Структура дейтрона на малых межнуклонных расстояниях и его взаимодействие с адронами тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

Список иллюстраций

Список таблиц V

Введение

I ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ЯВЛЕНИЯ В РЕАКЦИЯХ ТИПА NN -> £>тг

1.1 Общий формализм.

1.1. А Релятивистское инвариантное разложение амплитуды реакции NN —> Бтг.

1.1.В Спиральные амплитуды NN —> Ип рассеяния.

1.1. С Разложение спиральных амплитуд по парциальным волнам.

1.2 Механизм реакции.

1.2.А Однонуклонный обмен и вершина 7гNN

1.2.В Диаграмма перерассеяния и внемассовая 7г]У-амплитуда.

1.3 Наблюдаемые.

1.4 Результаты и обсуждение.

Структура атомных ядер на малых (г < 1 фм) межнуклонных расстояниях, соответствующих большим внутренним импульсам (к (ГэВ/с) »г 0.2/г (фм)), привлекает к себе внимание теоретиков и экспериментаторов уже более двадцати лет. Теоретическое описание состояний нуклонов на расстояниях, сравнимых с их "размерами", затруднено из-за отсутствия к настоящему времени единой теории сильных взаимодействий. В рамках КХД, претендующей на роль теории сильных взаимодействий, проблема адронизации кварков к настоящему времени не решена. Пертурбативная КХД описывает лишь (52-эволюцию распределений кварков в адронах и функции их фрагментации, оставляя в стороне вопрос о форме распределений при малых Q2, где уравнения эволюции неприменимы. Существующие непертурбативные методы КХД позволяют исследовать распределения кварков в адронах при малых и средних Q2. Но на малых расстояниях теоретическое изучение ядерной структуры связано с рядом трудностей. В частности, из-за неточечности нуклонов не ясно не только, как описывать взаимодействие между нуклонами, но и насколько адекватно использование нуклонов в качестве квазичастиц. Естественно ожидать проявления эффектов нуклон-нуклонных корреляций и ненуклонных степеней свободы [Ва185] аналогично тому, как перестраиваются внешние оболочки атома при образовании молекул или твердого тела. При этом дейтрон (связанное состояние протона и нейтрона), как простейшее ядро, несущее спин J, четность Р: Jp = 1+, и изоспин 1 = 0, представляет особый интерес. Во-первых, это наиболее изученное ядро как с экспериментальной, так и с теоретической точки зрения. Во-вторых, для дейтрона как для простейшего ядра, легче разобраться с механизмами реакции. В последние годы продолжает активно развиваться программа исследования поляризационных характеристик дейтрона в адрон-ных (COSY (Германия), RIKEN (Япония), ЛВЭ ОИЯИ (Дубна)) и электромагнитных (TJNAF (США)) процессах. Помимо проверки фундаментальных результатов КХД (например, изучения (52-эволюции правила сумм Герасимова-Дрелла-Херна) целью предлагаемых экспериментов является реконструкция амплитуд соответствующих процессов из экспериментальных данных и полное исследование нуклонных импульсных распределений. Последние поляризационные эксперименты TJNAF лаборатории по измерению электромагнитных формфакторов дейтрона привели к заключению, что релятивистские модели, основанные на мезон-обменных силах, работают удивительно хорошо вплоть до больших ф2 [СУ01, 0002]. Такое согласие с экспериментом отсутствует в адрон-дейтронных реакциях. С другой стороны, было обнаружено, что импульсное распределение нуклонов в дейтроне, выделяемое из протон-дейтронных реакций и электрон-дейтронного неупругого рассеяния, совпадают друг с другом [РР96]. Поэтому можно предположить, что как ад-ронные, так и лептонные пробники дают одинаковую информацию о структуре дейтрона. Следовательно, возникает насущный вопрос исследования механизмов адрон-дейтронных процессов для согласования экспериментальной ситуации с лептон-дейтронными данными. Примером реакций, для которых имеется богатый экспериментальный материал, являются реакции фрагментации дейтрона в адроны в кинематической области, запрещенной для свободного нуклон-нуклонного рассеяния, так называемые кумулятивные процессы [Ва185, К881]. Кажется естественной идея теоретического исследования поляризационных характеристик реакций кумулятивного рождения различных адронов с разным кварко-вым составом, что дает необходимую возможность для изучения механизмов реакций, различных аспектов спин-орбитальных взаимодействий в дейтроне и роли ненуклонных и кварковых степеней свободы. Однако, прежде чем переходить к рассмотрению вкладов ненуклонных степеней свободы и более сложных механизмов реакции, необходимо учесть предсказания нуклонной модели в ведущем порядке [АКУ85, А8КУ85] и для разных схем учета релятивистских эффектов в связанной системе [РЭ81, Р888, ЬукЭЗ].

