Возбуждение ядерных и адронных степеней свободы в адрон-ядерных взаимодействиях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

У*

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА. ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ Ы. Е ЛОМОНОСОВА

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи УДК 539.17

КОРОТКИХ Владимир Леонидович

ВОЗБУЖДЕНИЕ ЯДЕРНЫХ И АДРОННЫХ СТЕПЕНЕЙ СВОБОДЫ В АДРОН-ЯДЕРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ

01. 04.16-физика ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

•МОСКВА 1990

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте ядерной фивики Московского государственного университета имени М.Н Ломоносова.

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

А. А. .Тяпкин (ОЙЯИ, г.Дубна)

доктор физико-математических наук Л А. Кондратюк (ИТЭФ, г. Мэсква)

доктор физико-математических наук Л Д. Блохинцев (НИИЯФ МГУ, г. Москва)

Ведущая организация - Институт теоретической фивики АН УССР

Защита диссертации соотоится " " _ 1090 г.

в_ чао. на васедании Специалиеированного Совета

Д-053.05.42 в Московском государственном университете им. и. В. Лэмонооова по адресу: 119899 Москва, НИИЯФ ИГУ, 19 корп., аудитория ¿'-15.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ. Автореферат разослан " _ 1990 г.

Ученый секретарь Специализированного Совета доктор физико-математических наун^' профессор ^

Е. А. Романовский

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

АКТУАЛЬНОСТЬ. Ядра и адроны являются сложными составными системами. В неупругих процессах происходит возбужденно их внутренних отепеней свободы. Характер вовбувдения зависит от структуры адронов и ядер и сил между составляющими этих систем. В диссертации рассматриваются процессы возбуждения состояний непрерывного спектра ядра и реакции образования адронных ревонансов на ядрах. Особый интерес представляют квазикогерентные процессы дифракционного ровдения частиц с возбуждением дискретного уровня ядра, в которых одновременно возбуждаются как ядерные, так и адронныэ степени свободы.

Исследуемые в диссертации реакции относятся к так называемым мягким процессам, идущим с малой передачей импульса и энергии частице мишени. Для таких процессов нет последовательной микроскопической теории, типа квантовой хромодинамики, используемой для описания зяеетких процессов. Современное состояние теории этих процессов таково, что для адекватного описания экспериментальных данных необходима разработка феноменологических подходов, использующих представления' о составной природе чаотиц, о связи каналов реакции.

Эта задача особенно актуальна при исследовании механизма прохождения адрона как возбужденной составной системы черед ядерную материю . Под возбужденной адронной системой имеют в виду адронный реэонано или некоторую адронную систему с заданной эффективной. массой, которые пролетают через ядро и регистрируются по продуктам их распада. Проблема прохождения адронной оиотемы через ядро включает в себя ряд актуальных задач, таких как определение сечения в8аимодействия нестабильного адронного резонанса с нуклоном, изучение эффектов неупругой экранировки (антиэкранировки) в процессах неутгругой дифракции адронов на ядрах и др. Исследование этой проблемы позволит пролить свет на динамику взаимодействия адронов с ядром, которое является уникальным анализатором пространственно-временного развития процесса на малых межнуклоннчх расстояниях. От теории требуются новыэ адекватные понятия и представления, учитывающие эффекты многократных неупругих соударений. Необходимы также предложения и теоретическая разработка экспериментов, в которых эти эффекты

проявлялись бы в наибольшей степени.

Другой актуальной проблемой адрон-ядерных взаимодействий является вопрос о механизмах реакции расщепления ядра. Наиболее остро он стоит при исследовании спектра возбуждения ядра и угловых корреляций продуктов растепления ядра в области гигантских мультипольных резонансов в свяви с вадачей о соотношении вкладов прямого и резонансного механизма Эта задача тесно связана о известной проблемой импульсных распределений ядер-продуктов, имеющей важное прикладное значение в решении вопросов радиационной валиты, космохимии. Расчеты сечений реакций расщепления ядер с образованием излучающих % -кванты дочерних ядер важны также для решения проблем астрофизики, связанных о й" -астрономией сверхвысоких энергий.

ЦЕЛЬ настоящей работы состоит в теоретическом исследовании процессов возбуждения ядерных и адронных степеней свободы в адрон-ядерних взаимодействиях. Основной акцент делается на изучении механизмов реакций. В упругом по адрону рассеянии исследуются прямой и резонансный механизмы расщепления ядра. В реакциях с изменением адронного состояния - механизм прохождения адронной системы через ядро. Разрабатываются новые корреляционные эксперименты, наиболее информативные при исследовании эффектов, связанных с механизмами адрон-ядерных взаимодействий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов работы ваключается в следующем

1. Теория расщепления ядер, основанная на концепции сильной свяви каналов, обобщена на процессы под действием адронов с энергией в несколько ГэВ. Проведено теоретическое исследование свойств корреляционных сечений реакции расщепления А(а,а'ЮХ, в, наибольшей степени зависящих от соотношения вкладов прямого и резонансного механизмов и их интерференции между собой.

