CPVC, расположенный перед DEÁ, и CPVB, помещенный непосредственно внутри окна. CPVC имеет схожую с DEA конфигурацию. Вето-счетчики DEA/CPVC применяются для off-line отбраковки событий с пропущенными электромагнитным калориметром фотонами. Так, например, если фотон попадает в DEA, то он конвертирует в свинце, и наблюдается сигнал в DEA и отсутствует в CPVC. В случае заряженной частицы сигналы наблюдаются в обоих счетчиках. CPVC и CPVB использовались как элементы триггера для отбора событий без заряженных треков. Комбинация DEA/CPV и CsI(Tl) является практически герметичной

вето-системой.

Для того чтобы установить запрет на непроивзаимодействовавшие частицы пучка и события упругого рассеяния, перед поверхностью LGD были установлены два сцинцилляционных счетчика EV (Ellastic Veto) и BV (Beam Veto). Центры обоих счетчиков совпадали. Пара EV/BV обладала чрезвычайно высокой эффективностью 99,99 %■

Для сеанса 1997 года установка была дополнена пороговым черепковским детектором С9 и сцинцилляционным триггерным счетчиком Н9. Такая модификация позволила набрать статистику с идентифицированными заряженными каонами.

Чтобы обогатить выход изучаемых реакций и уменьшить объем записываемой информации, каждое событие должно было пройти проверку на выполнение триггерных условий. Для изучаемой реакции, событие считалось хорошим если имелась частица пучка (сигналы от пучковых счетчиков), отсутствовал сигнал в EV/BV (не упругое рассеяние), наблюдалась одна частица отдачи (предполагаемый протон) и одна частица, прошедшая через триггерные пропорциональные каметы ТРХ1 и ТРХ2. В обозначениях, используемых в эксперименте, данная топология является 1 — 1 — 1 (1 TCYL -1 ТРХ1 - 1 ТРХ2).

Личный вклад автора в экспериментальную часть работы состоит в сборке высоковольтных источников питания для электромагнитного калориметра, в подготовке аппаратуры LGD и участии в сеансе 1997 года.

Во второй главе содержится описание формата данных, программ реконструкции, процедур выделения событий, пригодных для парциально-волнового анализа.

Сбор физических данных осуществлялся в эксперименте Е852 в течение сеансов 1994,1995 и 1997 годов. За рабочее время продолжительностью 2,5; 6 и 2 месяца было записано соответственно 200 млн., 700 млн. и 250 млн. событий, что по объему информации составляет 350,1000 8 мм видео кассет и 160 DLT-кассет. Проводился также тестовый сеанс в 1993 году, целью которого была проверка работы отдельных элементов установки, подбор триггерных условий, настройка пучковой линии и т.п. Для данной работы использовались события типа 1 — 1 — 1 сеанса 1995 года. Число таких событий до применения каких-либо обрезаний - 147 млн.

Реконструкция данных проводится в несколько этапов. На первом этапе происходит распаковка показаний АЦП и ВЦП. Затем осуществляется восстановление треков заряженных частиц и нахождение их импульсов. Для событий типа 1-1-1 эффективность реконструкции была 95 %. Первые два этапа реализуются программой, называемой "аналайзер". В Е852 это основная программа реконструкции, требующая наибольшего машинного времени.

Ввиду огромного количества информации, необходимо использовать максимально возможное число компьютеров. Идея проводить вычисления параллельно на разных машинах реализуется программой "диспетчер". К диспетчеру присоединены несколько программ-клиентов. Связь между ними осуществляется через TCP/IP протокол. Один из клиентов передает необработанные данные с магнитофонного устройства. Эти данные рассылаются диспетчером в аналайзеры, работающие на разных вычислительных машинах. Каждое событие обрабатывается только одним аналайзером. При таком подходе число программ реконструкции определяется только числом доступных процессоров и пропускной способностью компьютерной сети. Восстановленные события возвращаются обратно в диспетчер. Затем одна или несколько программ-клиентов считывают обработанные события и рассылают их на записывающие устройства по типам триггеров. Такая схема обеспечивала скорость реконструкции s¿40 событий в секунду при одновременной работе ~30 процессоров. Потребовалось 13 месяцев счетного времени для восстановления всей статистики 1994,1995 и 1997 годов.

На следующих этапах проводится реконструкция фотонов. Сначала работает алгоритм кластеризации, который локализует фотоны и распределяет сработавшие каналы калориметра между ними. Затем находятся энергии с помощью предварительно определенных калибровочных констант каналов LGD и импульсы фотонов. Проводится отбраковка кластеров, образованных от адронов, и отбрасываются события с фотонами, попавшими в вето-счетчик DEA.

