Оглавление
ВВЕДЕНИЕ 4
1. СПЕКТРЫ Л-ГИПЕРЯДЕР И Л-НУКЛОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ 7
1.1. О состоянии экспериментальных исследований спектроскопии А-гиперядер............................... 7
1.2. Микроскопические расчеты спектров одночастичных состояний гиперонов в А-гиперядрах.................. 11
1.3. Спектры А-гиперядер в хартри-фоковском подходе со скирмовскими потенциалами........................... 14
1.4. Характеристики А-гиперядер и А-гиперона в ядерной материи............................................. 24
1.5. Выводы. Сравнение с результатами других авторов ... 28
2. АЛ- И ЕУ-ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ В ГИПЕРЯДРАХ СО
СТРАННОСТЬЮ -2 32
2.1. Экспериментальные и теоретические исследования ЛЛ-гиперядер........................................... 32
2.2. Хартри-фоковский подход для ЛЛ-гиперядер........... 39
2.3. Выбор параметров Л Л-взаимодействия................ 43
2.4. Поляризация остова и энергия связи ЛЛ-гиперядра ... 47
2.5. Энергии связи ЛЛ-гиперядер с различными скирмовскими барионными потенциалами.......................... 51
2.6. Результаты расчетов с ЛЛ-потенциалами конечного радиуса, зависящими от плотности...................... 60
2.7. Е-гиперядра и ЕУ-взаимодействие ................... 62
2
3. ГИПЕРЯДЕРНЫЕ СИСТЕМЫ С БОЛЬШОЙ СТРАННОСТЬЮ ТО
3.1. Гиперядра с большой страпностью: состояние проблемы 70
3.2. Гиперядерная материя........................ 73
3.3. Выбор динамической модели................... 76
3.4. Область связанных состояний................. 81
3.5. Многочастичная конверсия Е-гиперонов........ 92
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 96
ЛИТЕРАТУРА * 99
з
ВВЕДЕНИЕ
Проблема изучения гиперонных взаимодействий при низких энергиях лежит на стыке ядерной физики и физики элементарных частиц. Общепринятая физическая картина основана на существовании шести кварков, взаимодействия которых в той или иной мере подчинены унитарной симметрии. Однако объем экспериментальной и теоретической информации о барионных взаимодействиях резко асимметричен. Естественным образом наиболее изучены нуклонные взаимодействия. Детальное исследование взаимодействий барионов, содержащих тяжелые (с, 6, £) кварки, чрезвычайно затруднено экспериментально и, видимо, в ближайшее время не станет актуальной задачей. В то же время взаимодействие странных барионов с нуклонами и ядрами гораздо более доступно экспериментальному исследованию и поэтому может служить построению общей картины барионных взаимодействий.
Два основных источника данных о гиперон-нуклонном взаимодействии — рассеяние гиперонов и свойства гиперядер. Возможности экспериментов по гиперон-нуклонному (и в перспективе гиперон-ядерному) рассеянию при низких энергиях ограничены малым временем жизни гиперонов и, соответственно, трудностью получения вторичных гиперонных пучков или наблюдения их взаимодействия иным образом с высокой статистикой. В то же время образование гиперядер возможно на мезонных пучках, мощность которых значительно выше. Так, общее количество событий £+р-, £“р- и Ар-взаимодействий, наблюдавшихся в недавнем эксперименте КЕК (Япония) [1], исчисляется лишь сотнями. В то же время типичные скорости наблюдения А-гиперядер в выполненных недавно и находящихся в настоящее время в стадиях подготовки и выполнения экспериментах в КЕК, Врук-хейвенской Национальной лаборатории (ВЫЬ, США), на установке ЕПЧиБА на 0-фабрике ОАФКЕ (Италия) и Джефферсоновской лабо-
4
ратории (ТЛКАР, США) составляют от примерно 10 (КЕК, ТЛХАР) до почти 400 (РШиБА) гиперядер в час [2].