2. Цюведено теоретическое исследование реакции расщепления ядра с образованием возбужденного дочернего ядра. В рамках единой теории прямых и резонансных процессов дано описание эксклюзивного дифференциального сечения в реакции 16 ОСл"1", ТЕ"1" р) ^ N^(3/2") по данным эксперимента ИТЭФ.

3. Предложена и теоретически разработана новая постановка эксперимента А( а, а' X) (? ■+ у , в котором регистрируются адрон

а' и У-квант. Измерение размытого (вследствие эффекта Доплера) энергетического спектра фотонов, излучаемых дочерним ядром Я* , дает возможность получить информацию о прямом и резонансном механизмах реакции и исследовать свойства непрерывного спектра ядра в области мультипольных резонансов.

4. Впервые установлена важная роль некогерентного сечения при определении сечения взаимодействия резонанса с нуклоном из эксперимента в недифракционных процессах типа ) на ядрах. Проведен анализ данных экспериментов ИТЭФ и МИФИ. Впервые получено сечение^Ы-взаимодействия из недифракционных процессов.

5. Впервые проведен анализ данных дифракционного процесса (5Г, ЗЯ") на ядрах (эксперимент ЦЕРН при 15 ГэВ/с) с учетом зависящего от эффективной массы трех пионов и параметров модели некогерентного сечения. Получен нетривиальный результат о зависимости сечения (3701*- взаимодействия от эффективной массы трех пионов.

6. Предложен новый, основанный на непертурбативном подходе метод анализа эксклюзивных данных о процессах дифракционного рождения частиц на ядрах. О его помощью проведен анализ данных о процессе (5Г, З'л ) на ядрах при 40 ГэВ/с и впервые получено количественное описание одновременно А -, V - зависимостей сечения и относительных фаз ядерных парциальных амплитуд. Дано объяснение эффекта "усиления хода" ядерных фаз о ростом эффективной массы трех пионов.

7. Разработана феноменологическая теория квазикогерентных процессов упругой и неупругой дифракции адронов на ядрах в непертурбативном подходе.

8. Установлена роль и дано теоретическое обоснование двухступенчатого механизма рождения частиц и возбуждения ядра в процессах неупругой дифракции адронов. О учетом этого механизма подучено хорошее описание данных эксперимента

9. федложен и обоснован оригинальный метод определения оечения взаимодействия тяжелых векторных мевонов с нуклоном из анализа данных о фоторождении мезонов о возбуждением дискретного • уровня ядра

НАУЧНАЯ И ПРАКТИЧЕСКАЯ ЦЕННОСТЬ РАБОТЫ.

Единая теория расщепления ядер, обобщенная на процессы под действием адронов высокой энергии, может быть использована для анализа процессов расщепления ядра различными адронами (р.п,1Г , К) при высоких энергиях. Она позволяет учесть искажение волны пролетающего адрона, а также прямой и резонансный механизмы расщепления ядра.

Разработанные корреляционные эксперименты А(а,а'ЮХ и А(а, а'Х)1?*—»-Р? могут быть эффективными методами исследования непрерывного спектра ядра в области мультипольных ревонаноов.

Результаты изучения реакций расщепления ядер адронами. расчеты углового и энергетического распределения продуктов расщепления найдут свое применение в прикладных областях: радиационное материаловедение и эащита, космохимия. Сечения процессов расщепления с излучением фотонов дочерними ядрами необходимы в % -астрономии сверхвысоких анергий..

Найденное из эксперимента значение сечения взаимодействия р - мезона с нуклоном может быть использовано для проверки теории сильных взаимодействий: аддитивной кварковой модели, квантовой хромодинамики, гипотезы векторной доминантности. Предложенный способ определения этого сечения уже нашел применение в ряде научных центров страны.

Новый метод анализа эксклюзивных данных о процессах дифракционного рождения частиц '-'на-, ядрах в непертурбативном подходе можно рекомендовать для применения с целью исследования эффектов многократных неупругих взаимодействий (неупругой экранировки) в различных процессах неупругой дифракции.

Найденные значения п-ступенчатых амплитуд могут быть использованы для глубокой проверки моделей, претендующих на описание многоканальной неупругой дифракции на нуклоне, в частности. кварк:партонной модели, модели двух-глюонного обмена, модели релятивистской струны и т. д..

Теория квазикогерентных процессов можзт служить для изучения динамики прохождения адрона черев ядро в процессах упругой и неупругой дифракции. Кроме главного преимущества квазикогерентных процессов - регистрации конечного состояния

ядра в каждом событии, имеется дополнительная возможность исследовать механизм прохождения адрона через ядро по угловому распределению фотонов от девозбуждения ядра.

Результаты исследования позволили дать теоретическую интерпретацию известным экспериментальным данным, не имевшим ранее объяснения: дифференциальное сечение процесса (ОТ , з 1Г) о возбуждением 2*(4. 44 МэБ)-уровня ядра углерода при б ГэВ/с, зависимость ядерных фаз парциальных амплитуд процесса (Я'.З'ЗТ) при 40 ГэВ/с от эффективной массы трех пионов, дифференциальное сечение образования ядраг5Ы( 3/2", 6.32 МэВ) в процессе расщепления ядра кислорода пионами с импульсом 2.0 ГэВ/с.

