Взаимодействие адронов и ядер с ядрами в фотоэмульсии при высоких энергиях тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК-. ПЕТЕРБУРГСКИЙ ННСТИГУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им.Б,П.КОНСТАНТИНОВА

Р Г Б ОД На правах рукописи

- р • .„.-,, УДК 3 39. 172.17

СИМОНОВ Борнслав Борисович

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ АДРОНОВ И ЯДЕР С ЯДРАМИ В ФОТОЭМУЛЬСИИ ПРИ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЯХ

01.04.16 - Физика ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой стелени хандидпта физико-математических наук

Санкт-Петвр5ур»' 1991

Работа выполнена в Петербургском институте ядерной физики им Б.П. Константинова РАН.

Научный руководитель -кандидат фиэихо-матеыатическнх наук,

старший научный сотрудник

Лепехин Ф.Г.

Официальные оппоненты - доктор физико-математических наук

Ведущая организация - Санкт-Петербургский государственный

Д 002.71.01 по присуждению ученых степеней в Петербургском институте ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН пс адресу: 188350 г. Гатчина .Ленинградской области, Орлова роша, ПИЯФ, хорпЛ, Большой конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПИЯФ РАН.

Автореферат г-аэослпь "___"____________1994 г.

Ложкин О.В. (РИ им. В.П. Хлопина),

доктор физико-математических наук Смирнитский В.А. (ИТЭФ).

технические университет.

1994 г.

на заседании специализированного совета

Учений секретарь спец1,а.!н:5ирсч1>ыного сонета кандидат Фнзикс-матсиатг.чес ких

наук

И.А.МИТРОПОЛЬСКИЙ

СШЛГАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

3 настоящее время можно считать хорокго установленным тот-факт, что 1'ги высохих энергия« сталкивающихся частиц вторичные, непосредственно наблюдаемые частицы роакдаются не поодиночке, статистически независимый образом иэ одного центра, а группами из разных перекчнорохденных образований. Такими вторичными центрами, испускающими частицы, могут быть обычные «ионные ч Барионные резоначсы, кластеры, струи адро-нов, возникшие при каскадировании кварков или глюонсв, составляющих адрон, в адроны. Из-за отсутствия полной теории сильных взаимодействий степень соответствия кварк (глю-он) - струя неясна, к здесь требуются экспериментальные данные. В связи с этим методы выделения коррелированных групп частиц (струй, кластеров) и изучение их свойств приобретай»': принципиальное значение, так как по ним мы пытаемся изучить динамику рождения и фрагментации кварков и глюонов, которые отсутствуют в свободной состоянии.

Те хе методы и подходы применимы и при более низких энергиях в ядерно- ядерных взаимодействиях, где благодаря нук-лонноиу строению ядра мчгут возникать условия для появления коллектипных потоков ядерного вещества, не сводящихся к простой суперпозиции нуклок-нуклонных анаимодейотьий.

В связи с этим в настоящей диссертации представлены н ибсуждеиы экспериментальные данные хак об основных и рактеристиках неупругих взаимодействий адронои (протонов.

ТсГ-ыезоиов) с нуклонами и ядрами, а также ядер (неона-22) с ядрами в фотоэмульсии. при высоких энергиях (в диапазоне 4-400Л ГэВ), так и об их особенностях, связанных с коррелированным вылетом вторичных 'частиц из зоны взаимодействия.

Целью настоящей работы явилось получение новых экспериментальных данных:

а) об основных характеристиках вторичных частиц- в адрон-ацронных, адрон- и ядро-ядерных взаимодействиях при энергиях 4,' 200 и 400 А ГэВ;

б) о корреляционных свойствах этих частиц и на этой основе экспериментальная проверка предсказаний простейших теоретических моделей.

Научная новизна и научная ценность работы*

При выполнении вдгботы получены следующие новые результаты:

1. Предложен и опробован экспериментальный метод оценки ионизирующей способности однозарядной частицы по структуре ее следа в фотоэмульсии в широком диапазоне ионизаций от 1.0 до 10.0.

2. Предложен и использован метод исследования коррелированного вылета вторичных частиц (типа их пространственного "слипания") и выделения в обычном пространстве компактных, изолированных групп этих часгиц-струй, кластеров, »спущенных при взаимодействии частиц или атомных ядер высоких энергий с ядрами.

3. Получини нопые экспериментальные данные об основных маконриерностях в ра-продлениях поперечных импульсов

фрагментов релятивистских ядер неон-22 в фотоэмульсии.

4. Получено экспериментальное указание на то, что остаточные ядра - пре-фрагменты, распадающиеся на два регистрируемых фрагмента! наблюдаемых ь неупругих взаимодействиях ядер неон-22 с ядрами в фотоэмульсии при импульсе 4.1А ГэВ/с, возбуждены.