После вышеописанных процедур, данные становятся доступными для физического анализа. На этом этапе было отобрано 1 млн. 700 тыс. событий топологии 1 — 1 — 1 с двумя фотонами и с массой пары 77 в интервале от 0,3 ГэВ/с2 до 0,8 ГэВ/с2 (рис. 2).

Для получения окончательного набора данных были применены следующие обрезания:

"(17"")

Рис. 2: М^-спектр в области rj- Рис. 3: Массовые зависимости си-мезона. стемы777Г~. Сплошной линией пока-

зано распределение для окончательного набора данных. Пунктирная линия характеризует сырое распределение до применения каких-либо обрезаний. Обе гистограммы нормированы к единице.

• уровень достоверности того, что данное событие является событием исследуемой реакции, > 10 % (результат программы кинематического фитирова-ния SQUAW);

• суммарная энергия, выделенная в блоках CsI(Tl) через которые не пролетали заряженные частицы, < 20 МэВ;

• другие менее существенные условия.

Окончательная статистика составила 66 тыс. событий. Массовое распределение системы 777Г" и распределение по величине t' = 11 — fmin| показано на рис. 3 и 4. Здесь t переданный импульс, tmin его минимальное значение (но модулю).

В данной части работы личный вклад автора состоял в участии в первичной обработке данных сеансов 1994, 1995 и 1997 годов.

Для проведения парциально-волнового анализа необходимо знать эффективность установки и программ реконструкции любой заданной конфигурации 4-векторов частиц исследуемого процесса. В данной работе эффективность изучалась методом Монте Карло. Этот метод описан в третьей главе. Было разыграно 2,3 млн. событий реакции

тт~р —> Х'р -4 щ~р -> 777Г~р с импульсами конечных фотонов и я", равномерно распределенными по фа-

Рис. 4; Распределение по величине t' = |f — imi„| для окончательного набора данных. Сплошной линией показан результат аппроксимации гистограммы выражением ^г ~ t'e~w в области от 0,1 ГэВ2 до 1,0 ГэВ2. Дотированная кривая обозначает ожидаемое продолжение результата фита.

зовому объему. Начальная статистика должна быть достаточно большой, чтобы обеспечить " просвечивание" всей установки. Распределение по массе состояния X считалось плоским. Распады Х~ —> трт- и т) —> 77 полагались изотропными. Распределения по переданному импульсу и по компонентам импульса частиц пучка использовались из экспериментальных данных.

Далее разыгранные события пропускались через программу симуляции геометрии установки. Программа протаскивала заряженные частицы через магнитное поле, симулировала требуемые триггерные условия, осуществляла селекцию по числу фотонов и треков заряженных частиц, моделировала электромагнитные ливни в калориметре. Затем события, удачно прошедшие через программу симуляции установки, подвергались таким же процедурам реконструкции и отбора, что и экспериментальные данные.

В дополнение к описанному выше, отдельно моделировались неэффективности дрейфовых и пропорциональных камер спектрометра MPS. Ввиду своей древности все камеры имеют области низкой эффективности в районе пучка (приблизительно центры камер). В тоже время, наличие всего одного 7г~ в конечном состоянии исследуемой реакции делает ее очень чувствительной к такого рода неэффективностям: события с ж' летящими вперед либо не проводят триггерные условия (нет срабатываний в ТРХ1,ТРХ2) либо имеют недостаточное число срабатываний в дрейфовых камерах для восстановления трежа аналайзером. Такое выборочное отбраковывание событий с вперед летящими 7г~ напрямую портит угловое распределение продуктов распада изу-

чаемых резонансов. Бели не учитывать неэффективность камер в симуляции установки, то результат парциально-волнового анализа может оказаться не верным.

Автором диссертации был создан пакет программ для нахождения и моделирования неэффективности камер. Плоскость каждой камеры разбивалась на определенное число ячеек. Заряженные треки экстраполировались до плоскостей, находились ячейки, соответствующие трекам, и определялось наличие срабатываний, созданных ими. Для данного набора данных, для каждой ячейки камеры эффективностью считалось отношение числа найденных срабатываний к ожидаемому числу (числу треков). Было найдено, что форма и размер областей неэффективности сильно зависит от интенсивности пучка. Поэтому для создания карт эффективности дрейфовых камер, ТРХЗ и ТБХ4 использовались сами анализируемые данные. Такие данные представляют собой набор событий, отмеченных триггером. Изучать эффективность триггерных камер ТРХ1, ТРХ2 на них нельзя (в этом случае мы получили бы эффективность 100%). Для этой цели были выбраны несколько сеансов с такой же интенсивностью пучка как и в данных, со специальным триггером, когда ТРХ1 и ТРХ2 в триггере не участвовали. Неэффективность моделировалась удалением срабатываний в камерах в соответствии с имеющимися картами эффективности.