Общее свойство всех моделей кумулятивного рождения адронов - участие в процессе жесткого массивного (тяжелее нуклона) внутриядерного образования, на котором и происходит рождение кумулятивной частицы. По способу формирования этого образования все модели можно разделить на "горячие" и "холодные" [Е£г82, ЕГг97]. В рамках "горячих" моделей массивное образование создается влетающим в ядро адроном [02877, КЭ80, ЭЬи76, Кор86] (либо за счет многократного перерассеяния, либо за счет сжатия ядерной среды и образования тяжелого файербола). В "холодных" моделях массивное образование является неотъемлимой частью структуры ядра. Это флуктуации плотности ядерного вещества -"флуктоны Блохинцева" [В1о57], выступающие ныне либо как многокварковые образования [ЬТ79, ВЬТ84, N087], либо как малонуклонные корреляции [РЭ81, РЭ88], правильно описывающие поведение высокоимпульсного хвоста Ферми-распределения нуклонов ядра.

Важным источником информации о характере нуклон-нуклонных корреляций в ядрах является исследование дейтроно-подобных короткоживущих пр-конфигураций, введение которых позволяет понять механизм ядерного фотопоглощения при энергиях выше гигантского дипольного резонанса и ниже порога пионного рождения [Ьеу51, КИо52]. В настоящее время активно проводятся исследования нуклон-нуклонных корреляций в ядерной материи [ЕЕ98] и конечных ядрах [КС01] в рамках микроскопических теорий многих тел. Таким образом, представляется важным изучение свойств дейтроно-подобных конфигураций как в бесконечной коррелированной ядерной материи, так и для некоторых ядер, свойства основного состояния которых описаны с высокой точностью, используя спин-изоспин зависимые корреляционные функции и современные высокоточные микроскопические потенциалы.

Целью работы является, во-первых, исследование структуры дейтрона на малых меж-нуклонных расстояниях на основе всестороннего анализа реакций пионорождения NN £>7г, упругого протон-дейтронного рассеяния назад и процесса фрагментации дейтронов в кумулятивные пионы, включая в рассмотрение релятивистские ядерные эффекты, ну-клонные и ненуклонные степени свободы, во-вторых, указать постановку новых экспериментов для извлечения принципиально новой информации о механизме реакций и об экзотических состояниях в ядрах, и, в-третьих, исследовать свойства возможных дейтроно-подобных конфигураций в бесконечной коррелированной ядерной материи и симметричных ядрах.

Диссертация состоит из введения, четырех глав основного содержания и заключения. В начале каждой главы формулируется рассматриваемая в ней проблематика, в конце — приводятся основные результаты.

4.3 Выводы82

2. Поведение U- и И^-функций QD-пары в коррелированной среде испытывают значительные изменения. Если в случае ^-волновой компоненты различия проявляются только на малых относительных расстояниях (г < 1 фм), Р-функция QD-пары значительно усиливается по отношению к дейтронной wD(r) в широком диапазоне О < г < 2 фм. Этот результат находится в согласии с выводами недавних исследований дейтроно-подобных конфигураций в легких ядрах [FPP+96]. Авторы этой работы пришли к выводу, что распределения плотности пр-пар, несущих дейтронные квантовые числа, в ядрах 3Не, 4Не, 6Li, 7Li and 160 сохраняют величину и структуру дейтронного распределения.

