2
Оглавление
Введение 6
1 Экспериментальные и теоретические исследования поляризационных эффектов в адронных взаимодействиях 14
1.1 Спинозависящие структурные функции нуклонов.................16
1.2 Экспериментальные результаты по исследованию односпиновой
асимметрии А1у инклюзивных процессов........................23
1.2.1 Определение односпиновой асимметрии...................23
1.2.2 Экспериментальные результаты по односпиновой асимметрии .....................................................24
1.3 Теоретические модели, в которых сделана попытка объяснить
возникновение односпиновой асимметрии.......................26
2 Общая постановка экспериментов. 42
2.1 Организация вывода пучка....................................44
2.1.1 Канал частиц..........................................44
2.1.2 Аппаратура регистрации частиц пучка...................45
2.1.3 Формирование пучка вторичных отрицательных частиц
от внутренней мишени..................................47
2.1.4 Формирование электронного пучка.......................48
2.1.5 Вывод протонов с помощью изогнутого монокристалла. . 50
2.1.6 Измерение импульсного разброса протонного пучка, выведенного из ускорителя У-70 методом каналирования. . 52
2.2 Поляризованная мишень.......................................59
2.3 Электромагнитный калориметр.................................62
2.4 Электронная аппаратура, триггер на поперечный импульс рт. . 67
3
2.5 Система сбора данных и обработка данных “в линию" и вне
“линии" .......................................................69
3 Исследование односпиновой асимметрии в области фрагментации не поляризованного пучка 74
3.1 Постановка эксперимента........................................75
3.2 Измерения асимметрии при малых значениях рт....................81
3.3 Измерения асимметрии при промежуточных значениях рт- ... 82
3.4 Заключение по Главе............................................84
4 Исследование односпиновой асимметрии в центральной области 85
4.1 Исследование асимметрии в центральной области в реакции
7г- 4- р\ —» 7Г° + X при энергии пучка 39.1 ГэВ................86
4.1.1 Алгоритм вычисления фактора разбавления..................90
4.1.2 Результаты измерений асимметрии..........................92
4.1.3 Обсуждение результатов...................................96
4.2 Исследование асимметрии в центральной области в реакции р+
Р| —> 7г° -1- X при энергии пучка 70 ГэВ.......................98
4.2.1 Постановка эксперимента..................................99
4.2.2 Алгоритм разделения перекрывающихся ливней..............102
4.2.3 Результаты измерения асимметрии.........................107
4.2.4 Обсуждение результатов..................................110
4.3 Выводы по данной главе........................................112
5 Исследование односпиновой асимметрии в области фрагментации поляризованной мишени 114
5.1 Измерение асимметрии в реакции 7г~ 4- р^ —> 7г° 4- X..........115
5.1.1 Постановка эксперимента.................................115
5.1.2 Алгоритм получения асимметрии...........................120
4
5.1.3 Результат измерения асимметрии в реакции 7Г 4- Р] —>
7г° + X.................................................124
5.1.4 Обсуждение результатов.................................126
5.2 Измерение асимметрии в реакции р 4- р\ —> 7г° + X.............129
5.2.1 Постановка, эксперимента...............................130
5.2.2 Модернизация экспериментальной установки и методов
обработки данных при измерениях 2005-2007 г.............132
5.2.3 Результат измерений асимметрии при 70 ГэВ...........136
5.2.4 Результат измерений асимметрии при 50 ГэВ...........140
5.3 Выводы по данной главе........................................143
6 Поиск общих закономерностей В ИНКЛЮЗИВНОМ рождении 7Г-мезонов в диапазоне энергий от 10 до 200 ГэВ 146
6.1 Односпшювая асимметрия Лдг ИНКЛЮЗИВНОГО рождения 7Г+ мезонов при энергиях от 10 до 200 ГэВ...............................148
6.1.1 Измерения в БЫЛ при 13.3 и 18.5 ГэВ................150
6.1.2 Измерения в ИФВЭ при 40 ГэВ - надо поменять с учетом
последних результатов...................................151
6.2 Односпиновые асимметрии инклюзивного рождения 7г°-мезонов. 151
6.2.1 Измерения в реакции рр] —> тг° + X.....................151
6.2.2 Измерения в реакции Р]{р{) + р —> 7г° + X при 200 ГэВ. . 152
6.3 Измерение асимметрии в инклюзивном рождении тг_-мезонов. . 153
6.4 Односпиновые асимметрии в реакции р\р —» к'11 -f X при 200 ГэВ 153