5. Получено экспериментальное указание на то, что при взаимодействии релятивистских ядер неон-22 с ядрами в фотоэмульсии при импульсе 4.1 А ГэВ/с в индивидуальных событиях • (составляющих около 5% от всех неупругих взаимодействий) образуются генетически связанные, коррелированные группы вторичных рожденных однозарядных релятивистских з частиц по 2, 3 и 4 частицы в группе в обычном пространстве.

6. Экспериментально показано, что при взаимодействии релятивистских ядер недн-22 с ядрами в фотоэмульсии при импульсе 4.1А ГэВ/с наблюдаются отдельные события, в которых распределение вторичных однозарядных релятивистских частиц в поперечной плоскости существенно неравномерно.

7. Получены' экспериментальные данные но центральным взаимодействиям ядер неона-22 с тяжелыми ядрами фотоэмульсии при импульсе 4.1 А ГэВ/с. Выделены события с плотными группами релятивистских частиц в пространстве быстрот (^>60). Их доля - 20Х от г)сех центральных Ае.Вг - взаимодействий. Выделены "особое" события с Йга1п > 7е и <Р1>>=(0.61£0.05) ГэВ/с. Особенности центральных взаимодействий ядер неона-22 на тяжелых ядрах Ag.Br указывают на коллективный характер ядро-ядерных взаимодействий.

- б -

8. Получены экспериментальные данные по корреляция» и аффектам струйного характера в протон-нуклонных взаимодействиях при энергиях 200 и 400 ГэВ. Показано, что при определенных условиях сечение рождения струй в событиях при энергни протонов 400 ГэВ, примерно, в 3 раза больше, чем при энергии протонов 200 ГэВ. Проведено сравнение с моделью независимого, испускания и с аддитивной кварковой моделью Анисовича-Шехтера.

9. Получены кэвыз экспериментальные данные по корреляциям и эффектам кластеризации релятивистских частиц в протон и пион-ядерных взаимодействиях при энергии 200 ГэВ. Показано, что частицы образуют узкие группы в обычном пространстве по 2,3,4 и 5 частиц, а в србытпях, разыгранных по Монте-Карло, их нет.

Защищаемые положения.

1. Экспериментальный метод оценки ионизирующей способности однозарядной частицы в фотоэмульсии в диапазоне ионизации от 1.0 до 10.0.

2. Метод исследования коррелированного вылета вторичных частиц (типа их пространственного "слипания"), испущенных при взаимодействии частиц или атомных ядер высоких энергий с ядрами.

.>. Новые экспериментальные данные об основных закономерностям в распределениях поперечных импульсов фрагментов релятивистских ядер неон-2? в фотоэмульсии.

4. Ясные экспериментальные данные о распаде остаточных ядер - пре-фрагментов. распадающихся на два регистрируемых фрагмента. наЗлюласчых п неупругих взаимодействиях ядер hc.i:¡-22 с ядрами с фотоэмульсии при импульсе 4.1 л ГэВ/с.

5. Экспериментальные результат« поиска коррелированных групп частиц, рожденных во взаимодействиях релятивистских ядер неон-22 с ядрами в фотоэмульсии при импульсь 4.1А ГэВ/с, в обычном пространство.

6. Экспериментальные результаты поиска коррелированных групп частиц, рожденных во взаимодействиях релятивистских ядер неон-22 с ядрами в фотоэмульсии при импульсе 4.1А ГэВ/с, в азимутальной плоскости.

7. Результаты обработки и анализа центральных взаимодействий ядер неон-22 с тяжелыми ядрами фотоэмульсии при импульсе 4.1 А ГэВ/с. Поиск коррелированных групп релятивистских частиц в неон-22-Ет-взаимодействинх.

8. Экспериментальные данные, полученные при исследовании корреляций и эффектов струйного* характера в протон-нуклонных взаимодействиях при энергии 200 и 400 ГэВ в ядерной фотоэмульсии.

9. Экспериментальные данные, полученные при исследовании корреляций и эффектов, кластеризации вторичных частиц в протон и пион-ядерных взаимодействиях при энергии 200 ГэВ в ядерной фотоэмульсии.

'Практическая ценность работы заключается в следующем. Полученные в диссертации результаты позволяют осуществить экспериментальную проверку предсказаний ряда теоретических моделей, могут быть использованы при планировании новых экспериментов, а также при проектировании космических аппаратов. Апробация работы.

Основные результаты, представленные в настоящей диссертации. докладывались на 20-й Международной К фвренции по

космическим лучам 1987. г., на научных сессиях Отделения ядерной физики РАИ 1970 - 1989 г.г., посвященных физике космических лучей, физике элементарных частиц к адронным апаиыодействиям, на Совещаниях Фотоэмульсионного Комитата ОИЯИ 1970 - 19S3 г.г.1 на семинарах Отдела Физики Высоких Энергий ПИЯ5 им. Б.П.Константинова РАН и опубликованы в 12 работах, список которых представлен о конце диссертации. Объем и структура работы.

