Оглавление
Стр.
Введение 4
I. Постановка эксперимента по измерению параметров
вращения спина А и К и понятие анализирующей способности нротон-углеродного рассеяния 8
1.1. Общая схема измерений параметров вращения спина А и Я 8
1.2. Общее определение анализирующей способности рС-рассеяния 12
И. Обзор экспериментальных данных по анализирующей способности /зС-рассеяния 22
II. 1. Данные измерений в £Ш 22
11.2. Данные Басіау 23
11.3. Результаты [.АМР!7 24
11.4. Данные измерений в Еасіау на поляриметре РОММЕ 27
11.5. Результаты измерений в Г1ИЯФ 29
И.6. Результаты измерений в ИТЭФ 32
II.7. Результаты измерений в ОИЯИ 33
Краткие выводы к главе II 35
III. Описание механизма инклюзивного
анализирующего рассеяния прогонов на ядре углерода 37
III. 1. Упругий канал инклюзивногорС-рассеяния 39
111.1.1. Расчет дифференциального сечения сг£і{Тр,6) 40
III. 1.2. Расчет анализирующей способности Ап,(Тг, О) 43
111.2. Квазиугіругий канал инклюзивного рС-рассеяния 46
II 1.2.1. Расчет дифференциального сечения сгоі&Тр, О) 47
111.2.2. Расчет анализирующей способности Ад{.{Тг,в) 48
111.3. Неупругий канал инклюзивного рС-рассеяния 51
III.3.1. Расчет дифференциального сечения <Х/д(Тр,в) 52
2
III.3.2. Расчет анализирующей способности А^{ТР О) 53
Ш.4. Вклад упругих, квазиупругих и неупругих процессов
в величину анализирующей способности 54
Краткие выводы к главе III 58
IV. Эксперимент но измерению анализирующей способности рС-рассеяния в области энергий
поляризованных протонов Тр = 700 - 1300 МэВ 59
IV. I. Пучок поляризованных протонов 59
IV.2. Общее описание установки 64
I V.3. Обработка результатов измерений 68
IV.4. Результаты измерений 74
IV.5. Сравнение разных методов аппроксимации 81
Краткие выводы к главе IV 84
V. Эксперимент по измерению параметров вращения спина
А и R при импульсе л -мезона рп = 1.62 ГэВ/с 86
V.l. Требования к конструкции поляриметра 86
V.2. Установка для измерения параметров вращения спина А и R
и обработка данных 90
V.2.I. Экспериментальная установка 90
V.2.2. Обработка накопленной информации для
-эксперимента 94
V.3. Результаты /^-эксперимента 99
Заключение 104
Приложения 107
Список литературы 114
3
Введение
Основная цель настоящей работы - получение экспериментальных данных по параметрам вращения спина А и R в упругом ятьрасссянии при импульсе л -мезона /?к = 1.62 ГэВ/с. Для этого был выполнен эксперимент с использованием поляризованной протонной мишени и нового углеродного поляриметра. Этот поляриметр был прокалиброван в отдельном эксперименте, т.е. была измерена анализирующая способность протон-углеродного рассеяния в области энергий поляризованных протонов Тр = 0.7-1.3 ГэВ.
В течение последних нескольких лет силами коллаборации ПИЯФ-ИТЭФ на ускорителе ИТЭФ (Москва) выполняется серия экспериментов по измерению параметров вращения спина А и R в упругом пион-протонном (лр) рассеянии во второй резонансной области {рк = 1-2 ГэВ/с). Подобные эксперименты являются ключевыми в программе пион-нуклонного рассеяния, т.к. только они позволяют получить такую информацию об амплитуде рассеяния и, следовательно, о характеристиках пион-нуклонных (/nV) резонансов, которая принципиально недостижима из данных но измерению только полных и дифференциальных сечений, а также поляризационного параметра Р [1].