Разработанная методика также успешно применялась автором в течение сеанса 1997 года для мониторирования всех МРБ-камер.

После применения всех указанных процедур осталось 773 тыс. событий.

Одна из основных целей эксперимента Е852 - нахождение состояний, запрещенных наивной кварковой моделью. Измерения такого рода требуют определения квантовых чисел спин-четность исследуемых систем. Обычно для этого используется метод парциально-волнового анализа (ПВА). Обзор метода и результаты ПВА представлены в главе четыре.

Для исследуемой реакции угловое распределение можно представить в виде

= (1) «* ли

Здесь и = {ч>, в} — телесный угол для направления импульса 1)-мезона в системе Готтфрида-Джексона 2 (<р,в - азимутальный и радиальный углы); е —

2Система Готтфрида-Джексона — система покоя состояния Х~, в которой ось у вы-

натуральность реджеона обмена Rtx, определяемая как е = Рц,х{~^Уп" > г-"е ■Рд„ является пространственной четностью Rcx, & Л» его спином; J я М — спин и проекция спина изучаемого состояния Х~\ индекс к обозначает различные конфигурации спина протона мишени. Возможно два случая, когда протон изменяет спин в процессе взаимодействия и не изменяет. Величины 'Vjuiii и *Аш(П) являются амплитудами образования и распада Х~ соответственно. Заметим, что 'Дш(Л) не могут зависеть от спина протона, также как !Vum не может зависеть от Г2.

Амплитуды 'Аш(Г!) могут быть рассчитаны для каждого события. В случае двух псевдоскаляров, коими являются и г\, выражаются

через D-функции:

< Аш(П) = 0(р, 0) (2)

где

Р — пространственная четность Х~,

в(М) = { £, м = О I О, Л/ < о

Заметим, что для е = +1 состояние с М — 0 запрещено:

| + JP0 >= 0.

Амплитуды образования 1Уым подбираются при фитировании таким образом, чтобы экспериментальная интенсивность наилучшим образом описывалась выражением 1.

Парциально-волновой анализ проводился отдельно по массовым бинам для событий с модулем переданного импульса |ij от 0,1 (ГэВ/с)2 до 1,0 (ГэВ/с)2. Для этого в каждом массовом бине минимизировался функционал

{=. 1 (fc JM J'M'

«С £* WtW*

JJ'MM']

бираехся вдоль нормали к плоскости реакции, ось г-по направлению импульса частицы пучка в системе покоя Х~.

с условием нормировки

'Vicjm'VU'M'^JJ'MM' — 1-

JM I'M'

Здесь c9jj'MMr и '^jj/jifjw' — "сырой" и "допущенный" нормализационные интегралы:

JV* ¡=1 jvr >=1

n - число экспериментальных событий в данном массовом бине; Nr, Nx- число сырых и допущенных событий Монте Карло. Суммирование проводится соответственно по допущенным (прошедшим через все этапы восстановления) и сырым (изначально сгенерированным) событиям. Считалось, что значения 'VkjM при которых функционал — In С минимален, соответствуют настоящим значениям амплитуд образования.

После того, как амплитуды 1Уим определены, можно найти предсказанное число событий N

N:

= / /(П)<*П =~££ (4)

ек 'И

з'м'

и относительную фазу нежду любыми двумя волнами

'Ьгмм' = о.тд{^сУим'У^,м,). (5)

к

Для описания распада резонанса необходимо выбрать парциальные волны, определяемые квантовыми числами С, М, е где

• I — изотопический спин Х~;

• ■/ — полный спин ;

• Р — пространственная четность Х~\

• С — зарядовая четность Х~;

• М — абсолютное значение проекции спина на ось квантования;

• б — натуральность обмена.

Изотопический спин системы I = +1, следовательно 1х~ = 1. Для распада X~ на два псевдоскаляра пространственная четность определяется как Р = (—1)''. Зарядовая четность системы щ" выбиралась такой же как и у системы г)яъ, т.е. С = +1.

Для проведения парциально-волнового анализа были выбраны следующие волны:

Обозначение М £

Яо 0++ 0 -1

Ра 1"+ 0 -1

Р_ 1-+ 1 -1

А) 2++ 0 -1

£>_ 2++ 1 -1

Р+ 1"+ 1 +1

2++ 1 +1

4++ 1 +1

Названия 5, Р, £>, б соответствуют спектрометрическим обозначениям волн с ] = 0,1,2,4. Индекс "О" принадлежит волнам с М = О, е = — 1; "-" — М = 1,е = -1; "+" — М = 1, £ = +1.