Диссертационная работа состоит из пяти глав, заключения и списка литературы - всего 145 страниц машинописного текста, включая 53 рисунка, 18 таблиц и библиографию из 111 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Первая глава содержит введение к диссертации, в котором рассматривается общая картина возникновения коллективного движения вторичных релятивистских частиц в адрон - адрончых, адрон и ядро-ядеркых взаимодействиях при высоких энергиях налетающих частиц.

При столкновении двух протонов кварки взаимодействуют между собой по одному из каждого протона, в результате чего рождается много новых составляющих кварков, которые затем объединяются в адроны, образуя пучок пионизационных частиц. Оставшиеся два дикЕаока-спектатора обесцвечиваются, испуская или поглощая глюоп или кварк из моря кварков или глюонов и превращаясь го Фрагментационные частицы.

В жестких адрон-адрпшшх процессах хварк (или глюон),

вылетая с данным а , подхватывает антикварк ч и образует

а а

систему с несколько иным, но все же большим ч =М , где М масса этого образования. Поэтому он распадается на адроны. Возникает совокупность частиц, летящих в одном нанрзлении с относительно их суммарного импульса Р - струя адронов, которая "помнит" квантовые числа кварка-родителя. Из-за отсутствия полной теории сильных взаимодействий степень соответствия кварк-струя неясна.

В связи1 с отнм проблема экспериментального выделения струй приобретает принципиальное значение, т.к. в них заложена динамика- рождения и фрагментации кварков,, отсутствующих в свободном состоянии.

В ядерно - ядерных взаимодействиях при высоких энергиях возможен фазовый переход снльковзаимодействующего ядерного вещества в систему кварков и глюонов, находящуюся в состоянии деконфайнмента, с последующим переходом се в другую фазу — стадию адронного газа. ■ Вторичные частицы этого адронного газа (пионы, каоны и т.д.) успевают несколько раз провзаиыодействовать между собой, так что конечная система обладает свойствами обычного (пусть даже -и непривычно плотного) адронного газа, которые ми и наблюдаем н эксперименте.

Диссертация, а основном, и содержит результаты экспериментального изучения коллективного движения вторичных одно -зарядных релятивистских частиц в р- и « -ядерных и Ке-ядер-ных взаимодействиях в фотоэмульсии при энергиях 4-400 А Гз1ь

Вторая* глава посвящена методический вопросам. Б настоящей диссертации экспериментальные данные были получены в рамках ряда сотрудничеств.

1. P-N, Р-А-взанмодействия При 200 ГэВ.

Алма-Ата - Ленинград - Москва - Ташкент-сотрудничество. Всего было просмотрено по следу 3303 и первичных следов протонов, найдено 933? неупругих взаимодействий первичных про -тонов с ядрами в фотоэмульсии.

Из 1620 взаимодействий, найденных на длине 3303 и и удовлетворяющих критериям отбора квазинуклонных

взаимоденствий, 630 имеют четное число лучей (п>1) и 990 с нечетным числом (п>0) (Эксперимент I).

Для 1709 протон - ядерных взаимодействий, найденных на длине 620 и были измерены углы вылета Ö н Ф всех вторичных заряженных частиц. (Эксперимент II).

2. тС -А-взанмодействия при 200 ГэВ.

А.чна-Ата - Гатчина - Москва - Ташкент-сотрудничество. Всего быпо просмотрено по следу 2314.6 м первичных следов пи--мезонов, найдено 4S53 неупругих взаимодействий первичных пи~меэонов с ядрами в фотоэмульсии. (Эксперимент III).

3. P-N, Р-А - взаимодействия при 400 ГэВ. . Алма-Ата - Гатчина - Москва - Ташкент-сотрудничество.

Суммарная эффективная длина просмотренных методом "вдоль следа" треков первичных частиц составила 2405 м. На этой длине было отобрзнс 1322 неупругих взаимодействия, удовлетворяющих необходимый критериям отбора p-N - соударений. (Эксперимент IV).

Суммарная эффективная длина просмотренных методом "вдоль

следа" треков первичных частиц состпакла 1269 м. На этой

длине было отобрана для измерений 3353 'неупругих вэаимодей -

ствий. (Эксперимент.V),

Облучение пучками протонов и ТГ~ -мезонов проводилось на

ускорителе Ич'ЛЬ (Батавия, США). Использовались слои эмульсии

2

типа ЕР-2 размеров 10 * 20 см , с толщиной слоя 600 мки, плотность облучемия яараллельнб слою составляла = (2-4) * 10*<4 частиц/см^. Угловой разброс пучка 10**(-4)радиан. Плотность зерен на пучковых следах (чувствительность фотоэмуль -сии) 25-30 блобов на 100 мкм. Слои проявлялись в проявочном центре ЛВЭ ОИЯИ. '

4.Взаимодействия ядер неона-22 с ядрами в фотоэмульсии при импульсе 4.1 А ГэВ/с.

