Спиновые эффекты в кварк-глюонной картине сильных взаимодействий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

ЕРЕВАНСКИЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

на правах рукописи

ИВАНОВ Н й К О Л А.Я ЯКОВЛЕВИЧ

СПИНОВЫЕ ЭФФЕКТЫ В КВАРК-ГЛЮОННОй КАРТИНЕ СИЛЬНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ

Специальность: 01.04.02- теоретическая и математическая физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ЕРЕВАН-1992

Работа выполнена в Ереванском физическом институте.

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Григорян A.A. (Ереванский физический институт).

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Азнаурян И.Г. (Ереванский физический институт); кандидат физико-математических наук

Боресков К.Г. (Институт теоретической и экспериментальной физики}.

Ведущая организация: Институт физики АН Грузии

Защита состоится " " ___ 1992 г. в 14 ч. на заседании специализированного Совета Д.034.03.01 по присуждению ученой степени доктора физико-математических наук при Ереванском физическом институте (3?5036, г.Ереван, ул. бр.Алиханян 2)

С" диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЕрФЙ.

Автореферат разослан " 1992 г.

Ученый секретарь специализированного Совета кандидат физ.-мат. наук

В.А. Шахбазян

| «г*?: „I

^ «Г . ■

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В изучении свойств сильных взаимодействии особый интерес представляет анализ спиновых явлений, которые, имея чисто нопергурбатизную природу, позволяют существенно детализировать наши представления о различных механизмах, ответственных за взаимодействия эдронов на больших расстояниях, где основную роль играют эффекты конфайшвнтэ. Весьма актуальной в этой связи представляется проблема включения спиновых переменных в теоретические подходы, претендующие на описание мягких здронных процессов.

Одним из таких подходов является развитая в ИТЭФ кзарк-глюонная картина (КГК) сильных взаимодействий. КГК основана на дуально-топологическом разложении адроннь;х амплитуд и тесно связана с моделями цветных струн или трубок. Отличительной чертой обсуждаемого подхода является то, что он применим для описания широкого круга явлений физики адронов- от спектроскопии до множественных процессов при высоких энергиях. Более того, подход позволяет с единой точки зрения рассматривать как жесткие, так и мягкие процессы. Несомненно, дальнейшее развитие КГК требует введения в ее схему спиновых переменных. Такая программа реализуется в предлагаемой диссертационной работе.

"Целью работы является теоретическое исследование спиновых явлений в мягких адрондых процессах в рамках кварк-глюокной ■сзртины сильных взаимодействий.

Научная новизна' работы. Показано, что учет спина в рамках (ГК приводит к многочисленным соотношениям между характеристиками образования и распадов резонансов с

различными квантовыми числами, которые хорошо выполняются экспериментально. В частности, проведенное исследование спиновой структуры алронных амшигуд, имеющих шинзрну» топологию, позволило с единой точки зрения:

-объяснить положение в а-плоскости вторичных траекторий Редае;

-описать парциальные ширины распадов бозонных резонансов с произвольным спином л на спиновые частицы;-

-вычислить зависимость от спина Л сечении рождения резонансов в адрон-адронных столкновениях.

Практическая ценность. Результаты диссертации могут быть использованы:

-для описания экспериментальных данных по эксклюзивному и инклюзивному рождению бозонных резонансов с произвольным спином л при высоких энергиях;

-для описания данных опыта по двухчастичным распадам резонансов;

-при теоретических исследованиях роли различных членов дуально-топологического разложения в формировании адронных спиновых эффектов;

-при планировании и проведении экспериментов по поиску резонансов с высоким спином в да-, км-, да- и ^-столкновениях.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на семинарах ряда институтов (ЕрФй, ЙТЭФ, ОКЯй, ЦЕРН...), представлялись на различных конференциях и симпозиумах по физике высоких энергий (Братислава (Чехословакия) 1983, Казимеш (Польша) 1990, Вашингтон (США) 1991).

Публикации. По результатам диссертации опубликовано шесть работ [ 1-8] .

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, приложения и списка литературы из 108.наименований. Она содержит 150 машинописных страниц, в том числе 36 рисунков.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ JL§ зде н т обсуждается значение рассмотренных в диссертации вопросов и дается краткий обзор содержания работы.

В Главе i анализируются асимптотические свойства амплитуда кварк- антикваркового (qq-) рассеяния' в рамках пленарного мультипериферического механизма. Показано, что учет спина кварков и "тлюонов" в КГК позволяет объяснить положение в j-пдоскости реджевских траекторий с разными квантовыми числами. Полученные предсказания для интерсептов траекторий находятся в хорошем согласии с данными опыта. При этом оказывается, что асимптотически в пленарной части чч-амплитуды доминирует взаимодействие электромагнитного типа, сохраняющее s-кэнальную спиральность кварков.