3. Суммирование Рр(кд) по кс позволило найти полное число Vd QD-nap, и, как следствие, привело к микроскопическому расчету фактора Левинжера, ЦЛ). CBF-результат для симметричной ядерной материи, L(oo) = 11.63, примерно на 20 % больше приводимого в литературе ЬьеУ(оо) = 9.26. Для тяжелых ядер ЬьеУ(-4) и LLaget(^4) ограничивают наш CBF-результат с обоих сторон, который следовательно согласуется с экспериментальными данными в рамках квазидейтронной феноменологии. Наблюдается прекрасное совпадение расчитанных значений фактора Левинжера для дважды магических ядер 160 и 40Са с экспериментом [А+86, СВВ+82] и с результатами расчетов эффективного числа дейтронов ядра [KR81, VKK+81, KF85, NNR+88],

4. Нужно отметить, что теоретическое значение L(А) в диапазоне 150 < А < 250 является почти постоянным. Учет поверхностных ядерных эффектов при вычислении фактора Левинжера, приводит к слабому росту Ь(Л) ~ Л-1/3 с увеличением числа нуклонов ядра А, и даже при А ~ 200 мы находимся довольно далеко от асимптотического режима.

Ожидается, что высшие кластерные вклады [FF98], опущенные в настоящей работе и возникающие при добавлении узлов на диаграммной структуре рис. 4.1, не приведут ни к изменению основных выводов, касающихся QD-распределения в симметричных ядрах, ни к заметным вариациям величины фактора Левинжера [РМС01].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ85

В заключение хочу выразить глубокую благодарность Геннадию Ивановичу Лыкасову и Анатолию Григорьевичу Литвиненко, совместные исследования с которыми позволили сформулировать основные положения диссертации.

Выражаю глубокую признательность коллективу сектора Научно-экспериментального отдела релятивистской ядерной физики ЛВЭ ОИЯИ за понимание и плодотворное сотрудничество.

Сердечно благодарен Аникину Игорю Валерьевичу, Беднякову Вадиму Александровичу, Бондареву Валерию Константиновичу, Бондаренко Сергею Григорьевичу, Бурдано-ву Якову Валерьевичу, Герасимову Серго Борисовичу, Гладышеву Алексею Валерьевичу, Доркину Сергею Михайловичу, Дорохову Александру Евгеньевичу, Ефремову Анатолию Васильевичу, Котикову Анатолию Васильевичу, Кочелеву Николаю Иннокентьевичу, Лапину Сергею Анатольевичу, Лукьянову Валерию Константиновичу, Монахову Дмитрию Евгениевичу, Нерсесяну Армену Петросовичу, Павловскому Олегу Владимировичу, Палию Юрию Григорьевичу, Рзянину Михаилу Владимировичу, Саркисян-Гринбауму Едварду, Семиху Сергею Сергеевичу, Сидорову Александру Викторовичу, Смирновой Оксане Григорьевне, Теряеву Олегу Валериевичу, Титковой Ирине Викторовне, Чередникову Игорю Олеговичу, Чувильскому Юрию Михайловичу за обсуждение многих проблем и ценные советы.

Я благодарен ректорату Саратовского государственного университета, кафедре Теоретической и математической физики и лично Смолянскому Станиславу Александровичу за поддержку и активную помощь на протяжении всей моей научной карьеры.

Благодарю дирекцию Лаборатории высоких энергий за превосходную поддержку при проведении данных исследований, а также дирекцию Лаборатории теоретической физики за предоставленную возможность защиты диссертации в ЛТФ.

Я также благодарен всем своим соавторам.

А. Ю. Илларионов и Г. И. Лыкасов, Поляризационные явления в реакциях типа NN о Dn, ЯФ 64, #8, 1469-1485, (авг. 2001), Phys. Atom. Nucí. 64, #8, 1392-1408 (Aug. 2001), [nucl-th/9807075].

A. Yu. Illarionov and G. I. Lykasov, Relativistic and Polarization Phenomena in NN ->• Dn Processes. (1998), [JINR-E2-98-296].