Алма-Ата - Бухарест - Гатчина - Дубна - Душанбе - Ереван -Зерноград - Кошице - Краков - Ленинград - Москва - Ташкент -Тбилиси - Улан-8атор- сотрудничество.

Стопки стандартной фотоэмульсии ГОСНИНХИМФОТОПРОЕКТ типа 1.Р-2, составленные из 50 и 100' слоев размером 10 на 20 см* с толщиной 600 мкм', .были облучены ядрами неона-22 с импульсом 4.1 А ГэВ/с ка синхрофазотроне ОИЯК в Дубне. Пучок имел диаметр около 10 мм , и некоторые камеры были облучены доахди, так что загрузла в каядси из иятен эаспетки составляла около 10**4 частнц/см®- . Плотность зерен на пунг.ойих следах (чувствительность фотоэмульсии) 25-30 б.чпбои на 100 ыкм лило просмотрено ПО следу и найдено ЛИН неупругих иэанио-1 йствин на дл<п>е 947.4 м. Для дальней"1 ч'о чналипл были яс -ль:Ю1'ан<> 4 300 <1(>ытий .

Просмотр первичных следов производился на микроскопе ^ %

МРН-9 при увеличении 60 * 15 без какой-либо дискриминации неупругих взаимодействий, тгк что каждая выборка событий была представительной. Все измерения - на микроскопах МПЭ-1 и WÏ3-11 фирмы ЛОМО, обработка данных на ЭВМ "Минск-32", "БЭОМ-6", ЕС-3046, ЕС-1060 по программам, разработанным и написанным на алгоритмическом языке высокого уровня FORT -HAN в НИЯФ ии. Б.П. Константинова РАН.

Взаимодействия со свободными и кввзисвободными нуклонами отбирались по общепринятым в фотоэмульсиях критериям.

Фрагменты ядра-мишени. Все вторичные заряженные частицы делятся на три класса в зависимости от скорости V, которая определяется по ионизационным потерям или пробегу: релятивистские (v> 0.7с, ионизационное потери G<1.4Go, где G0-ионизационные потери на следах однозарядных фрагментов ядра-снаряда) или s-частицы; серые или g-частицу (v<0.7; G>!.4G0, хинетическая энергия протона Т26 Mali); черные или b-частицы (Тр < 26 МэВ), остаточный пробег R<3000 мкм); g- и Ь- частицы образуют группу сильно-ионизирующих частиц nh=ne+nb.

Следы релятивистских частиц отделяются от серых (вблизи границы G=(J.5-2.О)0 ) по методу, предложенному в диссерта -цнч.Черные следы отделяются от серых (вблизи границы их раз-дела1 по длине остаточного пробега частицы (R <3000 мкм). Из-за высокого пространственного разрешения фотоэмульсий регистрируются также ядра отдачи,а также электроны и позитроны от ^-распада ядер продуктов!ядер отдачи).

•fpa• нг).: чдрз-снаряда (с f»<3° 1

Однозарядные фрагменты ядра-снаряда—протоны« дейтроны и тритоны, выделяемые по импульсом измерением многократного куло-нонского рассеяния; двухэпряднке фрагменты оС-частицы с относительной ионизацией ~4 (серые треки), причем не наблюдается изменения ионизации или рассеянна на длине >2 см; многозарядные фрагменты с зарядом Z, определяемом по счету ¿'-электронов или по счету числа разрывов на единице длины следа (черные треки), причем не наблюдается изменения ионизации или рассеяния на длине >2 см.

При исследовании взаимодействия быстрых частиц с ядрами в ядерных фотоэмульсиях в первую очередь измеряются и исследуются углы вылета вторичных частиц — полярные углы 6 и азимутальные углы "V , либо плоские углы и глубинные Ы. .

Для идентификации заряженных .частиц необходимо оидть их скорость и импульс. Скорость частиц определяется по ионизации, а величинна р^с по многократному кулоновскому рассеянию, Кроме того, по ионизации и по счету ê-злектронов, расположенных вдоль траектории частицы, можно определить заряд частицы Z. Идентификация частиц после изменений импульса и ионизации проводится с помощью кривой зависимости ионизационных потерь Бмркаса.

В третьей главе рассматривается основные проблемы коррэ -ляций пр" множестчинном рождении частиц и методы их исследован и я .

Часть резул! тагов связана с использованием так начинаемого "стпндаргноги" метода корреляционных функций (МК>). tj лсиопном отог метод ирнме-нлл!-« к исг чедовпнию двухчастичных корр'-л-щий > 1 - » ;i<*. »(!с(<мс-1-." -гг у-- 1 п I !> {»/2 ) , где л •• угол

вылета частицы в ЛСК,

Факт отличии каких-либо элементов матрицы С? (у(1),у(2)) от нуля по определению означает наличие корреляций (статистической зависимости) у(1) и у(2). Это есть необходимое и до -статочное условие наличия корреляций.