ПВА показал, что волны с отрицательной натуральностью относительно малы. В волне Г>+ наблюдается доминирующий резонанс 02 (1320). В £?+-волке виден сигнал, соответствующий резонансу (2040). Также наблюдается широкий сигнал в Р+-волне. Характерное движение относительной фазы между Р+ и £>+-волнами указывает на резонансную природу волны Р+.

Волны с положительной натуральностью были параметризованы реля-тиввстскими функциями Брайт-Вигнера. Попытка описать систему волн двумя функциями Брайт-Вигнера, соответствующими резонансам а^(Ш0) и 0^(2040), привела к необходимости ввести дополнительный резонанс в £>+-волие с массой « 1800 МэВ/с2. Такое состояние было предсказано рел!тивизованной кварковой моделью. Оно представляет собой радиальное возбуждение а^(1320) с массой 1817 МэВ/с2 (обозначается а'2). Аппроксимация системы волн {£>+,0+} (рис. 5) дала с х2/ч.с.с.=49/19 следующие оцетки для масс и ширин исследуемых резонансов:

М(а2) = (1312,9^;^) МэВ/с2; Г(а2) = (111,11$?$) МэВ/с2; М(а'3) = (1925±Й±Й) МэВ/с2; Г(4) = (633™) МэВ/с2; М(а4) = (2033Щ1Й) МэВ/с2; Г(а4) = (357±||±|§) МэВ/с2.

Параметризация системы волн {Р+,£!+} в интервале масс 1,1 ГэВ/с2 — 1,6 ГэВ/с2 тремя функциями Брайт-Вигнера (рис. 6), соответствующими резонансам (¡2 (1320), о'2 и 7Г1 (экзотическое состояние с Jp = 1") подтвердила резонансную природу состояния Ж\. Параметры а'2 при этом были определены значениями, полученными в предыдущем фите. Аппроксимация дала

Events; 2* VD Events: ^l^G

---- ^ __ ... __ ^

М(Г|Л ) GeV/c M(T)TC ) GeV/c

Phases 2" l^D.-J^Vc

Рис.5: . Результат масс-зависимого анализа для волн £>+ и Распределения были аппроксимированы двумя функциями Брайт-Вигнера в -волне и одной в <?+. Показаны интенсивноси волн (?+ и относительная фаза между ними.

следующие значения с х2/ч.с.с.=25/5:

М(а2) = (1313,МэВ/с2; Г(о2) = (115,81};^) МэВ/с2; Mfa) = (13741?|±^) МэВ/с2; Г(яп) = (270ig±i|*) МэВ/с2.

Большое значение х2/ч.с.с. может быть объяснено некорректным расчетом этой величины, поскольку ошибки относительной фазы между волнами существенно нелинейны и значительно больше (как правило) использованных симметричных ошибок, оцененных из матрицы вторых производных.

Далее была предпринята попытка описать весь доступный массовый спектр в интервале 0,7 ГэВ/с2 — 2,3 ГэВ/с2. Аппроксимация такого сорта требует использования добавочного резонанса в экзотической волне

Events:i* X+P Events: Z^D

М(Т)Л ) СеУ/с2

Рис. 6: Результат аппроксимации волн Р+ и с помощью двух функций Брайт-Вигнера в £>+-волне и одной функцией в Показаны интенсивности волн Р+, и относительная фаза между ними.

Р+ (рис.7). Для данной аппроксимации были получены следующие значения масс и ширин при х2/ч.с.с.=75/11:

Щп) = (137li3iJ|) МэВ/с2; Г(я-1) = (386i^°2) МэВ/с2; М{а2) = (1313, МэВ/с2; Г(а2) = (108,МэВ/с2;

М(4)=1817 МэВ/с2 (зафиксирована); Г(^) = (670i|gsi?l) МэВ/с2; М(<ц) = (20321^) МэВ/с2; Г(а4) = (36lt33fiJ?) МэВ/с2.

Масса и ширина нового экзотического состояния составили

М = (2212i}gigJ) МэВ/с2; Г = (784if|Si^4) МэВ/с2.

Глава 5 посвящена сравнению полученных результатов с предсказаниями моделей и результатами других экспериментов. Здесь хотелось бы от-

метить согласие с результатами эксперимента ВЕС (ИФВЭ, Протвино) в области масс 1,1 ГэВ/с2 — 1,6 ГэВ/с2.