Часть результатов вошла в совместные публикации с экспериментальными . группами Г. А. Лексина (ИТЭФ), 0. А. Займидороги (ОИЯИ), Ф. М. Сергеева (МИФИ), И. В. Кирпичникова (ИТЭ5) и была использована в работах сотрудников ОИЯИ, ИТЭФ и ИТ® АН УССР.

Результаты настоящей работы могут быть рекомендованы для использования научными коллективами, ведущими экспериментальные и теоретические исследования по физике адрон-ядерных взакмодей-отвийСЛЯП ОИЯИ, ИФВЭ, ИТЭФ, ШФИ. ЛИЯФ, ИТФ АН УССР. НИИЯФ МГУ).

НА ЗАЩИТУ ВЫНОСЯТСЯ:

1. Обобщение единой теории однонуклонного расщепления ядра на процессы под действием адронов с энергией в несколько ГэЕ Разработка метода исследования непрерывного спектра ядра посредством корреляционных экспериментов с регистрацией рассеянного адрона и выбитого нуклона или фотона, излучаемого дочерним ядром. Результаты теоретического анализа корреляционных сечений'реакций А(а,а'М)Х и А(а,а'Х)[?-В +У .

2. Определение полного сечения И-взаимодействия на основе теоретического анализа некогерентного сечения процесса {1С, у ) на ядрах по экспериментальным данным ИТЭФ и МИФИ.

3. Разработка нового, основанного на непертурбативном подходе метода анализа эксклюзивных данных о процессах дифракционного рождения частиц на ядрах с целью исследования эффектов неупругой экранировки. Аналиэ данных о процессе (ЗГ.3 5Г ) на ядрах при 40 ГэВ/о и количественное описание наблюдаемого эффекта "усиления хода" ядерных фаз. Вывод о том, что этот эффект обусловлен неупругими переходами адрона в многократных

столкновениях.

4. Феноменологическая теория квазикогере'нтных процессов упругой и неупругой дифракции адронов на ядрах в непвр-турбативном подходе.

5. Обоснование и результаты теоретического исследования двухступенчатого механизма рождения частиц и возбуждения ядра в процессах неупругой дифракции адронов.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследования были представлены на международных конференциях по физике высоких энергий и структуре ядра (IV,Дубна, 1971; VII .Цюрих, 1977; IX,Версаль, 1981; Х,Гейдельберг.1984), докладывлись на международных совещаниях "Взаимодействие частиц высокой энергии с ядрами и новые ядерно-подобные системы" (Мэаква,1974)."Вваимодействив элементарных частиц с нуклонами и ядрами" (Москва,1976). "Проблемы дифракционной диссоциации пионов на ядрах" (Дубна,1975-1986), "Мезоны и легкие'ядра" (ЧССР,1988). на XXIV Совещании по ядерной спектроскопии и структуре ядра (Харьков,1974), на проблемном семинаре "Взаимодействие частиц и ядер высокой энергии с ядрами" (Ташкент, 1978 .1981), на всесоюзных конференциях "Теория систем нескольких частиц о сильным в8аимодействием"(Киев,1985). "Взаимодействие пионов и каонов с ядрами'Ч Тбилиси,1988), на Оеосиях ОЯЬ АН СССР (Ленинград, 1974; Иэсква, 1975,1978.1982-1986).

ПУБЛИКАЦИИ. Содержание диссертации основано на результатах исследований, изложенных в статьях советоких и международны! журналов. сборниках, докладах на конференциях и т. д.. (40 публикаций). Список работ, содержащих наиболее важные результаты, приведен в конце автореферата.

ВКЛАД АВТОРА в исследования, включенные в диссертацию, является определяющим. В работах, выполненных совместно о экспериментаторами," его вклад'* состоит в разработке теоретического подхода и программного обеспечения теоретического анализа, в сравнении результатов расчета о экспериментом и формулировке выводов.

СТРУКТУРА И ОВЬЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация, состоящая ив введения. пяти глав, заключения и списка литературы (253 наименования), изложена на 338 страницах, включая 81 рисунок и 10 таблиц.

в

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении дана обшая характеристика проблем, раскрывающая актуальность диссертации, сформулированы цель исследования, научная . новиэяа и практическая ценность полученных результатов, представлены основные положения, выносимые на валюту.

ПЕРВАЯ ГЛАВА посвящена изложению концепции сильной связи каналов, которая является теоретической основой при рассмотрении, о одной стороны, реакций расщепления ядра и, с другой стороны, процессов рождения малочастичных адронных систем на ядрах.