В настоящей главе описан предложенный автором метод исследования статистической зависимости вылета вторичных частиц друг от друга (типа их пространственного "слипания") и выделения в обычном пространстве компактных, изолированных групп этих частиц-струй, кластеров, испущенных при взаимо т-дейстпии частиц или атомных ядер высоких энергий с ядрами.

В основе предлагаемого метода лежит нахождение вероятности Р того, что несколько частиц (з) в событии множественности п находятся близко друг к другу, располагаясь на некоторой сферической площадке а мерой близости выступает именно эта вероятность Р. Малые ее значения указывают на неслучайный характер такого тесного компактного расположения и подкрепляют достаточно точно презумпции того, что для этого имеются физические причины.

В четвертой главе представлены и обсуждены

экспериментальные данные как об основных характеристиках неупругих соударений ядер неон-22 с ядрами в фотоэмульсии при импульсе 4.1 А ГзВ/с, так и о корреляциях, коллективных эффектах, возникающих в этих взаимодействиях (эксперимент VI), участником которого являлся автор. Они сравниваются с предсказаниями простых исделсй этих взаимодействий.

Представлены распределение по величине 0 (0=2^гГ-сумнар-ный заряд спектаториых фрагментов снаряд? - С-частиц в акте

взаимодействия), распределение множестаемностей з-, й-> Ь-' н Ь-частиц из - Еш - соударений, распределение по лсевдо-

быстроте у релятивистских частиц.

Существуют глубокие физические основания, согласно которым распределения поперечных импульсов фрагментов с за чдок Рх{ 2)) должны подчиняться распределению Рэлея, плотность ве-

роятности которого имеет вид:

w(P, ) = (PA/<J(z)) * expí-Px /(2 * <J (z)]

E>(-?i /<2 * <j"(z)J..

Эти основания являются той априорной информацией, которая необходима для оценки неизвестного параметра Q (z) по наблюдаемой выборке из N значений Р^ (г) в эксперименте методом максимального правдоподобия.

j

В статистической модели фрагментации зависимость <J""(z) от массы фрагментирующего ядра А и фрагмента F дается в виде параболического закона:

2 2 С <Z) ■ <Зе * F(A - F)/(A - 1),

причем константа ф связана с граничным импульсом ферки:

2 2 = /5В эксперименте за оценку поперечного импульса фрагмента принята величина ~ s'nf)> гЛе '«»-^.t ГэВ/с -

импульс на нуклон в ядре неон-22. F = 2*Z - число нуклонов в наблюдаемом фрагменте с зарядом 2, в - его полярный угол.

Качественное согласие экспериментальных распределений поперечных импульсов фрагментов с распределением Рэлея имеется. Оценки S(z) согласуются с параболическим законом при ¡^(П?!. +2) МзВ/с. Однако дисперсии проекций вектора

px = Pi<z) * t<A " 1)/F(A - F>]

на плоскость эмульсии (хоу) и плоскость, перпенднк)лярную к ней (yoz), оказались разными: Sy=(102.5+2.5) и Sz=(128.5¿3.0) МэВ/с, п средние значения в пределах ошибок, равны нулю: <Ру>=-.(0.15 + 2. 5) и <Pz>s(6.0+3.0) МэВ/с. Этот результат ясно указывает, что при измерении поперечных импульсов фрагментов во всех опубликованных до сих пор фотоэыульсионных работах оценки их величин имеют систематическое смещение на 15-20Я в больиую

сторону. Для получения несмещенной оценки So в фотоэмульсии нужно использовать только оценку дисперсии распределения проекции величины Р^_на плоскость фотоэмульсии, а не саму величину Р^.

Рис.1 Распределение про -екций поперечных импульсов -о.? -0.1 -<М <3 ai 0Л <Гз Rt(&&l¿¡ на плоскость эмульсии.

Гистограмма - эксперимент, кривая -ожидаемое нормальное распределение.

Если предположить, что в событиях, содцржавдх, 2 и более фрагмента, они разлетается статистически независимо, то можно получить предсказания о поведении сложных функций наблю -дпемых величин поперечных импульсов. Это реализовано в рам -ках модели независимого испускании (МНИ), и которой модули поперечных импульсов фрагментов » соВитии определяются пара-

болическим законом с константой Бо, а углы фрагментов в но -перечной плос» сти выбираются случайно из равномерного рас -пределения. Ясно, что закон сохранения поперечного импульса в МНИ нарушается.

Учесть его влияние на изучаемые функции поперечных импульсов удается в модели цилиндрического фазового об'ема (ЦЮ), когда наблюдаемые в данном событии фрагменты составляют только часть полного числа частиц, для хоторых векторная сумма поперечных импульсов равна нулю. Обе модели реализованы методом Монте-Карло и в них генерируется один или несколько наборов событий, в точности совпадающих с экспериментом го сочетанию фрагментов в событии (его топологию).

Оказывется, что все наблюдаемые особенности событий, со -держащихся в эксперименте по взаимодействию ядер неон-2Л с ядрами в фотоэмульсии при импульсе 4.1 А ГоВ/с, согласуются с МНИ или ЦФО.

