Содержание
ВВЕДЕНИЕ............................................... 3
1 Эксперимент ЭКСЧАРМ 12
1.1 Основные требования, предъявляемые к эксперименту......................................... 12
1.2 Характеристики пучка............................... 14
1.3 Основные элементы спектрометра..................... 17
1.4 Мишени............................................. 17
1.5 Нейтронный монитор................................. 19
1.6 Спектрометрический магнит СП-40 А.................. 20
1.7 Система пропорциональных камер..................... 21
1.8 Сцинтилляционные годоскопы......................... 22
1.9 Система идентификации заряженных частиц . ... 23
1.10 Адронный калориметр............................... 26
1.11 Система запуска установки (триггер) •............. 27
1.12 Система сбора и контроля данных................. 30.
1.13 Программное обеспечение эксперимента, ONLINE версия.......................................... 33
1.14 Основные характеристики спектрометра.............. 37
і
2 Измерения поля магнита установки 39
2.1 Блок-схема измерительного комплекса......... 39
2.2 Координатный механизм....................... 42
3 Обработка экспериментальных данных и моделирование исследуемых процессов 49
3.1 Общая структура обработки информации........ 49
3.2 Программы для математической обработки данных 52
3.3 Отбор исследуемых процессов................. 53
3.4 Программы для моделирования ..............•61
4 Исследование инклюзивного образования ф мезонов. 62
4.1 Анализ спектра масс......................... 62
4.2 Исследования импульсных спектров и определение
сечения ф мезонов ............................. 65
4.3 Обзор теоретических моделей................. 73
5 Исследование парного рождения ф мезонов. 78
5.1 Выделения событий парного рождения ф мезонов . 78
5.2 Определение эффективности регистрации и
сечения парного рождения ф мезонов........... 81
5.3 Проверка правила ОЦИ....................... . 89
Заключение ........................................ 93
Литература ........................................100
2
ВВЕДЕНИЕ
В рамках кварковой модели нарушенной 811(3) симметрии с идеальным смешиванием октетного (Щ>) и синглетного (|У1>) состояний с нулевыми квантовыми числами гиперзаряда и изоспина ф мезон является членом нонета векторных мезонов и представляет собой систему 55 валентных кварков [1,2]. В рамках параметризации физических состоянии и и ф - мезонов:
\и >= совО» • |У| > +8т6у • >
\ф >= —зтву • Щ > +созвХ) • Щ >
где 1^8 ■ >= 1/л/б • |ий + (М — 255 > И 1^1 >= 1/л/5 *
|ш2 + <1(1 — 55 >, ЭТО соответствует уГЛу смешивания в у & 35° = 1/у/2). Анализ соотношений масс векторных мезонов указывает однако на незначительное отклонение от идеального смешивания \У\> — Щ> состояний {вь ~ 39°), что соответствует примеси нсстранных кварков в составе ф-мезона на уровне ~ 0,5 %. Таким образом, ф - мезон представляет почти
чистое 55 состояние и в этом смысле является первым членом
семейства векторных мезонов со скрытым ароматом (с/>, 7/Ф, Т). Такое выделенное положение ф мезона позволяет с одной стороны
- использовать его как инструмент исследования механизмов образования и взаймодейсгвия странных кварков, сдругой стороны
- из сравнения с характеристиками рождения систем более легких и более тяжелых кварков определить закономерности адронных
з
процессов, связанных с ароматами входящих в адрон кварков.
Необычность взаимодействия систем, составленных из кварков, проявляется в правиле Окубо - Цвейга - Иизуки (ОЦИ) [3], которое постулирует запрет процессов, описываемых связанными кварковыми диаграммами. Как следствие этого правила, запрещено также рождение и аннигиляция пар кварков и антикварков, входящих в состав одного и того же адрона. Такой запрет был выведен из малой вероятности распада ф —>• /ж, не подавленного другими правилами отбора, по отношению к распаду ф К К в предположении, что ф мезон находится в состоянии 55. Правило ОЦИ нашло подтверждение в сильных распалах У/Ф мезона, которое является чистим сс состоянием. Сильные распады данного мезона являются ОЦИ запрещенными и происходят с очень малой вероятностью. Для псевдо скалярных мезонов ОЦИ запрет не проявляется, так как из соотношения между их массами следует малое смешивание октетного и синглетного состояний, далекое от идеального (в & 11°). Объяснение природы ОЦИ запрета и анализ случаев его нарушения - одна из ключевых задач при исследовании процессов взаимодействия кварков. Запрет ОЦИ, будучи правилом отбора, не выражается в виде закона сохронения каких-либо квантовых чисел и может выполняться в низшем порядке теории возмущений, но нарушается в процессах более высокого порядка. Таким образом, хотя для распадов векторных мезонов правило ОЦИ является строгим,
4
вопрос об его применимости к процессам адронного образования систем со скрытим ароматом остается открытом. В этом смысле образование ф мезонов является очень удобным процессом для проверки справедливости правила ОЦИ из-за благоприятных экспериментальных условий его регистрации:
• относительно большого сечения инклюзивного рождения (сотни микробарн);
• большой парциальной вероятности распада ф —¥ К+К~ при малой ширине резонанса (4.4 МэВ/с2);
• возможности относительно легко регистрировать ассоциативно рожденные странные частицы;
• возможности сравнивать данные, полученные в пучках странных и нестранных частиц.