6.5 Обсуждение результатов........................................154
6.6 Выводы по данной главе........................................158
Заключение 159
Литература 168
Список иллюстраций
187
5
Список таблиц 199
А Метод получения протонного пучка 201
В Исследование импульсного распределения пучка 206
В.1 Характеристики трековых детекторов.........................206
B.2 Привязка дрейфовых камер...................................211
С Параметры и методы восстановления частиц в электромагнитном калориметре 217
C.1 Счетчики с радиаторами из свинцового стекла, источники высоковольтного питания...........................................217
С.2 Калибровка электромагнитных калориметров...................218
С.З Восстановление низко-энергичных электромагнитных ливней . . 220 С.4 Методика реконструкций ливней под большими углами.......224
И Результаты экспериментов по измерению односпиновой асимметрии. 229
б
Введение
Понятие спина является фундаментальной характеристикой элементарных частиц наравне с ее массой и зарядом. Спин - это квантовомехаиическая величина, не имеющая классического аналога. Впервые в 1925 году Паули предположил, что электрон имеет дополнительное квантовое число, которое может принимать только два значения. Позднее Уленбек и Гаудсмит развили это предположение и и назвали его спином. В течение тридцати лет после открытия спина его изучение проходило только в молекулярной и атомной физике. Введение спина позволило объяснить тонкую структуру атомных спектров и периодическую таблицу элементов, а позже эффект Штерна-Герлаха. Учет спиновых эффектов позволяет правильно описать электромагнитные процессы.
Спиновые явления являются типичным случаем, когда простота взаимодействий на малых расстояниях не запоминается наблюдаемыми на дальних расстояниях. Интерес к исследованию спиновых явлений в адрон-адронных взаимодействиях связан с возможностью изучения структуры адронов и динамики взаимодействия структурных составляющих адронов - кварков и глюонов, имеющих ненулевой спин.
Актуальность темы
В сильном взаимодействии учет спина частиц, как считалось, является несущественным усложнением в теории, а его вклад мал. Наивная картина понимания структуры адронов была полностью разрушена после того, как эксперименты но глубоко-неупругому рассеянию лептоиов на поляризованных протонах выявили, что спин нуклона не является простой суммой спина кварков, что необходимо учитывать вклад глюонов и/или орбитального дви-
жения. Чтобы действительно понять структуру нуклонов необходимо понять их спиновую структуру, а именно, как составляющие кварки и глюоны образуют полный спин нуклона.
Основной вклад в изучение спиновой структуры протона дают эксперименты по неупругому рассеянию лентонов на нуклонах. Эксперименты с участием адронов также несу т информацию о спиновой структуре нуклонов, особенно в экспериментах, когда оба нуклона поляризованы. Интерес к исследованию спиновых явлений в адрон-адроиных взаимодействиях связан не только с возможностью изучения структуры адронов, но и с возможностью исследования динамики взаимодействия структурных составляющих адронов - кварков и глюонов, имеющих ненулевой спин.
Среди спиновых измерений односпиновые асимметрии при высоких энергиях с участием нуклонов являются наиболее загадочными и интересными. Многие из них наблюдаемы и значительны по величине, их причина связана с новыми и трудноуловимыми характеристиками партонной адронизации и/или функций распределения. Ненулевая односпиновая асимметрия указывает на несимметричное распределение образования продуктов распада относительно начального направления спина исследуемой частицы пучка или мишени.
• Уже в первых экспериментах с поляризованными частицами были обнаружены значительные асимметрии в упругих реакциях и реакциях перезарядки. Изучение поляризации гиперонов показало, что большое значение поляризации сохраняется при очень больших энергиях. Неслучайно, первой экспериментальной задачей эксперимента ЬНСЬ на Большом адронном коллайдере будет исследование поляризации Л-гиперонов.
В последние десятилетия было проведено несколько экспериментов, в которых была обнаружена большая величина односпиновой асимметрии инклюзивного рождения тг-мезонов. В настоящее время нет теоретической модели сильного взаимодействия, которая могла бы полностью объяснить все имеющиеся поляризационные результаты, поэтому любые новые экеперпмеи-
8
тальные данные способствуют дальнейшему развитию теоретических моделей.