В фивике ядерных реакций остро стоит проблема о соотношении вкладов прямого и реаонансного механизмов расщепления ядра Реакции расщепления ядра различными частицами при энергиях до нескольких сотен МэВ широко исследуются экспериментально (Янгблад-1977г., Кнопфль-1979г. .Дмитриев и др. -1987г.). В этих яооледованиях при анализе сечений воэбуящения гигантских мультипольных реэонансов и угловых распределений продуктов их распада возникает вопроо об адекватном описании вкладов как прямого, так и резонансного механизмов расщепления. Решение задачи сильной связи каналов обеспечивает описание вклада обоих механизмов, которые являются предельными случаями единой теории (Фешбах-1958, Мах и Вайденмюллер-1969). Примером решения такой задачи являются исследования в пионерских работах В. К Балашова и сотрудников (1069-1973г. г.) и в работах последнего времени Кавинато и др. (1985-1988Г. г.) по электрорасадэплению ядер. При .этом открытым оставался вопрос о возможностях исследования непрерывного спектра ядра с помощью реакций расщепления пооредотвотоильно-взаимодействующих высокоэнергетических частиц. Неразработанной являетоя проблема учета искажения волны пролетающей частицы о энергией в несколько ГэЕ Актуальная задача - разработка новых методов экспериментального наследования непрерывного спектра ядра Шрспективным направлением является постановка экспериментов, в которых на совпадение регистрируется рассеянный адрон и гамма - квант, ивлучаемый дочерним ядром. Вследствие эффекта Доплера # - линия в такой постановке эксперимента размывается в широкое (100 - 300 КэВ) энергетическое распределение (функцию Доплера). Открытыми вопросами являются свойства этого распределения, проявление в

них особенностей прямого и ревонансного механизма и эффектов, связанных с выстроенностью дочернего ядра.

Постановке задач в связи с исследованием механизма прохождения нестабильных адронных систем череэ ядро посвящены разделы 1.3-1.5. Естественным обобщением теории многократного рассеяния Глаубера-Ситенко(1959 г.) на процессы рождения явилась модель Колбига и Марголиса (КМ) (1968 г.), учитывающая одно неупругое по адрону столкновение о ядром ( пертурбативный подход). Она широко использовалась для аналиэа процессов фоторовдения и дифракционного ролщения резонансов, идущих на нуклоне с обменом реджионом с нулевыми квантовыми числами. Возникает вопрос о том, как, не выходя 8а рамки модели КМ, описывать недифракционные процессы , идущие на нуклоне посредством обмена реджионом с ненулевыми квантовыми числами. Что и как нужно измерять в эксперименте, чтобы в таких процессах определять сечение взаимодействия резонанса с нуклоном ?

Другой круг вопросов связан с отказом от приближения модели КМ. К началу 80-х годов накопилась экспериментальная информация (большие . флуктуации параметра (эц модели КМ), появился ряд теоретических работ ( Миеттинен и Пашлин-1979 г.. Замолодчиков и др. - 1979 г., Чиж и Зиелинский-1980 г.. Николаев-1981 г.), критикующих модель КМ. В рамках многоканальных схематических моделей неупругой дифракции на нуклоне было показано, что параметр <дь нельзя интерпретировать как полное сечение -взаимодействия, где Ь - нестабильное адронное состояние. Получила экспериментальное подтверждение идея неупругой экранировки( Памплин и Росе-1968 г., Грибов-1969 г.), когда налетающая частица или фотон в результате, по крайней мере, двух неупругих соударений в ядре переходит в промежуточное, а затем возвращается в начальное состояние. Учет вклада даже только двух неупругих соударений о дифракционными переходами в промежуточные состояния (Карманов и Кондратюк -1973 г.) дает хорошее описание полных адрон-ядерных сечений и дифференциальных сечений упругого рассеяния. Стал насущным вопрос об обобщении модели КМ на случай многократных неупругих соударений.

Такое обобщение возможно в рамках непертурбативного подхода, основы которого заложены в работах Фейиберга и Померанчука (1956

г.) и Гуда и Уолкера (1960 г.). В работе Копелиовича и Лапидуса (1978 г.) было покавано, что этот подход, называемый также методом собственных состояний, примененный к процессам на ядрах, эквивалентен теории многократного рассеяния с учетом всех неупругих столкновений. Полная неупругая дифракция (сумма по всем дифракционным конечным состояниям, отличным от начального) на нуклоне или на ядре может быть вычислена, если известна внутренняя ■ волновая функция налетающего адрона. Именно эта величина вычисляется для неупругих процессов на ядрах в таких моделях, как кварк-партонная модель(Миеттинен и Памплин-1978 г., Замолодчиков и др.-1079 тг., Копелиович и Лапидус-1978 г., Враун и Шабельский-1983 г.), модель двухглюонного обмена (Замолодчиков и др.-1981, Бертч и др.-1981). Для реакций с определенным конечным адронным состоянием эти модели не пригодны, т.к. они не разработаны в такой степени, чтобы вычислять волновую функцию нестабильного адронного состояния. Поэтому приходится полагать ее .равной волновой функции адрона в начальном состоянии (Копелиович,1986), либо использовать феноменологические подходы, независящие от моделей дифракции на нуклоне (Николаев, 1981 г.). Проблема неупругой экранировки (роль многократных неупругих взаимодействий) в неупругих процессах на ядрах находится в стадии становления. Для ее решения необходимы не только новые модели, но и разработка новых методов анализа данных в рамках непертурбативного подхода с целью исследования свойств' неупругой экранировки.