В заключении приведены основные выводы диссертации, которые могут быть сформулированы следующим образом:

• Проведен анализ реакции

рп~ —V рХ~ —»рцж~

на статистике сеанса 1995 года. Статистика составила 66 тыс. событий.

• Проведен парциально-волковой анализ системы . Показано, что волны с отрицательной натуральностью малы. Наблюдается заметный сигнал в Р+ волне и характерное движение относительной фазы между волнами О.) и Р+) что указывает на резонансную природу экзотического состояния я-!- Результат полностью согласуется с результатом эксперимента ВЕС.

• Парциально-волновой анализ указывает на наличие резонанса 2040) с / = 4+ в области 2 ГэВ/с2. В канале т)к~ 0^(2040) наблюден впервые.

« Проведен масс-зависимый анализ системы и определены массы и ширины резонансов а^" (2040), и а* (2040). Они составили:

М(о2) = (1312,9^1^) МэВ/с2 Г(о2) = (111,1^2*1—0,4) МэВ/с2;

М(щ) = (13Г4ЖЙ) МэВ/с2 Г^) = (2703218*) МэВ/с2;

М(а.4) = (2033131^1) МэВ/с2 Г(в4) = (3571«±Ц) МэВ/с2.

Параметры 7Г1 в канале определены впервые.

« Получено указание на существование еще одного резонанса = 1~ и дополнительного состояния — 2+. Параметры второго 1" резонанса М = (2212±}Й±з?5> МэВ/с2, Г = (784±2|^4) МэВ/с2. Второе состояние в волне 2+ может быть интерпретировано как радиальное возбуждение в2 (1320) с М(а'2) = (1925^1^) МэВ/с2, Г{а'2) = (633ЩЩ) МэВ/с2. Второй резонанс в волне 1~ и радиальное возбуждение а2(1320) в канале наблюдены впервые.

В приложениях перечислены авторы эксперимента Е852, рассказано об амплитудах распада и спиновой матрице плотности.

Список публикаций

[1] J.M.Losecco, ... M.A.Kostin et. al., Search for Exotic Mesons in rrp Interactions at 18 GeV/c. Proceedings of the International School of Nuclear Physics, 1995, P. 437.

[2] N.M.Cason, ... M.A.Kostin et. al., Study of the rpr° and щ systems in v~p interactions at 18 GeV/c. Proceedings of the 6th International Conference of Hadron Spectroscopy "HADRON 95", 1995, P.55.

[3] B.A. Бодягин, ... М.А.Костин и др., Поиск мезонов с необычными квантовыми числами ("Глюбол") в 1994/95 годах. Препринт НИИЯФ МГУ-95-42/406, 1995.

[4] T.Adams, ... M.A.Kostin et. al., Design and Performance of a Cesium Iodide Detector. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1996, A 368, P.617.

[5] R.R.Crittenden, ... M.A.Kostin et. al., A 3000 Element Lead Glass Electromagnetic Calorimeter. Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1997, A386, P.377.

[6] D.R.Thompson,... M.A.Kostin et. al., Evidence for Exotic Meson Production in the Reaction x~p -+ щ~р at 18 GeV/c. Physical Review Letters, 1997, v.79, P. 1630.

[7] A.I.Ostrovidov, ... M.A.Kostin et. al., Evidence for Exotic Meson Production in 7r'p Interactions at 18 GeV/c. Proceedings of the 7th International Conference of Hadron Spectroscopy "HADRON 97", 1997, P.134.

[8] D.P.Weygand, ... M.A.Kostin et. al., Evidence for JFC - 1~+ Exotic Mesons in BNL E852. Proceedings of the 7th International Conference of Hadron Spectroscopy "HADRON 97", 1997, P. 150.

1Я и _ 2.0 2 ) Ое\7с

1.0 I л _ го 2 М(пя ) вгУ/с

ГЬаае: 1* 1*Р, 2** 1+1)

1.7 1.8 1.9 ¿0 21 22 М(ця ) <3е\7с РЬаас: 1+Р, 4++Г*С

§ л

1

1.0 15- 2Л 2 М(Т|я ) ОеУ/с

и 1.9 10 2.1 22 у

М(П1 ) ОсУ/с

1.7 13 1.9 2Я 21 2-2 23,

МСПЯ ) ввУ/с

Рис. 7: Результат аппроксимации С+-волны одной функцией Брайт-Вигнера, -волны двумя функциями и Р+-волны двумя функциями. На рисунке показаны интенсивности волн Р+, <2+ и относительные фазы между этими волнами.

Еувйк Г1+Р

Еуеп15:4 1С