Можно процитировать высказывание Дж. Бьеркена о роли спиновых явлений: ‘'Polarization data has often been the graveyard of fashionable theories. If theorists had their way, they might just ban such measurements altogether out of self-protection.”1
Экспериментальные исследования с поляризованными частицами в настоящее время ведутся в большинстве центров по физике высоких энергий. Измерения проводятся в различных кинематических областях и дополняют друг друга. Полученные результаты, в том числе составляющие основу данной диссертации, указывают, что спиновые эффекты слабо зависят по величине от энергии. Эксперименты по измерению односпиновой асимметрии проводились ранее при низких энергиях, в настоящее время большинство адронных поляризационных экспериментов проводятся при высоких энергиях
(1/5 = 200 ГэВ).
Измерения на ускорителе ИФВЭ дополняют мировые данные в промежуточной области энергий и являются важной частью всей совокупности мировых данных.
Цель диссертационной работы
Целью данной работы является измерение односпииовой асимметрии Ду инклюзивного рождения 7г°-мезонов в различных кинематических областях. Исследования проводились при энергиях 40-70 ГэВ на установке ПРО-ЗА [1).
Проведены сравнение полученных результатов с имеющимися экспериментальными данными и теоретическими моделями, и поиск общих закономерностей.
!J.D. Bjorken, talk at NATO Advanced Research Workshop 011 QCD Hard Hadronic Processes St. Croix, 1987
9
Научная новизна и практическая ценность работы
При выполнении диссертационной работы были получены следующие новые результаты:
• Измерения инклюзивного рождения мезонов с использованием дейте-риевой мишени являются единственными в мире.
• Измерения асимметрии нейтральных мезонов на пучке тг"-мезонов являются единственными.
• Впервые измерена асимметрия инклюзивного рождения 77-мезонов.
• Основной особенностью проведенных исследований является то, что впервые на одной установке проведены исследования в широком диапазоне кинематических переменных для разных сортов взаимодействующих частиц (протонный и пионный пучок, протонная и дейтериевая мишень), что позволяет исследовать зависимость эффектов от сорта частиц и кинематических параметров. В диссертацию вошли результаты, полученные на поляризованной мишени в следующих кинематических областях:
— в области фрагментации псполяризовапного пучка [2, 3]; обнаружена ненулевая асимметрия инклюзивного рождения частиц в области фрагментации неполяризованной частицы.
— в центральной области, то есть под углом 90°в системе центра масс [4]-[7]; впервые проведено сравнение асимметрии в 7Г~р^ и рр\-взаимодействиях в одинаковых кинематических областях.
— в области фрагментации поляризованной мишени [8]-[12]; исследования в области фрагментации поляризованной мишени проведены впервые в мире.
• По результатам исследований рассмотрены общие особенности возникновения односпиновой асимметрии в экспериментах с фиксированной
10
мишенью [13] и один из возможных механизмов возникновения асимметрии в рамках модели конституентных кварков [14].
Следующие результаты, полученные при проведении исследований, имеют практическую ценность:
• Развита методика вывода пучка из вакуумной камеры ускорителя с помощью изогнутого кристалла кремния. Для проведения исследований, входящих в состав диссертации, были проведены работы но получению стабильного пучка и измерению его характеристик [15, 16].
• Разработан метод вычисления односпиновой асимметрии 7Г°-мезонов од-иоплечевьш спектрометром [8].
• Разработана методика восстановления 7-квантов под большими углами [17, 18].
Полученные результаты указывают на необходимость проводить дальнейшие исследования в области энергий ускорителя ИФВЭ. В настоящее время готовится экспериментальная установка по измерению асимметрии для широкого класса новых реакций.
Защищаемые положения
При выполнении данной работы были получены следующие результаты, которые выносятся на защиту:
• Односпиновая асимметрия в области фрагментации пучка в реакции 7г~ -\-cli —> 7Т°+Х в области 0.7 < хр < 1.0 и 1.0 < рт < 2.0 ГэВ/с равна [13.6 ±2.6 (стат.)±2.0 (сист.)]%.
• Односпиновая асимметрия в реакции р + р| —> 7г° + X в центральной области (под углом 90° в системе центра масс) при энергии частиц пучка 70 ГэВ равна нулю во всем диапазоне измерений.