ВТОРАЯ ГЛАВА посвящена исследованию процессов возбуждения ооотояний непрерывного спектра ядра частицами высокой энергии/1-4/. Раскрывается • необходимость постановки корреляционных экспериментов и обсуждаются преимущества сильно-взаимодействующих пробных частиц при исследовании процессов расщепления ядра. Раздел 2.2 посвящен построению волновой функции конечного состояния ядра-мишени в вадаче сильной связи каналов на базисе волновых функций многочастичной оболочачной модели. Обобщение теории раошепления ядра на процессы под действием адронов о энергией в несколько ГэВ представлено в разделе 2.3. На примере реакции расщепления ядра углерода электронами и протонами '(Адичественно исследуются спектр возбуждения, эффекты искажения волны

рассеянной частицы и свойства корреляционных сечений (рио.1). Показана большая информативность корреляционных экспериментов А(а,а'ВДХ при изучении непрерывного спектра ядра в области муль-типолъных резонансов.

Проведен расчет дифференциального сечения образования возбужденного дочернего ядра в реакции 1в 0(57"*", /5_Ы*(3/2-) при импульсе пионов 2.0 ГэВ/с, который дает удовлетворительное описание эксперимента группы И.Е Кирпичникова (ИТЭФ). Разработана новая постановка эксперимента А(а,а'К)К + # . в котором необходимо ивмерять функцию Доплера - энергетический'спектр фотонов. Его форма связана о импульсным распределением излучащего дочернего ядра и выстроенностью спина этого ядра, чувствительных к динамике процесса. Исследованы различные симметрийные свойства функции Доплера и ее особенности в предельных случаях прямого и резонансного механизмов реакции. Проведен расчет функции Доплера для реакции 16 0(Ж*, /5*К*—где или /50

(рис.2). Показана важная роль интерференции прямого и резонансного механизмов и необходимость учета вьютроеннооти спина дочернего ядра

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ представлена теория рождения резонансов на ядрах для недифракционных процессов с учетом спин-ивоспиновой структуры амплитуды процесса на нуклоне и результаты ее применения к анализу конкретных процессов /5-11/. Впервые поотавлен и исследован вопроо о важной роли некогерентного сечения (сумма по всем возбужденным состояниям ядра) при определении сечения взаимодействия резонанса, с нуклоном для процессов типа (7Г ,р ) из сравнения о экспериментом. Показано, что иэ-ва доминирования в амплитуде процесса на нуклоне спин-изоспиновой части, связанной с обменом виртуальным пионом, некогерентное сечение процесса больше, чем когерентное, во всей области ; переданных импульбов. Предложено использовать А-еависимость некогерентного сечения для определения сечения взаимодействия резонанса с нуклоном. Разработано программное обеспечение /14/ теоретического анализа данных в рамках стандартных приближений модели КМ. Совместно о экспериментаторами проведен анализ данных о процессах (5Т".^в) при а 7 ГэВ/с /7-9/ и (7Г~, ^г) при 3.9 ГэВ/с /10-ц/ на ядрах. Данные о процессе

в эксперименте группы Г. А. Лексина (ИТЭФ) получены в результате отбора событий по недостающей массе, выбранной равной массе нуклона. Это позволило исключить вклад многократных неупругих соударений и использовать адекватную данным модель КМ. Впервые получено сечение р N - взаимодействия из недифракционных процессов. Его значение согласуется со значениями, найденными в процессе (у , и с предсказаниями аддитивной кварковой модели.

Впервые проведен анализ данных с учетом зависящего от эффективной массы трех пионов и параметров теории некогерентного сечения/13/ для процесса (5Г, 355") на ядрах при 15 ГэВ/с (эксперимент ЦЕРН). Полученное сечение(37Т) N -взаимодействия увеличивается с ростом эффективной массы и достигает двух значений сечения на правом склоне пика в спектре масс трех пионов. Остается открытым вопрос об интерпретации сильной зависимости сечения(35Г)М-вза-' имодействия от эффективной массы.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА посвящена разработке /15-17/ нового метода аналиэ'а эксклюзивных данных о процессах дифракционного рождения частиц на ядрах. Расчет поправок, учитывающих многократные неупругие соударения, зависит от многих неизвестных параметров в многоканальной теории неупругой дифракции или в моделях, основанных на методе собственных состояний. Перед теорией встает вадача поиска такой параметризации амплитуды на ядре, которая имела бы минимальное количество параметров, учитывала бы эффекты неупругой экранировки и не зависела бы от очень грубых в настоящее время приближений моделей неупругой дифракции на нуклоне. При этом важно, чтобы из найденных параметров можно было иввлечь информацию о неупругой экранировке или хотя бы установить факт ее проявления в данной реакции.

Новый метод анализа данных/16/ основан на разложении ядерной амплитуды по кратностям столкновений и не зависит от моделей дифракции на нуклоне. Проанализированы различные параметризации ядерной амплитуды и выбрана оптимальная, позволяющая с максимальной точностью определять параметры теории из эксперимента. Эти параметры - полные п-ступенчатые амплитуды неупругой дифракции при нулевом угле рассеянгя содержат■ информацию о совокупности всех упругих и неупругих переходов .

