Оглавление
Введение .....................................................................з
Глава I Упругое РР рассеянней анализ РР рассеяния вперед.....................14
1.1. Экспериментальный метол ..........................................14
1.2. Анализ процедуры измерения .......................................17
1.3. Дифференциальные сечения упругого РР рассеяниям амплитуда рассеяния вперед .....................................................19
1.4. Диализ РР рассеяния вперед........................................22
Глава 11 Анализ электромагнитного формфактора протона вблизи РР -порога 40
11.1. Формула Розснблюта...............................................40
11.2. Методы вычисления нуклонных формфакторов........................ 44
11.3. Измерение формфактора прогона во времени подобной области
вблизи порога.....................................................48
11.4. Описание данных эксперимента РБ170 по электромагнитному формфактору протона...................................................56
Глава III О согласованности результатов экспериментов по изучению РР
взаимодействия вблизи порога, выполненных на установках ЬЕАК и АООМЕ..70
III. 1. Данные коллаборации ОВЕЫХ но полным и ашшгиляциоиным сечениям и
новый кандидат па бариопиум............................................70
111.2. Результаты эксперимента РЕМСЕ и их сравнение с данными коллаборации ОВЕЫХ.....................................................76
Заключению...................................................................
Приложение 1.................................................................82
Приложение 11.............................................................. 83
Литература................................................................. 85
2
Введение
Целью работы является интерпретация неожиданных результатов экспериментов по изучению упругого рр рассеяния вперед и определению модуля электромагнитного формфактора прогона вблизи рр порога на основе гипотезы о существовании бариониума с малой энергией связи.
Экспериментальные исследования рр - взаимодействия стали возможны после того, как в 1955 г. было зарегистрировано рождение антипротона [1]. Однако долгое время они затруднялись тем, что пучки медленных антипротонов не обладали необходимыми характеристиками. Действительно, антипротоны составляют небольшую часть вторичных частиц, возникающих при столкновении энергичных протонов с мишеныо. Кроме того, они рождаются в широком интервале углов и энергий.
Существенный прогресс был достигнут к 1981г., когда в CERN (Европейский Центр Ядсрпых Исследований) был создан антипротопнын накопитель. В нем антипротоны накапливались, очищались от примесей короткоживущих пионов. Кроме того, с помощью специальной процедуры уменьшался разброс но энергиям и направлениям. Подавление продольных колебаний пучка называется "стохастическим охлаждением" и было предложено Будкером А. М. "Охлажденные" и замедленные пучки антипротонов направлялись па установку LEAR (Низко энергетическое аптипротонное кольцо). На ней была выполнена обширная программа исследований по рр -взаимодействиям при низких энергиях. Ниже, однако, ограничимся анализом только последних экспериментов по поиску связанного состояния протона и антипротона - бариониума.
Остановимся сначала па теоретических основаниях существования бариониума. Впервые вопрос о нем был поднят в работе Ферми и Янга [2] в связи с открытием я-мезона еще до экспериментального обнаружения антипротона. В ней пион рассматривался как связанное состояние протона и антипротона на том основании, что некоторые компоненты иуклон-нуклонных сил при рассмотрении взаимодействий нуклонов и антииуклонов из отталкивающих превращались в притягивающие. Впоследствии вопрос о
3
переходе от NN -потенциала к MV-потенциалу обсуждался И.С.Шаииро с сотрудниками [3] и другими акторами [4|. Ккаркопые модели также дают указание на существование барнониума [5J. Связанные состояния NN системы искались путем наблюдения рождения моноэпсргстичсских частиц при pN взаимодействиях в покое и на лету. Два различных экспериментальных подхода были использованы для поиска рп и рр, связанных состояний при pel взаимодействии путем измерения энергетических спектров нуклонов отдачи (/? и п - соответственно). В альтернативном подходе измерялось энергетическое распределение продуктов аннигиляции при захвате р в аптипротоииом атоме (в частности в протониуме (рр). Изучалось образование глубоко связанного состояния (энергия связи порядка 100 МэВ) с помощью моноэнсргстнчсского л или у перехода с орбит нрогониума (энергия связи порядка 10 КэВ).