В Главе п изучаются вклады пленарных диаграмм в процессы бинарного рассеяния при высоких энергиях. Анализ основан на полученных в Главе i предсказаниях для связи редаеонов с кварками и su<6)-классификации адронов. Вычислены спиральные вершины связи редаевских траекторий с барионами и мезонами, являющимися s-воляовыми состояниями кварков. Показано, что предсказания планарной картины для соотношений между дифференциальными сечениями процессов, которые определяются

вкладом ъ-канальных нестранных обменов с натуральной спин-четностью, хорошо согласуются с экспериментом. Проведенные оценки вкладов непланарных диаграмм в; бинарные спиновые процессы указывают на сильную зависимость этих вкладов не только от ' кинематических переменных, но и от спинов, спиральных состояний и кваркового состава взаимодействующих частиц.

В Главе щ предлагается ^модель для описания двухчастичных рападов бозонных резонансов с произвольным спином л. Получено выражение, в котором, парциальная ширина распада резонанса л на частицы и ь с произвольными спинами выражается в терминах вычетов {вершин связи траектории

а,, на которой расположен этот резонанс. Вычислены ширины распадов резонансов, расположенных на траекториях векторно-тензорной <у-т) группы о^_т(р,ш,й2..), на псевдоскаляр и вектор, два вектора и ш~пару. Наблюдается согласие предсказаний модели с имеющимися экспериментальными данными.

Обсуждаются вклады чч-состояний, расположенных на ведущих траекториях Вэдае, в процессы двухмезонной га-аннигиляции <NN•♦«71, кк...). Анализ показывает, что система NN является плохим инструментом для формирования резонансов, расположенных на р-ш-<1г-1--траекториях. Вклад этих состояний не превышает нескольких процентов от экспериментальных сечений рассматриваемых процессов.

В Главе IV проводится теоретический анализ экспериментальных данных по эксклюзивному рождению в пи-столкновениях бозонных резонансов со спином ¡¿2, лежащих на р-и 1-траекториях. Анализ основан на модели редавзовэняого

однопионного обмена (орек) и предсказаниях КГК для распадов резонзнсов. Модель количественно описывает большую совокупность данных опыта по дифференциальным сечениям рождения и матрицам плотности резонансов. Вычисления вкладов разрезов показывают, что они не меняют существенно предсказаний однопионного приближения.

Анализируется. вопрос корректного выбора конечных состояний (тт, кк...> в качестве базиса для наиболее эффективного поиска резонзнсов с высшими спинами в этих состояниях.

' Глава у посвящена анализу процессов инклюзивного рождения р-мезонов в лк-столкновениях. Показано, что механизм редаезованного однопионного обмена " доминирует в области фрагментации пучка при значениях фзйнмановской переменной хйО.6. Для описания инклюзивных спектров р-мезонов в центральной области и в области фрагментации мишени используется модель кварк-глюонных струн <МКГС). Обсуждается инклюзивное рождение резонансов с высоким спином, обусловленное пионным обменом.

Интересным свойством пионного 'обмена, которое выявил анализ дифференциальных сечений и матриц плотности конечных состояний, является его универсальность. Последняя проявляется в том, что сход л-мезона с массовой поверхности не приводит к появлению новых спиновых структур в вершине его взаимодействия с адронами. Возникает вопрос: является ли такая универсальность лишь следствием близости пионного полюса к физической области рассеяния юш она характерна для всех обменов, отвечающих вкладу пленарных диаграмм? В связи с этим

представляет интерес анализ характеристик образования высших спинов в процессах, протекающих за счет обменов полосами Редае векторно-тензорной группы.

В Главе VI рассматриваются следствия относительно эксклюзивных и инклюзивных сечений • рождения бозонных ' резонансов, вытекающие из гипотезы об • универсальном, электромагнитном характере взаимодействия траекторий у-т группы с адронами и изложенной в Главе ш модели для распадов резонансов. Вычислены спиральные вершины связи ро^ тл, где р-псевдоскаляр. Показано, что . соотношения между дифференциальными сечениями процессов дакдо, вытекающие из нашей гипотезы, находятся в согласии с данными опыта.