Однако следует учитывать, что информация о гиперон-нуклонных взаимодействиях, получаемая из гиперядерных данных, более опосредованная, чем из прямых экспериментов по рассеянию. Во-первых, для того, чтобы связать гиперон-нуклонное и гиперон-ядерное взаимодействие, необходимо использование микроскопических методов. Во-вторых, эффективное взаимодействие гиперонов с нуклонами в ядре отличаются от вакуумного взаимодействия, поэтому в данном случае правильно говорить о гиперядерн^гх взаимодействиях. Мы ограничиваемся анализом гиперонных взаимодействий в не слишком легких гиперядрах, оставляя проблематику малочастичных гиперядерных систем за рамками настоящей работы.
Глава 1 посвящена анализу данных по спектрам Л-гиперядер от д2С до д08РЬ в рамках метода Хартри-Фока со скирмовскими нуклон-нуклонным и гиперон-нуклонным потенциалами. Целью работы, представленной в этой главе, является установление тех ограничений, которые позволяют наложить уже имеющиеся данные на гиперонный потенциал. Используются эффективные потенциалы, полученные на основе мезон-обменных моделей и теории Бракнера.
С другой стороны, из опыта ядерной физики известно, что даже большой объем высокоточных данных не позволяет получить потенциал (или иную форму описания) соответствующего элементарного взаимодействия однозначно. Поэтому здесь и в последующих главах делается попытка, с одной стороны, найти такие гиперядерные характеристики, которые находятся в наиболее явной связи со свойствами потенциалов, а, с другой стороны, выяснить, какую информацию о гиперядерных свойствах можно получить, несмотря на неопределенности потенциалов (иными словами, какие характеристики гиперядер малочувствительны к выбору потенциалов).
Гиперядра со странностью 5 = -1, особенно А-гиперядра, относятся к сравнительно хорошо исследованной области гиперядерной физики. Экспериментальная информация о гиперядрах с 5 = — 2 очень скудна. С другой стороны, такие гиперядра являются источником уникальной информации о А А- и ЕА- взаимодействиях. Имеющихся в настоящее время данных недостаточно для надежного определения соответствующих потенциалов. Также на начальном этапе на-
ходится исследование ЕАЛвзаимодействий в Е~ р-рассеянии [3] и ЛЛ-взаимодействия в реакциях образования свободных Л-гиперонов по взаимодействию в конечном состоянии [4].
На данном этапе представляется, что анализ имеющихся данных должен сочетаться с выяснением того, какая дополнительная информация необходима для более надежного определения потенциалов. Такому анализу посвящена Глава 2. Метод Хартри-Фока обобщен здесь на случай гиперядер с 5 = — 2. Предложено несколько Л Л- и ЕА/’-потенциалов, согласующихся с имеющимися данными. Определение ЛЛ-потенциала является тонкой задачей, т.к. его относительный вклад в полную энергию связи гиперядра мал. Поэтому для этой задачи очень существенно также понимание А-ядерного взаимодействия, которое в данном подходе описывается через гиперон-нуклонное взаимодействие. Важной частью нашего анализа явлется выяснение того, какие свойства гиперон-нуклонного потенциала наиболее важны для определения ЛЛ-потенциала из данных по ЛЛ-гиперядрам.
Гиперядра со странностью |5'| > 2 до настоящего времени не наблюдались. Однако изучение свойств таких систем представляет большой теоретический интерес. Глава 3 посвящена в основном исследованию свойств гиперядерной материи — предельному случаю гиперядер с большой странностью, — представляющей собой бесконечную систему из нуклонов и гиперонов с отличным от нуля значением странности на барион. Т.к. известно, что основные состояния гиперядерных систем с большой странностью содержат, вообще говоря, не только Л, но и Е (но не £) гипероны, результаты глав 1 и 2 находят здесь прямое применение. Оказывается, что, несмотря на большие неопределенности с выбором потенциалов, ряд качественных выводов о свойствах гиперядерной материи может быть сделан надежно.
Основные результаты диссертации опубликованы в работах [АХАЮ] и докладывались на международных конференциях в России, Японии, Чехии, США и Республике Корея.