A. Yu. Illarionov and G. I. Lykasov, Relativistic Calculation of Polarization Observables in NN —y Dir Processes, in Proceedings of the 14th International Seminar on High-Energy Physics Problems: Relativistic Nuclear Physics and Quantum Chromodxjnamics " Dubna ISHEPP-98", August 17-22, 1998, edited by A. M. Baldin, V. V. Burov, and A. I. Malakhov (Dubna: JINR, 1998), vol. II, pp. 153-164, [nucl-th/9812060].

A. Yu. Illarionov and G. I. Lykasov, Deuteron P-Wave in Elastic Backward Proton-Deuteron Scattering, Phys. Rev. C64, #4, 044004 (Oct. 2001), [nucl-th/0012062].

A. Yu. Illarionov and G. I. Lykasov, Possibly to Test the Mechanism of Elastic Backward Proton - Deuteron Scattering? (2000), ICTP Preprint No.IC2000185, [nucl-th/0012018],

A. Yu. Illarionov and G. I. Lykasov, Deuteron Structure at Small N-N Distances from Inelastic eD and pD Reactions, in Proceedings of the 5th Workshop on Electromagnetically Induced Two Hadron Emission, Lund, Sweden, 13-16 June 2001, edited by P. Grabmayr (Lunds Universitet, 2001), [nucl-th/0112054].

A. Yu. Illarionov, A. G. Litvinenko, and G. I. Lykasov, Polarization Phenomena by Deuteron Fragmentation into Pions, Eur. Phys. J. A (2002), see [8], [hep-ph/0007358].

8]

9]

10]

И]

12]

13]

14]

A. Yu. Illarionov, A. G. Litvinenko, and G. I. Lykasov, Polarization Phenomena by Fragmentation of D enter on to Pions (2000), see [7], [JINR-E1-2000-258], [hep-ph/0007358].

А. Ю. Илларионов, А. Г. Литвиненко и Г. И. Лыкасов, Теоретический анализ тензорных анализирующих способностей в реакции фрагментации дейтронов в пионы, ЯФ (2002), см. [13], [JINR-P2-2001-104].

A. Yu. Illarionov, A. G. Litvinenko, and G. I. Lykasov, Angle Dependence of Polarization Observables by Fragmentation of Deuterons to Pions, Czech. J. Phys., Suppl. A 51, A307 (2001), [nucl-th/0012290],

A. Yu. Illarionov, A. G. Litvinenko, and G. I. Lykasov, Polarization Phenomena in Fragmentation of Deuterons to Pions and Non-nucleon Degrees of Freedom in the Deuteron, in Proceedings of the 9th International Workshop on High-Energy Spin Physics "Dubna SPIN-01", Russia, 2-7 August 2000, edited by A. V. Efremov (Dubna: JINR, 2001), [hep-ph/0112215],

A. Yu. Illarionov, A. G. Litvinenko, and G. I. Lykasov, The Study of Reaction of Deuteron Fragmentation into Cumulative Pions, in Proceedings of the International Workshop on Relativistic Nuclear Physics: "From Hundreds MeV to TeV", Slovak Republic, Stara Lesna, June 26 - July 1, 2000 (Dubna: JINR, 2001).

А. Ю. Илларионов, А. Г. Литвиненко и Г. И. Лыкасов, Теоретический анализ тензорных анализирующих способностей в реакции фрагментации дейтронов в пионы (2001), см. [9], [JINR-P2-2001-104].

О. Benhar, A. Fabrocini, S. Fantoni, A. Yu. Illarionov, and G. I. Lykasov, Deuteron Distribution in Nuclear Matter, Nucl. Phys. A (2002), [nucl-th/0106042].

О. Бенар, А. Фаброцини, С. Фантони, А. Ю. Илларионов и Г. И. Лыкасов, Ква-зидейтронные состояния в ядерной материи и конечных ядрах, в Сборнике V открытой конференции молодых ученых и специалистов, Дубна, Россия, 5-10 февраля 2001 (Дубна: ОИЯИ, 2001). О