До настоящего времени экспериментально исследовалось адронное образование ф мезонов в основном в пучках я^, К± и p/р при разных энергиях. В эксперименте ACCMOR [4, 5, 6], проведенном на ускорителе SPS в ЦЕРН, проведены систематические исследования ф мезонов на большой статистике. Однако эти данные были получены в узкой кинематической области по переменной Фейнмана хр регистрируемых ф мезонов (О < хр < 0,4) и сравнительно высоких энергиях пучка (63, 93, 100, 120, 200 ГэВ), далеко от порога реакции. Кроме того, имеются данные других экспериментов на SPS в пучках К+
с энергией 70 ГэВ [7] и 250 ГэВ [8], К~ с энергией 110 ГеВ [9] и 7Г~ с енергией 360 ГэВ [10]. При высоких энергиях проведены также исследования характеристик рождения ф мезонов в пучках я-*, р с энергией 150 ГэВ [11] и 225 ГэВ [12] на ускорителе ГИЛЬ и рр взаимодействиях при энергии л/з=52,5 ГэВ [13] на КЖ в ЦЕРНе. В околопороговой области энергий исследовались инклюзивные образования ф мезонов пионами (тг±) 16 ГэВ [14,15], каонами {К") 10 и 16 ГэВ [15] и протонами 24 ГэВ [16]. В экспериментах на серпуховском ускорителе получены данные в пучках с энергией 32 ГэВ [17, 18, 19], К~ с энергией 43 ГэВ [20] и р с энергией 70 ГэВ [21]. В эксперименте БИС-2 [22] исследовались характеристики рождения ф мезонов в нейтрон -нуклонных и нейтрон - ядерных взаимодействиях.
Таким образом, до настоящего времени существовали только результаты исследования эксперимента БИС-2 по рождению ф мезонов в нейтронном пучке.
Согласно ОЦИ [3] правилу, в частности, запрещено одиночное и парное образование ф мезонов во взаимодействиях, не содержащих в начальном и/или конечном состояниях дополнительных странных кварков.
Однако, существуют экспериментальные данные , свидетельствующие об отклонении от правила ОЦИ в процессе одиночного и парного образования ф мезонов.
6
Исследования, проведенные на ЬЕАЯ в ЦЕРН коллаборацией ОВЕЫХ в нуклон-нуклонных взаимодействиях показали сильное нарушение правила ОЦИ [23, 24] при образовании одиночных ф мезонов без сопровождения странных частиц.
В ряде экспериментов [25, 26, 27] анализировались эксклюзивные реакции парного рождения ф мезонов в пучках тг“ и К~ частиц и получено достаточно большое отношение сечений ОЦИ разрешенных и ОЦИ запрещенных процессов, например
<т(К~р -> фф\) _ с
— ------------г~ О.
а(тг~р —> ффп)
На основе тех же экспериментов получено отношение
о(ъ~р —)• ффп) 1 (т(тт-р -э фКлК~п) ~ 5’ которое по порядку величины согласуется с отношением для ОЦИ разрешенных реакций
а(К~р —>• ффА) а(К-р->фК+К-А)'
Существуют гипотезы, согласно которым парное рождение ф мезонов является, в основном, следствием распада промежуточных состояний. В таком случае образование двух ф мезонов может происходить без нарушения ОЦИ правила. Например, в результате детального анализа парного образования ф мезонов в эксперименте [28], было получено указание на существование
7
нескольких связаных фф состояний в области масс 2,1 -г- 2,5
ГэВ/с2 с шириной 100ч- 300 МэВ/с2 (на пример /(2300) и /(2340)
Данных же по исследованию характеристик рождения ф мезонов в нейтрон-нуклонных взаимодействиях недостаточно, чтобы провести адекватное сравнение с результатами экспериментов в протонных и антипротонных взаимодействиях. Поэтому получение новых данных о рождении ф мезонов нейтронами позволит глубже понять механизм образования резонансов со скрытой странностью.
В данной работе приведены исследования инклюзивного образования одиночных и парных ф мезонов в реакциях:
Основной целью работы является исследование инклюзивного образования ф мезонов в нейтронном пучке, измерения сечения одиночного и парного рождения ф мезонов, сопоставление полученных результатов с данными других экспериментов и с теоретическими моделями, исследование выполнения правила ОЦИ. Для поставленной задачи анализировалась экспериментальная информация, накопленная с помощью установки ЭКСЧАРМ в 1994 году. Эксперимент проводился в нейтронном пучке канала 5Н Серпуховского ускорителя У70.
[68]) .
п + N ф + X. п + N —^ ф ф + X.
(0.1)
(0.2)
8
- Київ+380960830922