Существующие на сегодняшний момент мировые данные об элементарных частицах и, в частности, о пион-нуклонных резонансах, сведены в Particle Data Group [2]. Приведенные в [2] характеристики лЛ'-резонансов в основном базируются на результатах парциально-волновых (или фазовых) анализов (IIBA), выполненных содружествами университетов Карлсруэ - Хельсинки КН80 [3] и Карнеги-Меллон - Беркли СМВ [4]. Однако эксперимент по измерению параметров вращения спина [5], выполненный в ИТЭФ при импульсе пучка положительных пионов рп = 1.43 ГэВ/с (инвариантная масса /s ~ 1.9 ГэВ), привел к неожиданному результату, который состоял в том, что полученные данные но параметру А разошлись с предсказаниями ПВЛ КН80 [3] и ПВА СМВ [4J и, наоборот, совпали с предсказаниями выполненного в 1990 г. ПВЛ Вирджинского политехнического института SM90 [6] (рис. В.1).
4
1.62 ОеУ/с
СМВ80
К1180
вМ90
— вМ95
о 1ТЕР-Р1ЧР1(95)
в см = 1 27°
1600 1800 рл, МеУ/с
1.62 СеУ/с
I
СМВ80
КН80
------ 5М90
-...... ЯМ95
о!ТЕР-Р1\Р1(95) .-' _ / /
1000 1200 1400 1600
<^,=133° р„, МеУ/с
Рис. В.1. Значения параметра вращения спина А в упругом я-’р-рассеянии в области импульсов рп ~ 1-2 ГэВ/с для углов 6Ы ■ 127° и 133°. Приведены предсказания фазовых анализов КН80 [3], СМИ [41, 8М90 [6] и ЯМ95 [7| и экспериментальные результаты ПИЯФ-ИТЭФ при импульсе рп = 1.43 ГэВ/с [5]. Вертикатьная черта соответствует значению импульса /;„ = 1.62 ГэВ/с.
На рис. В.1 приведены кривые - предсказания ПВА (КН80, СМВ и 8М90, а также 81495) для параметра А в зависимости от импульса налетающего /г-мезона для двух значений угла в СЦМ (соответственно, 0См = 127° и 133"). Можно показать (см., например, [8]), что существенные различия между двумя группами предсказаний (КН80 и СМВ, с одной стороны, и БМ90, с другой) связаны именно с неоднозначностью процедуры выполнения ПВА при отсутствии данных по параметрам А и Я. Кроме того, на рис. В.1 показаны результаты измерений в ИТЭФ параметра вращения спина А при импульсе рп = 1.43 ГэВ/с. Эти результаты были включены в фазовый анализ 8М95 [7], предсказания которого также приведены на рис. В.1.
В таблице В.1 приведены решения ПВА [3, 4, 6, 7] относительно характеристик и самого факта существования резонансов с изоспином 1 “ 3/2 и массой вблизи значения Мд=1900 -г* 1950 МэВ. Видно, что согласие между предсказаниями этих анализов весьма относительное. Изданной таблицы видно, что решения приведенных ПВА противоречат друг другу как в определении общего количества
5
Д-резонансов, так и в определении масс и ширин отдельных резонансов. Например, резонансы Ям (1900) и Р33 (1920), ранее считавшиеся надежно установленными, (статус, соответственно, ** и *** 12]), не получили подтверждения в ИВА Вирджинского политехнического института 8М90 и его более поздней модификации S:\195 [7].
Таблица В.1. Характеристики | массы и ширины (указаны в скобках)] резонансов с изо-спином 1=3/2 по результатам предсказаний ИВА КН80 [3], СМВ80 (4], вМ90 [6] и $М95
т
Название резонанса 1-3.23 Статус КН80 С1МВ80 8М90 8М95
Д(1900) бз/ * * 1908(140) 1890(170) 1ІЄТ Нет
А(1905) Рзз * * * * 1905(260) 1910(400) 1794(230) 1850(294)
Д(1910) Рз, * * * * 1888(280) 1910(225) 1950(400) 2152(760)
А(1920) Рзз * * * 1868(220) 1920(300) Нет Нет
А( 1930) 035 * * * 1901(195) 1940(320) 2018(400) 2056(590)
Д( 1940) Озз * Нет 1940(200) Нет Нет
А( 1950) Р37 * * * * 1923(224) 1950(320) 1884(240) 1921(232)
В итоге было сделано предположение о том, что первые два анализа могут быть полностью неверны в области масс п /^-системы, близких к величине 1.9 ГэВ. Это предположение может иметь далеко идущие последствия, изменив представление физиков о числе и характеристиках существующих лЛ/-резо нансов с изоспином 1 =3/2. Именно поэтому возникла необходимость выполнить новые измерения параметров вращения спина при еще одном значении импульса, рп = 1.62 ГэВ/с, для того чтобы в дальнейшем иметь возможность сделать окончательный вывод о правильности предсказаний анализа Вирджинского политехнического института в интересующей нас области кинематических переменных.