и

адрона при его прохождении через ядро. Их значения, полученные иэ • сравнения с экспериментом, могут быть использованы для проверки будущей микроскопической теории многоканальной дифракции адронов на нуклоне. Предложен способ (критерий), позволяющий по найденным значениям n-ступенчатых амплитуд однозначно судить о проявлений эффектов неупругой экранировки в процессах дифракции адронов на ядрах.

Проведен анализ совокупности данных о процессе (и, Зк) на яд pax при 40 ГэВ/о (эксперимент группы A.A. Тяпкина, ОИЯИ), включающих в себя А-, t' - зависимости сечений (рис.3) и относительные фазы парциальных амплитуд. Впервые дано количественное описание наблюдаемого в этом эксперименте эффекта "усиления хода" ядерных фаз - их более резкой зависимости от эффективной массы трех пионов , чем зависимость фаз на водородной мишени (рис.4).

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ разработана феноменологическая теория квазикогерентных процессов упругой и неупругой дифракции на ядрах /18-23/ в рамках 'непертурбативного подхода. Получен ряд Новых формул для амплитуды процесса A(a,h)A* . которые можно использовать для феноменологического анализа данных* Такой анализ позволит получить информацию о свойствах неупругой экранировки и, в конечном счете, о динамике адрон-нуклонных и адрон-ядерных взаимодействий. В рамках непертурбативного подхода дано обоснование двухступенчатого механизма возбуждения ядра в неупругой дифракции как части явления неупругой' экранировки.

Двухступенчатый механизм возбуждения ядра /18/ включает в себя два этапа процесса: возбуждение ядра налетающим адроном и затем рождение адронной системы h. либо, наоборот, сначала рождение . а эатем возбуждение ядра. Установлена его важная роль в формировании зависимости сечения неупругой дифракции на ядрах от переданного ядру импульса и от энергии налетающей частицы. Получено хорошее описание экспериментальных сечений процессов '^(ГД'/^т и *2С(Т, 3ff)<aC*(24 с одинаковыми параметрами (рис. 5) в области энергий 4-6 ГэВ. Сделаны предсказания о сечении процесса гаС(5Г . 31Г)'гС*(2+) и угловом распределении фотонов от девозбуждения■ ядра углерода при 40 ГэВ/с. Проведено исследование свойств спиновой матрицы плотности возбужденного ядра с учетом двухступенчатого механизма/20/. Выполнен расчет

вероятности заселения подсостояний о различными проекциями спина ядра С*(2+) в процессах (5Г,*«') и ( 77". 3*). Предсказано отличие -зависимости элементов спиновой матрицы плотности в этих процессах и предложено определять их в эксперименте как характеристики, наиболее чувствительные к механизму процесса.

Разработана постановка эксперимента по фоторождению тяжелых векторных мезонов V - на ядрах с регистрацией характерис-

тического у - излучения в процессе А(у ,У)А*-» А + у" /21/. Такой эксперимент позволит надежно выделить определенный по ядру канал реакции и с высокой точностью, используя дифференциальное сечение процесса и угловое распределение фотонов ядерного излучения, определить сечение взаимодействия векторного мезона с нуклоном. Значения сечения УМ-вгашодействия важны для проверки предсказаний кварковой модели, квантовой хромодинамики и гипотэйы векторной доминантности.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ приводятся наиболее важные результаты диооертации по исследованию механизмов возбуждения ядра и прохождению адрона через ядро в адрон-ядерных взаимодействиях.

1. Дано обобщение теории расщепления ядер, основанной на концепции сильной свяви каналов, на процессы под действием адронов с энергией в несколько ГэВ. Впервые в реакциях расщепления при этих энергиях учтены эффекты искажения волны пролетающей частицы. Предложен метод расчета корреляционных сечений процесса растепления. Проведено исследование свойств углового и энергетического распределения выбитых нуклонов в области мультипольных резонансов, в наибольшей степени зависящего от прямого и резонансного механизмов расщепления ядра.

2. Предложен метод исследования непрерывного спектра ядра в корреляционном эксперименте А(а,а'Х)!?*"— Я + у с регистрацией на совпадение адрона а' и Х-кванта, иэлучаемого дочерним ядром. Про-

.веден расчет формы линии у-излучения, которая за счет импульсного распределения дочерних ядер Г?*" "размывается" вследствие эффекта Доплера в широкий энергетический спектр. Показана важная роль интерференции прямого и резонансного механизмов реакции и необходимость учета выстроенности дочернего ядра.

3. Дано теоретическое обоснование преимущества анализа А-

зависимости некогерентного сечения при определении сечения взаимодействия резонанса с нуклоном для процессов типа Проведен анализ данных о процессах (7Т~, (зксперимент ИТЭФ) и СТГ.у) (эксперимент МИФИ) на ядрах и получено сечение Ы-взаимодействия.