При рассмотрении процессов инклюзивного образования резонансов используется модель кварк-глюонных струн. Подучены соотношения между функциями фрагментации кварков ж дикварков в состояния с произвольным сгошом J в трехредаеонном пределе. Показано, что эти соотношения позволяют количественно описать в рамках МКГС имеющуюся совокупность данных вплоть до л=4. (Данные для х>4 на сегодняшний день отсутствуют).

В Ззк лючении кратко изложены основные результаты, полученные в диссертации.

В Приложении приводятся выражения для спиральных вычетов редаеонов псевдоскалярной и векторно-тензорной груш, а также предсказания МКГС для функций фрагментации кварков и дикварков в векторные мезоны.

Н.з за щ иту выносятся следующие основные результаты диссертации:

I) Проведен анализ планарной части амплитуды чч-рассеяния,

в основе которого лежит мультипориферическая кварн-глоонвая картина. Показано, что:

а) Учет спина кварков и "глюонов" приводит к правильным соотношениям между интерсептами вторичных траекторий Редао с разными квантовыми числами № и ¿К -1)'б

2а (0)-1+о( (0) , 2аА(0)-Л»а (0)

V I* г» А ь

б) Полученные соотношения в существенной степени связаны с векторностью "глюонов". В рассмотренных нами других вариантах, где состояния, испускаемые кварками, чаэдк>тс-я аксиалами, скалярами и псевдоскалярами, соотноше.'гия игскду интерсептами не согласуются с экспериментом;

в) Учет масс кварков приводит к снятию вырождения кеу-ду траекториями аксиальной группы и векторно-тензорной, а таже между траекториями скалярной-и псевдоскалярной групп;

г) КГК предсказывает определенную спиновую структуру взаимодействия кварков с каждой из этих траектории.- Ь частности, асимптотика чч~амшштуда определяется взаимодействием электромагнитного типа, отвечающим ъкляду полюсов векторно-тензорной (у-т) группы

у «(у^,, -

чч Э 1 12

2) Анализ вкладов пленарных диаграмм ь с5инзрнкс пг/лоьыо процессы, основанный на предсказаниях КГК для сыти рсдаооноь с кварками и зи<е)-классификации а-волновых состояний адронов, показал, что:

а). Предсказания нерелятивистской аддитивной кваркоиой модели (АКМ) для соотношений между процессами, в которых

доминируют нестракные ^-канальные обмены натуральной спин-четности (оР=+Х), находятся в хорошем согласии с' экспериментом;

б) Учет в рамках релятивистской кварковой модели (РКМ) релятивистских поправок, связанных с относительным движением кварков в адронах, изменяет, величины спин-флшовых вершин ил N и в пределах 20%. При этом соотношения между ними

практически не изменяются. Что касается переходов без изменения спиральности, то их релятивистские поправки не затрагивают.

3) Для реакций, обусловленных ненатуральными обменами (№=-1) в ^-канале, проведен сравнительный анализ предсказаний АКМ и дисперсионных правил сумм <ДПС) для рассеяния реджеонов на частицах. Показано, что предсказания ДПС лучше согласуются с данными опыта. Что касается вершин взаимодействия с

V V г

КУУ Д

траекториями у-т группы \-i-j и то здесь расчеты в

рамках АКМ и ДПС совпадают.

4) Проведенные оценки вкладов непланзрных диаграмм в бинарные спиновые процессы, основанные на гипотезе асимптотической планарности, указывают на сильную зависимость нешганарных поправок не только от кинематических переменных з и но и от спинов, спиральных состояний и кваркового состава взаимодействующих частиц.

5) Построена модель для распадов бозонных резонансов с произвольным спином л на частицы а и ь с произвольными спинами. Получено выражение для ширины распада л-оь в терминах вычетов (вершин связи траектории на которой расположен резонанс -л. Ддя вычисления соотношений между спиральными

вычетами ^ траекторий у-т группы использовалась АКМ с <1 ь

электромагнитной формой взаимодействия кварков. Расчеты показывают согласие предсказаний модели с данными опыта по распадам резонансов на два псевдоскзляра, псевдоскаляр и вектор и два вектора.

6) Вычислены вклады яч~ состояний, расположенных на ведущих траекториях 'Редае, в процессы двухмезонной мч-анншгиляции тт, юс...). Показано, что формирование резонансов г семейства в системе NN в области масс У5< 2.5 ГэВ кинематически подавлено- вклады этих состояний не превышают нескольких процентов от экспериментальных сечений рассматриваемых процессов.