В процессе фрагментации релятивистских ядер наблюдаемые а эксперименте фрагменты могут быть продуктами распадк остаточных ядер - пре-фрагментов. В настоящее вреуя экспериментальная информация о свойствах пре-фрзгмеитов практически отсутствует. Основной результат попыток изучения лзс свойств: поперечные импульсы фрагментов и системе покоя пре-фрагмен!а в 1.5 - 2.5 раза меньше наблюдаемых поперечных импульсов фрагментов в лабораторной системе. Этот вывод является ио -дельно-зависимым.

Ними предложен новый способ оценки поперечных импульсо1 фрагментов в СЦИ пре-фрагмента но экспериментально наблюдаемым неличииаи бчз использования симметричной сне!смы. Праялч. чдесь рассматриваются пре-фрагиенты,

распадающиеся только на два фрагмента.

Для независимого разлета частиц в лабораторной системе с

точностью до ltcose-2, sinö-6 (углы малы) получим,что

* Vi

<РХ>/<РХ>=2 .

В эксперименте это отношение равно 1.32J0.01, что значимо меньше и предсказания, и оценки Монте-Карло {1.461±.0.003 ). Это значит, что <P_L> = 0.197^.0.006 ГэВ/с в эксперименте больше, чем для'ожидаемого значения этой же величины для независимого разлета фрагментов (0.150^,0.003) ГэВ/с, и поперечная часть инвариантной массы 2-х фрагментов в эксперименте бслыае, чем при независимом разлете фрагментов. Л это моано рассматривать, как указание на то, что прегФрагненты, распадающиеся на 2 фрагмента, в нашем эксперименте возбуждены.

При поиске коррелированных групп рожденных частиц в обычном пространстве применение метода выделения струй частиц, предложенного в главе III диссертации, к отобранным 2111 экспериментальным событиям множественности us>6 и к событи- • ям, разыгранным по МШ1, при взятом нами критическом значении вероятности Рс наблюдения груп/i нэ s частиц, равном 10**(-8), дало следующие результаты.

Выло выделено !77 событий, каждое из которых содержит струю из 2 частиц (з=1), удовлетворяющую условию Р<РС , 21 событие, содержащее тройки (з=2) и II событий, содержащих четверки частиц (ь=3), удовлетворяющих этому ке условию. При моделировании по МШ1 1С ансамблей событий, в каждой из которых распределение по величине пь тождественно ,кспери -мент«übiHiwy, таких событий на один рл-т ранний ансамбль

оказалось 87.5 (8=1), 5.3 (в-2) и 2.0 (з=3), соответственно. Таким образом, в эксперименте было зыделено 209 событий со струями, а в МНИ-94.8. Разница между экспериментальным ансамблем и моделированным для событий, содержащих струи из 2-х, 3-х и 4-х частиц, статистически значима.

В данном разделе при анализе углов вторичных реляткзи -•стских частиц в поперечной плоскости обнаружены отдельные события, которые внешне выглядят так, как будто ядерное вещество в процессе соударения двух ядер было выплеснуто в сторону.

В то же время в протон-ядерных взаимодействиях при энер -гии 400 ГэВ и КГ--ядерных взаимодействиях при энергии 200ГЭВ-нет никакого указания на эффект такого рода.

С теоретической точки зрения чясно, что обсуждаемые здесь макроскопические • аспекты ядерно - ядерных взаимодействий -коллективное движение вторичных частиц должны наиболее 'сильно проявляться, если средний свободный пробег нуклонов 1 будет намного короче, чем разиеры области взаимодействия Ь: 1<<Ь. Этому условию удовлетворяют ядра большой массы, а также события с большим числом взаимодействующих нуклонов» т.е. взаимодействия на тяжелых ядрах фотоэмульсии Ag, Вг с суммарным зарядом всех фрагментов ядра-снаряда 0=2г(П=0. Это центральные взаимодействия ядер неона-22 на тяжелых ядрах фотоэмульсии. Для их выделения использовались критерии: <)=0 и пЪ>6. Из общего числа 4309 неупругих взаимодействий виде -леко 237 событий центральных взаимодействий на всех ядра!, фотоэмульсии, в том числе на ядрах Ае, Вг - 226 событий.

В диссертации представлены распределения по пз, П2, пЬ я

пЬ-пЪ+пе для центральных взаимодействий Не+А8«Вг.

Для исследования особенностей углового распределения быстрых однозарядных з -частиц были рассмотрены корреляции этих частиц по псевдобыстроте у=-1пг£(в/2).

Одним из возможных источников корреляций по псевдобыстроте является наличие событий, содержащих плотные группы частиц в пространстве псевдобыстрот.

Еще одним источником неоднородности ансамбля центральных взаимодействий является присутствие в нем "особых" событий.