11
• Одиосииновая асимметрии в реакции тг“ + ф —* 7Г° X в центральной области при импульсе частиц пучка 40 ГэВ/с достигает значения 40% и совпадает с асимметрией в реакции 7г“ + р^ —> в той же области.
• Суммарная одноеппновая асимметрии в реакции тг“ -4- + АТ
в центральной области при рх > 2.2 ГэВ/с и импульсе пучка 40 ГэВ/с равна (62 ± 22)% .
• Одиоспиповая асимметрия в реакции 7г~ +р\ —*■ 7Г° + X в области фрагментации поляризованной мишени при 40 ГэВ/с равна (6.9 ±2.9)% при яр < —0.3.
• Одиосииновая асимметрия в реакции р -Ь —> 7г° 4- X в области фрагментации поляризованной мишени при энергии пучка 50 и 70 ГэВ равна (6.2 ± 1.5)%.
• Получено указание на общие особенности возникновения одиоспиновой асимметрии в экспериментах на фиксированной мишени.
По результатам исследован!ш сделаны следующие выводы:
• Асимметрия не зависит от тина поляризованной (протонная или дейте-риевая) мишени.
• Асимметрия зависит от сорта падающих частиц, при этом для симметричной реакции (рр) асимметрия вне области фрагментации поляризованной частицы совпадает с нулем, тогда как для несимметричной (ттр) системы асимметрия отличается от нуля во всех областях проведенных измерений.
• Величина асимметрии слабо зависит от энергии в широком диапазоне измерений (вплоть до у/Ъ = 200 ГэВ). Таким образом, измерения при промежуточных энергиях очень важны и позволяют с хорошей точностью проводить исследования для различного сорта частиц.
12
Все результаты получены на экспериментальной установке ПРОЗА [1] ускорительного комплекса У-70 ИФВЭ.
Основные публикации и апробация работы
Результаты, приведенные в диссертации, опубликованы в работах [1]-[22], в журналах “Ядерная Физика”, “Приборы и техника эксперимента”, “Физика элементарных частиц и атомного ядра“, Physics Letters В, Physical Review, Czech. Journal of Physics, трудах международных конференций, препринтах ГНЦ ИФВЭ.
Результаты докладывались на международных конференциях и совещаниях по спиновым явлениям, сессии отделения физики РАН, Рочестерской конференции по физике высоких энергий.
Цикл работ, входящих в данную диссертацию, удостоен премии РАН и издательского дома “МАИК/Интсрпериодика“ за лучшую публикацию в издаваемых журналах.
Структура диссертации
Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения и приложений.
В Главе 1 дается определение односпиновой асимметрии, содержится краткий обзор экспериментов по измерению односпиновой асимметрии и обзор теоретических моделей.
Глава 2 содержит описание общих особенностей проведения экспериментальных исследований.
В Главе 3 представлены результаты измерений односпиновой асимметрии в реакции 7г— -|- ф —> тг° -Ь X в области фрагментации пионного пучка.
В Главе 4 представлены результаты измерений односпиновой асимметрии в центральной области в реакциях тг“-Г ф —> тт^+Х и тг”+Р|(ф) —> р+Х при импульсе частиц пучка 40 ГэВ/с и в реакции р+р\ —> 7г°-НАГ при 70 ГэВ.
13
В Главе 5 проводится исследование асимметрии 7г°-мезонов в области фрагментации поляризованной прогонной мишени на пучках 7г_-мезонов при 40 ГэВ и протонов при энергиях 50 и 70 ГэВ.
В Главе 6 изучаются общие закономерности результатов поляризационных экспериментов на фиксированной мишени в диапазоне от 13 до 200 ГэВ.
В заключении сформулированы основные результаты диссертации.
В приложениях приведены методы получения пучка, необходимые для проведения исследований, необходимые экспериментальные методы, не являющиеся новыми, важная для проведения экспериментальных исследований информация, которая не связана прямо с измерением асимметрии, а также, результаты (таблицы) других экспериментов, для которых проводился анализ общих особенностей асимметрии инклюзивного рождения.