7) Предложена модель для описания эксклюзивного рождения в яя-столкновениях резонансов с произвольным спином .ь лежащих на р- и г~ траекториях. Модель основана на механизме, реджезованного однопионного обмена и предсказаниях КГК дпя распадов резонансов. Анализ экспериментальных данных показал, что:

а) Модель позволяет описать с единой точки зрения огромный комплекс данных по характеристикам образования резонансов в процессах яи-.^ и лк-лД;

б) Пионный обмен имеет универсальный характер, т.е. формфактор, описывающий сход я-мезонэ с массовой поверхности, не зависит от спина л;

в) При малых (-/^¿О.З ГэВ^с) пионный обмен доминирует вплоть до энергии 175 ГэВ ( измерения при больших энергиях отсутствуют). При не очень высоких энергиях модель описывает

данные опыта в достаточно широкой области переданных импульсов 1ч<1 <ГэВ/с)2;

г) Учет пион-померонных ветвлений не влияет существенно на предсказания однотонного приближения при |-ч»т г.

8) Проведен теоретический анализ процессов инклюзивного образования р-мезонов в да-столкновениях, основанный на предсказаниях орек и модели квэрк-глюонных струн. Показано, что:

а) При х>0.6 инклюзивные спектры р° на тг-пучках определяются механизмом реджезованного однопионного обмена. Модель орей количественно описывает экспериментальные х- и рх-распределения (при р*<0.6 (ГзВ^с)2) в широком интервале начальных энергий;

б) При высоких энергиях (е^ЮО ГэВ) МКГС корректно воспроизводит х-спектры в центральной области и в области фрагментации мишени <-1<х<0.1);

в) В промежуточной области (0.1<х<0.6) существенны вклада! обоих механизмов.

9} Предложено обобщение подхода орей на случай инклюзивного рождения в процессах ич-^х высших спинов 1^2, лежащих на р~ и г-траекториях. Отмечено сужение области применимости орек: по переменной * с ростом массы наблюдаемого резонанса.

10) Рассмотрен механизм образования резонансов с высоким спином на я- и к-пучках, обусловленный ь-канальными обменами натуральной спин-четности. Используя предсказания КГК для спиновой структуры пленарных диаграмм и предсказания модели для распадов резонансов вычислены соотношения' между

спиральными вершинами i*otvJ, где г--псевдоскаляр. Показано, что наши предсказания находятся в согласии с данными опыта по дифференциальным сечениям рождения и матрицам плотности резонансов в бинарных реакциях.

II) Проведено исследование процессов инклюзивного образования бозонных резонансов в рамках МКГС. Получены соотношения между функциями фрагментации кварков и дикварков в состояния с произвольным спином j в трехродаеонном продоле, которые приводят к следующей зависимости инклюзивных сечений бj от спина резонанса j:"

Показано, что полученные соотношения позволяют количественно описать в рамках МКГС имеющуюся совокупность данных опыта по рождению резонансов в tîp-, кр- и рр-столкновониях.

Публика цки

1. Григорян A.A., Иванов Н.Я., Кзйдалов А.Б. Спин в кварк-глюонног картине сильных взаимодействий. Вторичные • траектории Fe дав. г- ЯФ, 3Ü"(I982), I-Î9G.

2. Григорян A.A., Иванов Н.Я. Модель для рзспздиь бозонных резонансов с произвольным спином. - fiî\ 43 (1980), С>УЗ.

3. Григорян A.A., Иванов П.fi. Плэварныс кварко'вые диаграммы и бинарные спиновые процессы.- ЯФ, 46 (1987), 89?.

4- Григорян A.A., Иванов Н.Я., Хачатрян Г.Н. Реджсвские вычеты в релятивистской кварковой модели и дисперсионных правилах сумм,- ЯФ, 52 (1990), 17Ь. 5. Аракелян Г.Г., Григорян A.A., Иванов Н.Я. Современный ста-

туе экспериментальных данных по рождению резонансов с высоким спином на я-пучках.- ЯФ, 51 (1990), 1665.

6. Ar-akelyan G.G., örigoi-y£ui A.A., Ivanov N.Ya. Inclusive pr-oducxioi'l Of \i ' < '-.-./.'i ).Л! u ' in ' i I i i-.ч*: t.i oi i:-;. A

cul analysis.- Z. Phys. G- Pai-tieles and Fields, 52 <1991},, 317.

Технический редактор А.С.Абрамян

Подписано в печать 07.OS.92г. Формат 60x84/16

Офсетная печать. - Тиран 140 экз.

Зак.тип.1й 055

Отпечатано ъ Ереванском физическсш институте Ереван 36, ул.Братьев Аляханян,2