Б пятой главе представлены и обсуждены экспериментальные данные как об основных характеристиках (множественности, угловые распределения) неунругих р-И взаимодействий при энер -гиих 200 и 400 ГэВ, р- и 1Г~-ядерных взаимодействий при энергии 200 ГэВ, та* и по корреляциям и эффектам струйного ха -рактера в них.

Как было отмечено в главе 1, сейчас хорошо известно, что при высоких энергиях сталкивающихся частиц вторичные, непосредственно наблюдаемые частицы рождаются не по —одиночке, статистически независимым образом из одного центра, а группами, из разных первичнорожденных образований. Различить их на опыте весьма трудно, но когда энергия первичных частиц будет рости, углы разлете наблюдаемых частиц друг с другом, если они происходят из одного, псе более быстро движущегося центра, будут уменьшаться. При достаточно больших энергиях группы часгиц, исходящие из одного центра, будут видны так хе, как ми индим и фотоэмульсии пару Далитца,

Поиск таких стру» сри^и событий, зарегистрированных Сотрудничеством Алчл-А! л Гатчина-Моск.И((-Таткен'[ в фотоэмульсии

н среди сабытий, генерированных по Модели Неэависнуого Испускания и Резонансной Модели Множественного Рождения Анисовича - Щехтера, показал, что узких пар и троек частиц, идущих под углами в ЛСК = 3-4"и вероятности наблюдения которых Р<30**(-5), в эксперименте всегда значимо бол ае . при -мер одного из таких событий приводится в диссертации.

Тот же метод был использовал для прямого доказательства существования эффектов кластеризации вторичных иЛстиц. В р-и 1Т—- ядерных взаимодействиях были отобраны события с множественностью пз>5. В каждом событии определялся наименьший угол до з-го соседа г^ , где 1, 2, 3 и 4, и строились распределения по величине к=1/г£ , пропорциональной плотности частиц на "шапочке", ометаемой сферическим радиусом ^ при данном я. Точно такая же процедура применялась и к гооытия»«, генерированным по Монте-Карло. Случайные события содержат при всех з очень большой максимум при самых малых пло?нос -тях 1/г^ , в то время как эксперимент дает значительно большее число событий, содержащих много большие плотности.

В заключении перечисляются основные результаты работы:

1.Предложен и опробован экспериментальный метод оценки ионизирующей способности однозарядной частицы но структуре ее следа в фотоэмульсия в широком диапазоне иониэаций от 1.0 до 10.0.

2.Предложен и использован метод исследования коррелированного вылета вторичных частик (типа ия пространственного "слипания") н выделения в обычном пространстве компактных, изолированных групп этих частиц стрзй, кластеров, испущенных при вэгимодействии частиц или

атомных ядер высоких энергий с ядрами. С этой целью прсдгохена удобная кинематическая переменная - угол от' случайно взятой точки на сфере (от следа) до ее я-го ближайшего соседа-и найдено распределение числа точек на поверхности сферы в пределах этого угла.

3.Показано, что инклюзивные распределения поперечных импульсов фрагментов в эксперименте по изучению неупругих взаимодействий ядер неон-22 с ядрами в фотоэмульсин при импульсе 4.1 А ГэВ/с согласуются с распределением Рэлея. Для фрагмента с зарядом I (от 1 до 10) постоянная этого распределения зависит от % по параболическому закону, имеющему одну константу =(102.512.5) МэВ/с, хоторая согласуется с величиной 105.1 МэВ/с, известной из импульса Ферми РрЯдра неон-22.

Простые предположения о независимом испускании 2-х и более фрагментов в одном событии дают возможность предсказать некоторые особенности мультифрагментации. Все сни согласуются с экспериментом.

4.При взаимодействии ядер неон-22 с ядрами в фотоэмульсии при импульсе 4.1А ГэВ/с в событиях с 2-я Фрагментами получена экспериментальная оценка отношения среднего значения поперечных импульсов фрагментов в лабораторной системе координат к среднему значению поперечных импульсов этих фрагментов в их СЦМ. Оно равно 1..32±0.01, тогда как расчет этой величины по методу Монте-Карло дает величину 1.461+0.003, & аналитический расчзт-1.414. Это различие с экспериментом можно рассматривать как указание на то, что пре-фрьгменты, распадающиеся на 2 фрагмента, возбуждены.

5.Показано, что при взаимодействии релятивистских ядер неон-22 с ядрами в фотоэмульсии при импульсе 4.1А ГэВ/с в индивидуальных событиях (составляющих около 5% от всех неупругих взаимодействий) образуются генетически связанные,

коррелированные группы вторичных рожденных од эзарядных релятивистских а частиц по 2,3 и 4 частицы в группе.

6.Показано, что при взаимодействии релятивистских ядер неон-22 с ядрами в фотоэмульсии при импульсе 4.IA ГэВ/с наблюдаются отдельные события, в которых распределение вторичных однозарядных релятивистских частиц в поперечной плоскости существенно неравномерно. Эти события могут бить интерпретированы как события, в которых происходит хвазиклассическое явление выплескивания части ядерного вещества, или как проявление коллективного движения в индивидуальном акт<5 ядерно - чдерного взаимодействия.