4. Предложен новый метод анализа эксклюзивных данных о процессах дифракционного рождения' частиц на ядрах в непер-турбативном подходе. Этот метод не зависит от моделей неупругой дифракции на нуклоне и дает возможность из сравнения с экспериментом определять комплексные п-ступенчатые амплитуды, содержащие информацию о неупругих взаимодействиях адрона в ядре. Предложен способ (критерий), позволяющий однозначно сделать вывод о проявлении эффектов неупругой экранировки в неупругих по адрону процессах на ядрах.

5. Представлены результаты анализа совокупности данных о процессе СЗГ. 3'Л' ) на- ядрах при 40 ГэВ/с. включающих А-, I'-зависимость сечений и относительные фазы парциальных амплитуд. Впервые дано объяснение наблюдаемого в этом эксперименте эффекта "усиления хода" ядерных фаз - их более резкой зависимости от эффективной массы трех пионов, чем зависимость фаз на водородной мишени. Показано, что это явление связано с неупругими переходами адрона в 2-х и более кратных столкновениях.

6. Разработана феноменологическая .теория квазикогерентных процессов упругой и неупругой дифракции адронов на ядрах в непертурбативном подходе.

7. Установлена роль и дано теоретическое_ обоснование двухступенчатого механизма рождения частиц и возбуждения ядра в процессах неупругой дифракции адронов. Показано, что учет этого механизма существенным образом влияет на формирование зависимости сечения процесса от переданного импульса и энергии налетающей частицы. Получено хорошее согласие результатов теории и эксперимента.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах.

1. Вюнш Р.. Коротких ЕЛ., Титаренко Е Е Исследование структуры непрерывного спектра ядра частицами высоких энергий //ЯФ. -1979. -Т729, В. 2. -С. 318-331.

2. Balashov V. V., Klslyakov E. F. , Korotklkh V.L., Vunsh R. The role of coincidence experiments In studl ng the nuclear continuum with high energy electrons and protons //Nucl. Phys.-1980.-V. А345.П. 2.-P. 367-385.

3. Kl rpl chni cov I.V., Kuznetsov V. A. , Starosti n A. S. , Ki si ya-kov E. F. , Korotklkh V.L. , Lanskoy D.E. One nucleón channels of i60 disintegration in a coincidence experiments //Nucl. Phys.-1983.-V. А392.П. 2/3. -P. 352-360.

' 4. Балашов В. В.. Долинов В. К., Коротких В. JL , Ланской Д. Е. Прямые и резонансные процессы расщепления ядер адронами промежуточных энергий (эффект Доплера) //Вест. МГУ, сер. 3. Физика. Астр. -1986.-Т. 27, N. 1. -С. 64-68.

5. Бабаев 3. Р., Балашов В. В., Коренман Г. Я. , Коротких В. Л. , Теку Б. О рождении - мезонов в столкновении пионов высоких энергий с ядрами //ЯФ. -1970. -Т. 12, в. 2. -С. 308-310.

6. Коротких В. Л. Рождение реэонансов на ядрах пионами высоких энергий //Мат-лы VII Зимней школы ЛИЯФ по физике ядра и элементарных частиц, ч. 2.-Ленинград. 1972.-С. 432-458; Препринт НИИЯФ МГУ. -М.: Изд. МГУ. 1973. -78 с.

7. Арефьев А. В., Баюков Ю. Д. . Ефременко В. И. , Зайцев Ю. Е , Ководаев М. С., Коротких В. JL , Кулешова JL Е, Лексин Г. А. , Сучков Д. А. Изучение j»* N-взаимодействия на основе данных по некогерентному рождению ^»"-мезона на ядре углерода'5Г~-мезонами с импульсом

3. 72 ГэВ/С. //ЯФ. -1974. -Т. 19, В. 3. -С. 600-607.

8. Арефьев А. В., Баюков Ю. Д. , Ефременко В. И. , Зайцев Ю. М. , Ководаев М. С., Коротких a JL , Кулешова Л. Е , Лексин Г. А., Сучков Д. А., Фоминых Б. А. , Хасанов Ф. М. Исследование взаимодействия 7Г -меэонов с углеродом с целью получения сведений о сечениях и

Л N -взаимодействий // Взаимодействие частиц высокой энергии с ядрами и новые ядерно-подобные системы: Труды межд. сем., в. 2. -М.: Атомиэдат, 1974.-С. 35-43.

9. Арефьев А. В., Баюков Ю. Д., Ефременко Е И., Зайцев Ю. М. , Коротких Е Л. , Кулешова Л. Е , Лексин Г. А., Липкин И. М., Семенов А. Е , Сурин Е Е . Сучков Д. А., Федоров Е Б., Фоминых Б. А., Хасанов Ф. М. Некогеренгное рождение рв -мевонов на ядрах ^"-мезонами с импульсом 3.7 ГэВ/с //ЯФ.-1978.-Т. 27.в. 1-С. 161-171.