14
Глава 1. Экспериментальные и теоретические исследования поляризационных эффектов в адронных
взаимодействиях
Поляризационные исследования адронных реакций на ускорителях, в том числе в России, начались более 50 лег назад. Измерения на установке ПРОЗА являются логическим продолжением первых исследований, начатых в Дубне при участии проф. Нурушева. Еще в 1954 году при участии проф. Нурушева в Дубне был получен поляризованный протонный пучок с энергией 565 МэВ и поляризацией 58% [23]. При таких малых в наше время энергиях наибольшее значение поляризации возникало при дифракционном рассеянии на ядрах и слабо зависело от энергии [24]. Важным шагом явилось создание продольно поляризованного протонного пучка [25].
Уже в 1965 году впервые был использован метод измерения поляризации в области кулон-ядерной интерференции [26], который в настоящее время используется во многих экспериментах. Еще в 1967 году были проведены первые измерения асимметрии образования тД-мезонов в протон-протонных столкновениях [27].
Позднее исследования поляризационных эффектов под руководством
С.Б. Нурушева продолжились в ИФВЭ..
Среди первых поляризационных исследований можно отметить следующие важные результаты:
• Ярким примером явилось измерение в конце 60-х годов поляризации нуклона отдачи в реакции квазиупругой перезарядки 7Г" +р| —> тг() + п. При импульсах 2-11 ГэВ/с и малых значениях квадратов переданных импульсов |6| < 0.4 ГэВ/с была обнаружена поляризация нейтронов на уровне ^15-20% [28, 29]. Последующие эксперименты в ЦЕРН [30]
15
и США [31] подтвердили, что при малых |£| существует заметный эффект поляризации. Полученные результаты резко противоречили теории полюсов Редже, хорошо описывавшей дифференциальные сечения различных процессов и предсказывавшей нулевую поляризацию. Данную теорию пришлось существенно усложнить, введя ветвления.
• Были обнаружены значительные величины поляризации (анализирующей способности) в процессах упругого рассеяния, причем энергетический ход поляризации зависит от сорта адрона; поляризация растет с ростом поперечного импульса, достигая при р\ ~ 7 ГэВ/с и энергии 28 ГэВ величины 20%; при этом не наблюдается зеркальной симметрии между поляризациями частиц и античастиц [32] - [38|.
• Угловое распределение рр-рассеяния сильно зависит от ориентации спинов в начальном состоянии (аргонский эффект) при энергии 12 ГэВ: МЮ/М1Т) = 4 [39, 40].
• Поляризация гиперонов в инклюзивных процессах (более 20%) остается неизменной в диапазоне энергий от 12 до 2000 ГэВ (эквивалентная энергия в лабораторной системе) [41]-[54]; результаты эксперимента \VA-89 по измерению поляризации Л-пгперонов на £ пучке показали неожиданную зависимость поведения поляризации (изменение знака) от по-перечного импульса [55, 56].
• В эксклюзивных зарядовообменных реакциях 7г" +Р| —> /) 4- п
[57] - [64] на установке ПРОЗА обнаружена значительная односпиио-вая асимметрия (поляризация) при больших переданных импульсах. Данные исследования явились первым этапом измерений на установке ПРОЗА, вторым же этапом стали измерения, составившие основу данной диссертации.
• II наконец, результаты экспериментов по исследованию глубоко неупругого рассеяния продольно поляризованных лептонов на продольно поляризованных протонах и ней тронах обнаругжили, что спин нуклона но
16
полностью определяется спином кварков, что будет подробнее рассмотрено в следующем разделе.
1.1. Спинозависящие структурные функции нуклонов
Данный раздел не затрагивает прямо рассматриваемые в диссертации исследования, однако он исключительно важен для спиновых исследований в целом.
Важными теоретическими предсказаниями для структурных функций нуклона 0і, зависящих от спина, являются правила сумм. В кварк-партонной модели одним из основополагающим является правило сумм Бъеркена для первых моментов СПИНОВОЙ структурной функции Протона Г£ = /0! 0і(х)(їх и нейтрона Г“, полученное первоначально из алгебры аксиального (дл) и векторного (ду) токов и изоспиновой инвариантности [65)
рр рп _ 1
її ч-б
Ял
(1.1)
9v
Эллис и Джаффе |66| предложили свое правило сумм, которое, предполагая точное выполнение SU(3) симметрии, может быть записано как:
ifn) = + D) + А(зр -D) + \as . (1.2)
через константы связи F и D, полученные из нейтронного и гиперонного /5-распада [66].
При дополнительном предположении а8 = 0, которое означает в кварк-партонной модели, что As = 0, они получили численные предсказания для значений Tj и Г".