Раисе было показано [9], что одним из основных источников систематических погрешностей в величинах А и К является неточность используемой парамет-
6
ризации для анализирующей способности. Для надежного выбора решения ПВА допустимый статистический разброс для новых измерений параметра А при импульсе п* = 1.62 ГэВ/с не должен превышать 0.20 (рис. В.1). При этом вклад от неопределенности Арс не должен быть больше значения в 10-12%. Однако точность существующих мировых данных по величине Арс оказалась недостаточной для получения вышеуказанных погрешностей параметров вращения спина. Поэтому была выполнена серия измерений по анализирующей способности в области энергий налетающих протонов Тр ~ 1 ГэВ. Этот эксперимент выполнен для различных наборов углеродных пластин, что дало исчерпывающий ответ о зависимости анализирующей способности от толщины вещества-анализатора. На основании этих измерений был выбран поляриметр с толщиной графита 36.5 г/см2 (23 см), который в дальнейшем использовался в эксперименте по измерению параметров вращения спина А и Я ЩЛ-эксперимент). В измерениях параметра вращения спина А вклад от погрешности величины анализирующей способности А^с не превысил требуемою предела в 10-12%, что позволило надежно выбрать одно из решений ПВА.
7
Глава І. Постановка эксперимента но измерению параметров вращения спина А и К и понятие анализирующей способности протон-углеродного рассеяния
В данной главе рассматривается принципиальная схема измерений параметров вращения спина А и Я в упругом пион-иуклоином рассеянии. Эксперимент основан на измерении поляризации протонов отдачи, вылетающих в результате упругого рассеяния /Т-мезона на свободных протонах поляризованной мишени. Для определения поляризации протонов отдачи необходимо измерить асимметрию их повторного рассеяния на веществе-анализаторе (углероде), т.е. необходим высокоэффективный поляриметр протонов. Таким образом, принципиальное значение имеет, насколько точно мы знаем величину анализирующей способности протон-углеродного рассеяния в интервале энергий прогонов, нужном для исследования параметров вращения спина А и Я.
1.1. Общая схема измерений параметров вращения спина Л и К
При изучении яр-рассеяния накоплено громадное количество информации по величинам полных сечений, дифференциальных сечений и поляризации для упругого рассеяния и реакции перезарядки. Однако до недавнего времени за всю историю этих исследований было выполнено всею пять экспериментов но измерению параметров вращения спина, причем только три из них в резонансной области пион-протонного (яр) рассеяния (на ускорителях ЬАМРГ [10], ПИЯФ [11] и ИТЭФ [5]), что связано с большой сложностью таких измерений1. На рис. 2 показан ход полного и упругого сечения для 7Гр-рассеяния в зависимости ог импульса пиона в лабораторной системе и от полной энергии в СЦМ (>}з). Отмечены области импульсов, при которых ранее выполнялись измерения параметров А и Я в РАМРИ (рп = 427 -657 МэВ/с), ПИЯФ (рж = 573 -726 МэВ/с) и ИТЭФ (рл - 1.43 ГэВ/с).
1 В нерезонансной области измерения параметров вращения спина выполнены в СЕЯЫ при р ■ 6. 12 ГэВ/с и в ИФВЭ (Протвино) при ря~А0,45 ГэВ/с.
8
Center of mass energy (CeV)
Рис. 1.1. Сечения полного и упругого т?р-взаимодействия в зависимости от импульса лг-мезона в лабораторной системе и от полной энергии в СЦМ. Показаны области импульсов, при которых ранее выполнялись измерения параметров вращения спина в резонансной области.
Амплитуду лр-рассеяния в общем виде можно представить следующим образом [12]:
М =/ + !#■»), (1.1)
9
- Київ+380960830922