2
Оглавление
Введение 4
Глава 1. Эксперимент и теория 10
1.1 Предварительные сведения.............................. 10
1.2 Почему Л-гиперон?..................................... 12
1.2.1 Угловое распределение продуктов распада Л-гипсрона 13
1.2.2 Волновая функция Л-гиперопа..................... 14
1.3 Экспериментальная ситуация............................ 15
1.3.1 Нуклон-нуклонныс взаимодействия................. 15
1.3.2 Мезон-нуклоипые взаимодействия.................. 16
1.3.3 Фотон-нуклонные взаимодействия (фоторождение) . 19
1.4 Феноменологические модели ............................... 23
1.4.1 Полуклассические модели......................... 24
1.4.2 Квантовонолевые модели.......................... 26
1.5 Выводы к главе 1...................................... 30
Глава 2. Модель рассеяния кварков 31
2.1 Сравнение К~/V-взаимодействия с фоторождением......... 31
2.2 Рассеяние на цветовом поле............................ 34
2.3 Прямое фоторождение А-гиперонов в области фрагментации
пучка ................................................... 40
2.4 Учет вклада тяжелых резонансов .......................... 43
2.5 Поляризация А-гиперонов в области фрагментации мишени 46
2.6 Выводы к главе 2...................................... 48
Глава 3. Кварк-рекомбинационная модель 51
3.1 Вероятности рождения адронов в инклюзивных реакциях . . 51
3.2 Амплитуды рассеяния партонов ............................ 55
3.2.1 Рассеяние кварков на скалярных партонах......... 55
3
3.2.2 Рассеяние кварков на векторных партонах............... 59
3.3 Определение поляризации...................................... 60
3.4 Результаты расчетов.......................................... 62
3.5 Выводы к главе 3............................................. 65
Общие Выводы 66
Литература
67
4
Введение
Многие из известных сегодня частиц и резонансов обладают отличным от нуля спином, который является одним из фундаментальных квантовых чисел, характеризующих их состояние. Устойчивый интерес последних лег к исследованию спиновых явлений и спиновой структуры адронов связан с пониманием важности соответствующих эффектов для анализа динамики адронных взаимодействий и построения теории.
Впервые понятие спина в физике появилось в середине 20-х годов XX века. К этому времени было выполнено большое количество экспериментов по исследованию атомных спектров, результаты которых сравнивались с предсказаниями теории Бора. Среди прочих особенностей этих спектров наблюдалась тонкая структура спектральных линий. Было обнаружено, что многие линии являются не синглетами, как следовало из боровский теории, а близко расположенными дублетами. Первый шаг в решении данной проблемы сделал Паули, предположив, что электрон в атоме обладает дополнительным квантовым числом, которое может принимать два значения. Затем Улепбек и Гаудсмит заметили, что тонкая структура может быть объяснена в рамках теории Бора, если предположить, что электрон помимо орбитального имеет еще и внутренний угловой момент, названный спином. Хорошее согласие с экспериментом получалось, если приписать электрону значение спина 1/2 (в единицах постоянной Планка Я).
Открытие уравнения Дирака показало, что спин является естественным свойством релятивистской теории. Свободная дираковская частица, волновая функция которой удовлетворяет матричному уравнению, имеет, помимо импульса, еще один дополнительный интеграл движения - собственный момент импульса (спин), равный 1/2.
Опыты с использованием поляризованных частиц и/или мишеней начали проводиться с начала 1950-х годов. Изучение спиновых эффектов является одной из наиболее актуальных задач физики высоких энергий.
5
Измерение спиновых наблюдаемых дает более богатую информацию по сравнению с измерениями усредненных по спину величин, что позволяет проводить детальный анализ различных теоретических представлений и подходов.
Эксперименты по изучению поляризационных эффектов ведутся практически на всех действующих и планируются на строящихся ускорителях. Следует однако отметить, что такая ситуация сложилась лишь в последние 30-35 лет. Ранее считалось, что в физике высоких энергий можно обойтись без учета спина, частиц, а эксперименты при высоких энергиях, посвященные изучению спиновых явлений, считались, по мнению многих, лишь данью традициям из области физики низких энергий. Несмотря на то, что все фундаментальные составляющие материи (кварки, лептоны, также калибровочные бозоны - переносчики взаимодействий) имеют ненулевой спин, соответствующие эффекты учитывались, как правило, лишь комбинаторикой при построении векторов состояний и соответствующими факторами в амплитудах. Динамические проявления спиновых степеней свободы при этом игнорировались. Только после экспериментального обнаружения ряда важных спиновых эффектов учет спиновых степеней свободы стал необходимой частью теоретического анализа. Здесь, прежде всего, следует отметить открытие в середине 1960-х годов ненулевой поляризации в реакции перезарядки тг~р —» тг°пу в результате которого стала ясна неприменимость полюсной модели Редже [1]. Оказалось, что р-мезонный обмен, с помощью которого удалось хорошо описать дифференциальные сечения, не в состоянии объяснить наличие ненулевой поляризации. Это открытие свидетельствовало о необходимости изменения теоретических представлений о динамике взаимодействий. В середине 1970-х годов были обнаружены большие поляризационные эффекты в инклюзивном рождении гиперонов
[2], которые также вызвали большой интерес теоретиков и стимулировали проведение дальнейших экспериментов в этой области. Данное явление поставило вопрос о пределах применимости квантовой хромодинамики. Если рассматривать процесс взаимодействия двух адронов при высоких энергиях как результат взаимодействия составляющих их кварков, то массами последних можно пренебречь, что, в свою очередь, подразумевает сохране-
G
иие спиральности. Другими слонами, в подпроцессах жесткого рассеяния кварков друг на друге спиновые состояния будут оставаться неизменными, и поляризация не возникнет. Эксперимент же указывает на наличие высокой степени поляризации, более того, спиновые эффекты остаются весьма значительными до энергий, эквивалентных 2 ТэВ в лабораторной системе. Это может указывать на важную роль нспертурбативных процессов.
Для получения систематической информации по данной проблеме измерения поляризации проводились R экспериментах с использованием целого ряда адронов в качестве пучков при различных кинематических условиях. Прежде всего это, конечно, протон-нуклониые столкновения [3, 4, 5, б, 7, 8]. Исследовались также процессы образования гиперонов в инклюзивных реакциях, вызываемых псевдоскалярными мезонами К~, К+, тг~ [9, 10, 11,12]. Более того, поляризация изучалась и в процессах, где сами гипероны выступали в качестве пучков: Е_А —► АХ, Е_А —> Т,+Х, Е~N —> E~X [13]. Рассматривалось фоторождсиие гиперонов в реакциях 7N и е+е" (14, 15, 16, 17].
Сегодня экспериментальные исследования по спиновой физике приносят результаты, оказывающие сильное влияние на теоретические представления и модели в области высоких энергий.
Несмотря на относительно большой массив экспериментальной информации, до сих пор не выработан подход, который объяснял бы явление поляризации с единой точки зрения. Существующие модели способны лишь на фрагментарное описание поляризации в отдельных кинематических областях. Особую сложность вызывает непертурбативный характер взаимодействия.
Подробный обзор экспериментальной ситуации но измерению поперечной поляризации А-гинеронов и обсуждение теоретических подходов даны в главе 1 настоящей диссертации.
Актуальность проблемы
Коллаборация HERMES в своих недавних экспериментах обнаружила ненулевую поперечную поляризацию А-гиперонов, образующихся при рассеянии позитронов энергии 27.6 ГэВ на протонной мишени [17]. Причем средний передаваемый 4-импульс стремился к нулю и, следовательно, про-
- Київ+380960830922