Впервые исследование поляризационных эффектов в рассеянии электронов на протонах было выполнено в CJIAK сотрудничсствами ES0 и Е130 [67, 68). Данные эксперименты обнаружили существенные асимметрии глубоконеупругого рассеяния электронов на протонах, результаты не противоречили правилу сумм Эллиса-Джаффе.
Однако проведенный позднее эксперимент ЕМС в ЦЕРН [69] при более высоких энергиях обнаружил в рассеянии поляризованных мюонов на поляризованных протонах отклонение от правила сумм Эллиса-Джаффе [66]. С точки зрения кварк-партонной модели это означало, что вклад кварков в спин прогона мал. Данный результат стимулировал новые эксперименты по рассеянию поляризованных лептонов, перед которыми ставились следующие задачи:
1. измерение спин-зависящей структурной функции протона с хорошей точностью и широком кинематическом диапазоне;
2. оценка первого момента спиновой структурной функции протона. =
. fjgf(x)dx;
3. подобные же измерения с поляризованными дейтериевой и гелиевой мишенями для измерения нейтронной структурной функции и проверки правила сумм Бьеркена Г1/ — Г“ [65];
4. измерение епиново-зависящен структурной функции <?2 протона и нейтрона;
5. исследование полу-инклюзивиых процессов для определения вклада морских кварков в спин нуклона.
Исследования проводились в СЛАК в экспериментах Е142 [70] (при энергии пучка Ее ~ 19,23,26 GeV, мишень 3Не), Е143 [71, 72] (при энергиях Ее ~ 9,16, 29 GeV, водородная и дейтериевая мишени) и Е154 (Ее ~ 48 GeV, мишень 3Не). Недавно появились результаты эксперимента HERMES [73]. Детальное изучение проводилось в эксперименте SMC [74, 75, 76].
Результаты эксперимента SMC по проверке правил сумм приведено в
j
Таблице 1.1. Суммарный результат для первого момента функции д\ по нескольким экспериментам [67, 69, 71] приведен на Рис. 1.1 и равен
ГP(Qg = 5 GeV2) = 0.141 ± 0.011 (All proton data) . (1.3)
18
Таблица 1.1: Правила сумм Эллиса-Джаффе и Бъеркена и сравнение их с экспериментальными данными [76]
Эксперимент/Теория т г1; - г?
Ql = 10 GeV
SMC Э л л и с-Д жаффе/ Бъер ке н 0.136 ±0.016 0.170 ±0.004 0.183 ±0.034 0.187 ±0.002
Qi = 5 GeV2
SMC Эл л и с- Джаффе / Бъеркен 0.132 ±0.017 0.167 ±0.005 0.1М ± 0.035 0.181 ±0.003
Правило сумм Бъеркена проверялось в эксперименте SMC |7С]:
ГР - г; = 0.183 ± 0.034 (Ql = 10 GeV2) , (1.4)
Теоретические предсказания при тех же самых значениях Q2, с учетом пертурбативных поправок в КХД до 0(а*) и предполагая три поколения кварков [77] дают значение Г1/ — Г" = 0.186 ± 0.002.
Таким образом, SMC обнаружил выполнение правил сумм Бъеркена и невыполнение правила сумм Эллиса Джаффе. Однако правило сумм Эллиса-Джаффе намного менее строгое, так как основано на предположении, что строго выполняется SU(3) симметрия от сорта кварков и as = 0.
Измерение правил сумм Бьеркена и уточнение вклада спина кварка в спин протона продолжается в исследованиях в экспериментах COMPASS и на
020 016
§
ü а 12 и
00« ом
2 4 6 8
<#GeVl)
Рис. 1.1: Сравнение тальных результатов нию Г1/ с правилом С]
Джаффе. Рисунок из
жеперимен-по измере-ш Эллиса-ГС].
Рис. 1.2: Вклад кварков в епш протона как функция от аномаль ного вклада глюонов при Q2 = £ GeV2 в AB схеме. Рисунок из [76].
19
Рис. 1.3: Исследование Г1/ в эксперименте CLAS. Результаты взяты из работы [79J
ускорителе JLab. Последние результаты исследований в эксперименте CLAS представлены в работе [78). Зависимость от Q2, полученное в данном эксперименте приведено на Рис. 1.3.