7.Получены новые экспериментальные данные по центральным взаимодействиям ядер неон-22 с тяжелыми ядрами в фотоэмульсии при импульсе 4.1А ГэВ/с. Выделены события с плотными группами релятивистских частиц в пространстве быстрот (j5>60), их доля-20% от всех центральных событий.

Выделены "особые" события с е^!^>7ви <Р. >=(0.61+0.05)

mtn J.

ГэВ/с. Особенности центральных взаимодействий ядер неон-22 на тяжелых ядрах Ag.Br указывают на коллективный характер ядро - ядерных взаимодействий.

8.Получены новые экспериментальные данные по корреляциям и эффектам струйного характера в протон-нуклонных взаимодействиях при энергиях 200 и 400 ГэВ. Показано, что при определенных условиях сечение рождения струй в событиях

при ' энергии протонов 400 ГэВ примерно в 3 раза Больше, чем при энергии протонов 200 ГэВ. Проведено сравнение с моделью независимого испускания частиц и с аддитивной кварковой моделью Анисовича - Шехтера.

9.Получены новые экспериментальные данные по корреляциям и эффектам кластеризации релятивистских'частиц в протон и пион - ядерных взаимодействиях при энергии 200 ГэВ.Показано, что частицы образуют узкие группы в обычном пространстве пq 2,3,4 и S частиц, а в событиях, разыгранных по Монте-Карло, их нет.

Основное содержание диссертации отражено в следующих научных публикациях:

1 ..Богомолова Л.М., Лепехин Ф.Г., Симонов Б.Б. Ионизационные измерения в ядерных фотоэмульсиях на микроскопах с выводом цифровой информации. Препринт ФТН им. А.Ф.Иоффе АИСССР-272. Ленинград.1970. 15 стр.

2.Антонова М.Г.,...,Симонов Б,Б.,... Угловые распределе -ния и корреляции вторичных частиц в рМ-взаимодействиях при импульсе 200 ГэВ/с. ЯФ, 1974. Т.20. Вып.1. С.87-93.

3.Воос Э.Г.,....Симонов Б.Б.,... Угловые' распределения вторичных частиц в протон-ядерных взаимодействиях при импульсе 400 ГэВ/с. Письме в ЖЭТФ, 1977. Т.25. С.309-311.

4.Лепехин Ф.Г., Симонов В.Б. Корреляции вторичных частиц и эффекты кластеризации в протон- и пион-ядерных взаимодействиях при импульсе 200 ГэВ/с. ЯФ, 1978. Т.27. 1. С.175-183.

¡.Андреев« Н.И......Симонов Б.Б.,... Множественности и

- 25 -

угловые распределения заряженных частиц во вэаимодей -ствиях ядер^Ие в фотоэмульсии при импульсе 4,1А ГэВ/с. ЯФ. 1986.Т.45.Вып.1. С.123-131

6.Левицкая О.В., Лепехин Ф.Г., Симонов Б.В. Распределение поперечных импульсов фрагментов релятивистского . ядра неон-22 в ядерной фотоэмульсии. Препринт ЛИЯФ-1Э10 Ленинград.1987. 20 стр.

7.Abdujarailov Sh.,....Simonov B.B.,...20-th International Cosmic Ray Conference. Moscow. 1987. V.5. HE 1.2-3. P.65-68.

З.Левицкая O.B., Лепехин Ф.Г., Симонов Б.Б. Основные закономерности в распределениях поперечных импульсов фрагментов релятивистских ядер в ядерной фотоэмульсин. Препринт ЛИЯФ-1550. Ленинград. 1989. 20 стр.

9.Андреева Н.П.,....Симонов Б.В.,... Центральные взаимодействия ядер неон-22 с тяжелыми ядрами фотоэмульсии при Р0=4,1 ГэВ/с. Сообщения ОИЯИ-р1-89-213. Дубна, 1989 10 стр.

Ю.Лепехин Ф.Г., Симонов B.C. Поиск коррелированных групп частиц, рожденных во взаимодействиях релятивистски* ядер неон-22 с ядрами в фотоэмульсии при импульсе 4,1 л ГэВ/с. Препринт ЛИЯФ-1557. Ленинград. 1989. 14 стр.

' П.Лепехин Ф.Г., Симонов Б.Б. Фрагментация релятивистских ядбр в ядерных фотоэмульсиях. Препринт ПИЯФ-1885, 1993. С.Петербург. 34 стр.

12.Лепехин Ф.Г., Симонов Б.Б. Возбужденные пре-фрагмен-ты. Письма в ЖЭТФ. 1993. Т.58. Вып.7. С.493-496.

РТП ПИЯФ,зак.37б,тир.100,уч.-изд.л.1; ЗО/Ж-1994 г. Бесплатно