10. Василькова А. Д., Горнов М. Г. . Коротких Е Л.. Лапушкин

С. В.. Поносов А. К. , Протасов В. Е , Сергеев В. М. Рождение j>~ - ме-80Н0В на ядрах 7Г" -мезонами с импульсом 3.9 ГэВ/с и сечение j>~ N -взаимодействия //Письма в ГОТФ.-1974.-Т. 20. в. 10.-С. 676-679. '

11. Горнов М. Г. .. Коротких Е JL . Лапушкин С. R , Пичугин А. Е , Поносов А. К. , Протасов В. Е , Сергеев Ф. М. Рождение j>~- мезонов на ядрах и сечение ^-взаимодействия //Элементарные частицы и космические лучи, в. 4.-М. : Атомиздат. 1976.-С. 42-46.

12. Коротких Е JL , Гершкович А. Е , Магзумов Э. Ж. Анализ экспериментов по рождению 3-3 пионов на ядрах при 5 и 15 ГэВ/с в модели Глаубера //Вопросы атомной науки и техники, сер. фиэ. выс. энергий и. атомного ядра.-1973.-В. 1(3).-С. 49-51.

13. Долинов Е К. , Ермеков Е Т., Займидорога 0. А. , Коротких В. Л. Определение сечения взаимодействия нестабильной адронной системы из трех пионов с нуклоном на основе анализа А- и t'-зависимостей процесса дифракционной диссоциации //ЯФ.-1977.-Т. 26.в. 12.-С. 1230-1236.

14. Долинов Е К . Ермеков Е Т.. Коротких Е Л. Система программ для анализа данных по дифракционному рождению частиц на ядрах в теории многократного рассеяния //Госфонд алгоритмов и программ СССР. Алгоритмы и программы, N 7(51), ГЮ05788. -Мооква, 1982.-61-65.

15. Коротких Е JL , Ланской Д. Е. ' Деформация спектра масо адронной системы в когерентном рождении на дейтроне //ЯФ. -1979. -Т. 30..В. 2(8). -С. 522-530.

16. Коротких Е Л. Феноменологический анализ данных по дифракционной диссоциации адронов на ядрах в непертурбативном подходе //ЯФ. -1984. -Т. 39,Б. 3. -С. 753-765.

17. Давыдов А. Е . Коротких Е Л. Относительные фазы парциальных амплитуд процесса З'й (J** L) на ядрах //ЯФ.-1986..-Т.44, в. 5(11).-С. 1290-1299.

18. Balashov V.V. , Korotkikh V.L.. Mlleev V.N. On the excitation of discrete nuclear levels in particle production // Phys. Lett. -1974. -V. 49В.П. 2. -P. 120-122.

19. Ермеков E T.. Коротких E Л.. Старков E И. Оценка вклада возбуждения уровня 2 (1.78 МэВ) ядра кремния в сечение реакции а0 Si С TT, 3Tna8Si' //ЯФ. -1981. -Т. 33. в. 6. -С. 1449-1452.

20. Коротких E JL » Старков Е И. Особенности углового распре-

деления фотонов при девоэбувдении ядер в процессах дифракционного рождения частиц на ядрах //Веот. МГУ. сер. 3. Физ. Астр. -1983. -Т. 24. N4.-С. 67-71.

21. Коротких ЕЛ. , Старков Н.И. Фоторождение тяжелых векторных меаонов на ядрах с возбуждением дискретного уровня //ЯФ. -1983.-Т. 37, в. 4.-С. 1030-1Q35.

22. Коротких R Л. Теория квазикогерентных процессов упругой и неупругой дифракции адронов на ядрах в непертурбативном подходе //ЯФ. -1984. -Т. 40. В. 3( 9). -С. 710-719.

23. Коротких В JL Квавикогерентные процессы дифракционного рождения частиц о возбуждением уровней ядер // Дифракционное взаимодействие адронов с ядрами.-Киев: Наукова Думка. 1987.-С. 210-224.

Е-2аамл

Е"30 МеУ

Е-60МЛ

Е-ЭОМ*

£•60 МЛ-

а) 6)

Рис.1. Полярные диаграммы в плоскости рассеяния для , реакций: а) 12С(е,<е'лО и б) 12С( р.р». Тр= I ГэВ. Кривые - наш равчет углового' распределения протонов (А/ =р) -сплошная линия и нейтронов - пунктир при фиксированной

энергии Е возбуждения ядра-мишени. Стрелка указывает направлений переданного импульса , импульс налетающей частицы лежит в левой полуплоскости.

Рис. 2. Энергетическое распределение Г" (С, Иг ) фотонов в реакция 160(Т+,Т'"/р)1Б//(3/2~)— • Выбрана система покоя промежуточного ядра , В"- энергия его возбуждения, 5 =1 ферми-", направление фотона Ку«^. На левой стороне рисунка - функция отклика

Рис, 3, Дифференциальное сечение процесса (Я", 35Г( )) при 40 ГэБ/с для группы тяжелых ядер {кд. , Та, Рв) в интервале массы =(0.9-1.2) ГэВ/с^. Сплошные кривые - результат подгонки в непертурбативном подходе, пунктир -■оклад когерентного, штрих-пунктир - некогерентного сечения.9Р1. = 1+5 .О'Э и О"Р.