На Рис. 1.4 показаны результаты измерения ГЛ6 = — Г®[80]. Изме-
ренное значение во всем интервале составляет VNS = 0.190 ± 0.009 ± 0.015, что с хорошей точностью совпадает с теоретичесикми расчетами. Измеренное значение ça/Çv = 1.28 dh 0.07(stat) ± OAO(syst), полученное в дайной работе также хорошо совпадает с результатами измерения работы по /1-распаду нейтрона (1.2694 ± 0.0028) [81|.
Важным результатом измерений глубоко неупругого рассеяния является определение вклада спина кварков в спин нуклона, который может быть
Q. GeV
Рис. 1.4: Исследование Tf в эксперименте COMPASS. Результаты взяты из работы [80]
•20
записан как
вг — 2^^ + 4- Ад 4- Ьд — -
(1.5)
где Л£ = Лп4- Д</+ Д.9 и Ад вклад спина кварков и глюонов в спин нуклона, Ья и Ьу - вклад их орбитального момента [82]. Зависимость вклада углового момента от <32 в низших порядках изучалась в работе [83]. Было показано.
должны быть примерно равны и равняться ~ 1/4.
Интегралы (первые моменты) спин-зависимых функций, имеющие смысл законов сохранения, играют особое значение в описании спиновой структуры нуклона. Исходя из 811(3) симметрии, часть спина нуклона, уносимая кварками и, (I и 5 может быть связана с синглетным и несинллетными матричными элементами а0, аз, а§ (аксиальные константы связи) из распадов барионного октета, согласно [66].
что в асимптотическом пределе (С?2 —» сю) вклады (^Д£ 4- Ья) и (Ад 4- Ьд)
Г‘(П) = 1) дР(п)^с1х = в(±аа + "з ^+ 5°°+ согг’ (г-6)
где
„3 = В* = ^ + О = Аи - Асі
(1.7)
(1.8) (1.9)
9у
а § = ЗЕ — В — Аи 4- А(1 — 2А.ч
ао = Д£ = Аи 4- Д(і 4- Дз
Константы в уравнениях известны из |81|:
£) = 0.798 ± 0.008
= 0.459 ± 0.008
(1.10)
(1.11)
и
(1.12)
(1.13)
21
a$ = As = f (s'r(x) — s (x))dx (1-14)
Jo
где d+(~\ s+(~) - спин-зависимые кварковые распределения.
Анализ экспериментальных данных с разных экспериментов дают приблизительно одинаковый результат. В качестве примера можно рассмотреть данные эксперимента SMC, где измерения были проведены с хорошей точностью [76]:
а0= 0.29 ±0.06 , аи= 0.82 ± 0.02 ,
ad =-0.43 ± 0.02 , as =-0.10 ±0.02.
Последние измерения экспериментов COMPASS и CLAS дают следующие значения величины «о = 0-33 ± 0.03[80] и 0.35 ± 0.03[79| соотвеоственно.
В наивной кварк-партонной модели Ад = Lg — 0 и ДЕ = ао. В этом ■
случае полученные результаты означают, что только малая часть спина протона определяется спином кварков. Кроме того, данный результат противоречит предположению Эллиса-Джаффе, что As — as = 0, что соответствует ДЕ = as ^ 0.57 с учетом того, что Lq равно примерно половине полного углового момента.
В КХД «о отличается от ДЕ модельно-зависимым образом. В схеме факторизации Адлер(Ас11ег)- Бардин (Bardeen) [84, 85]- определение ДЕ и различных вкладов Agi относительно измеряемых, величин oq и а* требует введения аномального глюонного вклада Др[86, 87, 88]:
ao{Q2) = AS - п{С~2^ ^Aff(Q2); а* = ^Ад(Q2) (г = и, d, s) .
• (1-15)
В такой схеме Aqi не зависит от Q2. Разрешенные величины ДЕ и Дгд показаны на Рис. 1.2 в зависимости от Ад (1.15). Значения As = 0 и ДЕ ~ 0.57 соответствуют Ag(Q2) æ 2 при (2о = б GeV2. Тем не менее Ад может быть меньше ввиду конечной массы кварка и возможно пренебрежимо малого вклада чарма в соответствии с работой [89].
Оценки вклада глюонов в спин протона в настоящее время противоречивы. Так на основании одних и тех же экспериментальных данных были но-
- Київ+380960830922