Опишем подробнее первый подход [6]. При взаимодействии /Г с жидким дейтерием
ре! —> (рр —> X )л; (рп —> X )р нуклон отдачи при образовании состояния X уносит часть энергии. Главный вклад в амплитуду процесса определяется квазисвободным рассеянием (Рис. 1а), а мсзониос (Рис. 16) иди нуклониос персрассеяние (Рис. 1с) могут
(Ы
Рис. 1
затушевать эффект связанного состояния. При аннигиляции на лету может образоваться не только связанное состояние, но и резонанс. В нерелятивистском пределе для состояния близких к порогу величина недостающей массы Q определяется приближенным выражением
7* 37*
Q = М, - гм = * + [тгтк У cos©
2
4
где А/д. — масса искомого состояния, М — масса нуклона, 7';,— кинетическая энергия падающего антипротона, Ts — кинетическая энергия нуклона отдачи и
0— угол его вылета в лабораторной системе (Приложение 1). В экспериментах на дсйтсрисвой пузырьковой камере в BNL (Брукхэвинская национальная лаборатория) были получены указания на существование узких рп состоянии с энергией и шириной (1794; 8) МэВ, (1897; 25) МэВ и S( 1932) МэВ резонанса [7]. Однако, как в опытах в CERN на пузырьковых камерах [8], так и в более поздннх опытах в BNL [9] эти результаты не подтвердились. Наиболее обширный эксперимент Амслера был выполнен в BNL на жидкой дстсйрисвой мишени с целью поиска связанных состояний рр и рп. Состояния рп ранее не изучались в связи с трудностью рсгистрациинсйтроиов.Схема эксперимента изображена па (Рис.2). Антипротонный пучок очищался двумя электростатическими сепараторами El,
Рис. 2
Н2 и магнитным спектрометром М. Телескоп 808182 выделял направление пучка на мишень Т. Отношение числа частиц в мишени было порядка
10%. При импульсе 500 МэВ/с поток антипротонов составлял 2000 в одном импульсе. Проволочные камеры XVI, \У2, \УЗ обеспечивали точность определения импульса антипротона 0.7%. Антипротоны останавливались в однометровой мишени Т. Место аннигиляции (вершина) измерялось с точностью до ± 2 ап вдоль пучка двумя нарами плоских многопроволочных пропорциональных камер Ц расположенными над и под мишенью. Антипротоны поглощались в среднем на глубине 62 см. Треть всех
5
взаимодействий происходила с импульсом меньше 300 МэВ/с, т.с. на меньшей глубине.
Энергия нуклона отдачи определялась по времени пролета между вершиной и пакетом пластиковых ецшщиляторов А-Э. Главный вклад в разрешающую способность по энергии определялся точностью измерения времени пролета в ±500 пс. Угол отдачи нуклона определялся положением вершины и точкой попадания его в сцинциляционный счетчик, которая измерялась с точностью ±5 ст по разности времен регистрации. Она была откалибрована по моиоэисргетическим нейтронам от реакций
к' р —> ун(9 МэВ) и к~<1 —> /7/2(68 МэВ) (величина энергетического
разрешения). Большой кристалл (Ы) из №1 диаметром 30 дюймов, окруженный стальным кожухом, использовался для измерения инклюзивного спектра фотонов от рс1 аннигиляции.
MISSING MASSlMeV)
Рис.З
6
Распределение недостающих масс Мх от pti аннигиляции приведено на Рис.З для рп и рр взаимодействий. Обрезание в спектре рп событий при 1500 МэВ объясняется поглощением протонов в мишени.
Сразу же под порогом вид распределения недостающих масс определяется внутренним движением спектатора (/;) в дейтерии. Длинный “хвост” распределения возникает за счет множественного персрассеяния типа перерассеяиия на Рис. 1с [14J. Никаких значимых отклонений в спектре Мх(рп) не наблюдается. Для образования связанного состояния с шириной порядка энергии разрешения и меньше 45 предел для рп составляет 6»10'4и 2 10 'для pp. В спектре Мя\рр) обнаруживается рост при М, > 1800 А/э# вплоть до границы наблюдения 1850 МэВ. Авторы предлагают объяснять эго усиление влиянием рр взаимодействия в начальном состоянии. Оно сильно анизотропно по углу рассеяния, что и отражается в спектре Мх. Эго распределение и взаимодействие па лету не подтвердили существование состояний 1794 МэВ и 1897 МэВ. Отмечено, что позднее в CERN также проводились опыты но поиску узких NN состоянии в аннигиляции антипротонов с импульсами 650 МэВ и 817 МэВ. Упомянутые выше состояния не были обнаружены. Однако эти результаты не противоречат возможности существования связанного состояния в интервале 1850 < Мх < 1876 МэВ с ширинами меньше энергии разрешения 2 МэВ.
Альтернативным подходом к изучению NN связанных состояний является обнаружение МОНОЭНСРГСТИЧССКИХ /Г*, 7Г° и у квантов от переходов ИЗ рр атомных состояний. 'Гак как правила отбора для излучения /г*, л-0 и у различны, то существует несколько разных случаев таких переходов. Для излучения л -мезонов и электромагнитных М переходов сумма L, + Lf+l должна быть нечетной ( Lt, Lf угловые моменты начального и конечного состояний, а / - угловой момент уносимый мезоном или фотоном). Для Е переходов у квантов сумма четна. При излучении л° (или у ) с-четность сохраняется и для пионов в кроме того сохраняется G-четность и изотопический сини. В потенциальных моделях вычисление вероятностей
7
- Київ+380960830922