6
Глава 1
СПЕКТРЫ Л-ГИПЕРЯДЕР И
Л-НУКЛОННОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ
*
1.1. О состоянии экспериментальных исследований спектроскопии А-гиперядер
В течение долгого времени экспериментальная информация об энергиях связи А-гиперядер была ограничена данными об основных состояний легких гиперядер от дН до д51ч, полученными в фотоэмульсиях [5]. Энергию отделения А-гиперона в гиперядре a+1Z обозначают В\ и обычно называют энергией связи А-гиперона. Уже эти данные позволили сделать определенные выводы о гиперон-ядерном взаимодействии, одним из которых явилось приблизительное определение энергии связи А-гиперона в ядерной материи Da- Эта величина может трактоваться как асимптотическое значение В\(А = оо) или как глубина потенциальной ямы для Л-гиперона в ядре. Оказалось, что D\ ы 30 МэВ, что примерно в 2 раза меньше, чем глубина ямы для нуклона. Ранний этап развития теоретических исследований отражен в обзоре [6].
Новый этап развития гиперядерной спектроскопии начался с появлением в 70-е годы достаточно мощных каонных пучков, что позволило перейти к изучению спектров гиперядер в реакции AZ(K~ с измерением импульса пиона. Такие эксперименты выполнялись в CERN [7, 8, 9, 10, 11, 12] и несколько позднее, с лучшей статистикой, в BNL [13, 14]. Реакция при импульсах каона рк> несколько
меньших 1 ГэВ/с, была предложена для изучения гиперядер в работе [15]. В большинстве реакций образования гиперонов на ядрах (например, в протон-ядерных столкновениях) импульс отдачи гипер-
7
она д велик, поэтому образование низколежащих состояний гиперядер очень маловероятно. Главным преимуществом реакции (АГ~, ж~) является так называемая безотдачная кинематика — малость д при малых углах вылета пиона (д точно равно нулю при рк ~ 530 МэВ/с на ну-клонной мишени для пионов, вылетающих вперед). Благодаря этому свойству были впервые определены энергии возбужденных состояний ряда гиперядер р- и 5(/-оболочек. Другим способом определения энергий возбужденных состояний гиперядер является 7-спектроскопия, начавшая развиваться также в 70-е годы. В принципе на этом пути возможно весьма детальное изучение спектров А-гиперядер (хотя, конечно, только самых низколежащих состояний) и, соответственно, извлечение весьма тонкой информации о гиперон-нуклонном взаимодействии [16]. Однако до настоящего времени измерено лишь небольшое число гиперядерных 7-квантов [17, 18, 19, 20].
В дальнейшем было осознано, что безотдачная кинематика — не только преимущество, но и недостаток реакции (К~,тг~). Благодаря малым д доминируют монопольные переходы в так называемые состояния замещения т.е. гиперон занимает состояние с теми
же квантовыми числами, что и замещаемый нейтрон. Основные и низ-колежащие возбужденные состояния средних и тяжелых гиперядер представляют собой в первом приближении комбинацию низколежа-щего гиперонного состояния с дыркой в высоколежащей нейтронной оболочке и характеризуются сравнительно большими спинами. Уже основное состояние д°Са структуры Ыз/21$1/2 не удалось наблюдать в реакции С этой точки зрения могли бы быть полезными
измерения угловых зависимостей спектров реакции (К~,тг~)у однако из-за недостаточной статистики такие измерения [9, 13] пока не дали новой спектроскопической информации.
В качестве альтернативы была предложена [21] реакция (я-*, К+) при р~ около 1 ГэВ/с. При нулевом угле вылета каона д « 330 МэВ/с, т.е. сравним с фермиевским импульсом нуклона, поэтому в этой реакции преобладает возбуждение состояний с большими спинами. Именно эта реакция стала с 80-х годов основным источником информации о спектрах средних и тяжелых А-гиперядер. После апробации метода на мишени 12С [22] в В1ЧЬ были впервые измерены энергии основных и возбужденных состояний д881, д°Са, и 89У [23, 24]. В согласии с теоретическими предсказаниями [21, 25] в спектрах доминируют со-
8
- Київ+380960830922