Оглавление
Введение 7
1 Стандартная Д - дырочная модель. 14
1.1 Барионные резонансы и влияние ядерной среды на их свойства........14
1.2 Основы Д - дырочного подхода..................................... 17
1.2.1 Система сильно взаимодействующих нуклонов, Д-изобар и пионов............................................................. 18
1.2.2 Когерентное многократное рассеяние и функция Грина в Д -дырочной модели. Учет взаимодействия в конечном состоянии. . 24
1.2.3 Взаимодействие Д - дырочных состояний...................... 29
1.2.4 Связь входных Д - дырочных состояний с каналами реакций. . . 33
1.2.5 Эффективный Д - ядерный оптический потенциал............... 38
1.2.6 Переход от системы чаутйца т ядро к системе частица - нуклон. Кинематические поправки.......................................... 40
1.3 Фотоядерное взаимодействие в области Д(1232) резонанса............41
1.3.1 Фотон-ядерное рассеяние (7, У) в Д - дырочной модели....... 44
1.3.2 Реакция (7, я0) в области Д(1232) резонанса.................48
1.4 Выводы к главе 1................................................. 49
2 Многоконфигурационная барион - дырочная модель. 50
2.1 Расширение базиса барион - дырочных состояний.....................52
2.2 Расширенный барион - дырочный пропагатор......................... 53
2.3 Взаимодействие барион - дырочных состояний и эффект конфигурационного смешивания..................................................... 55
2.4 Выводы к главе 2................................................. 56
3 Когерентное фоторождение I] - мезонов в области Д3(1520) и 5ц (1535)
резонансов в рамках .многоконфигурационной барион - дырочной модели. 57
3.1 Фоторождение г) - мезонов в элементарном процессе на нуклоне в области £>13(1520) и 5ц (1535) резонансов. Сравнение теории с экспериментом. 58
1
3.2 Краткий обзор теоретических и экспериментальных работ по когерентному фоторождению г/ - мезонов на ядрах................................. 72
3.3 Построение резонансной амплитуды процесса
А(7, г))Ад.Я' в рамках расширенной барион - дырочной модели.........76
3.4 Правила отбора по спину при возбуждении и распаде резонанса S\ i (1535). 83
3.5 Правила отбора по спину при возбуждении и распаде резонанса Di3( 1520). 85
3.6 "Two-step"механизм как проявление эффекта конфигурационного смешивания между £>13(1520)- и 5ц(1535)- дырочными состояниями в реакциях
,2С(7,т?)12С^. и 87
3.7 Учет полюсной диаграммы обмена векторным мезоном. Полная амплитуда процесса 4(7, rj) A........................................... 90
3.8 Выводы к главе 3..................................................... 93
Заключение 95
Литература 97
2
Список иллюстраций
1.1 Спектр барионов. относящийся к ядерной физике при энергиях ниже 1 GeV. Приведены спины и четности частиц «/*, изоспины Г, а также
их массы в MeV.......................................................... 15
1.2 Полные фотоядерные сечения на нуклон для 9Ве и 238Н в сравнении
СО средним сечением фотопоглощения на нуклоне Oyjv = (tf7p + (J'fn)/2. . 16
1.3 nNN - и ttNA - вертпины, соответствующие гамильтонианам взаимодействия 6Нж#м и 6Нлна.................................................. 2*2
1.4 Иллюстрация процесса, порождающего ширину распада Д -» irN. ... 24
1.5 Вклады в собственную энергию пиона первого порядка от Д(1232) -
дырочных промежуточных состояний.........................................26
1.6 Иллюстрация когерентного многократного рассеяния в Д-h модели и
соответствующей функции Грина .......................................... 28
1.7 Взаимодействие Д - дырка через пионный обмен........................... 30
1.8 Иллюстрация процесса, а) порождающего абсорбтивную ширину рас-
пада Д —» tN через связь состояний j Д) —» |2jV1/i) и Ь) соответствующая поправка в Д-h модели отражающая связь Д - дырочных состояний |(ДЛ)) с набором состояний \2N2h) - континуума.......................35
1.9 Вклад в ширину от действия принципа Паули. Перечеркнутая нуклон-
ная линия иллюстрирует запрет па распад Д в запятые нуклоппьгс состояние............................................................... 36
1.10 Сравнение полных сечений тг[2С и 712С в области резонанса Д(1232). Сплошные кривые - сумма свободных пион (фотон) - нуклонных сечений Ао — Zo + Na......................................................... 44
1.11 Иллюстрация Д - резонансного фотон-ядерного рассеяния в Д - дырочной модели............................................................ 45
1.12 Полное сечение фотопоглощения на 12С. Штриховая кривая - сумма однонуклонных сечений фотопоглощения (импульсное приближение). Сплошная кривая - полный расчет в Д - дырочной модели [19|............... 47
3
2.1 Иллюстрация процесса конфигурационного смешивания Д -дырочных и Ропер - дырочных состояний в реакции (я, 7г') через обмен 7Г и р мезонами.................................................................. 51
2.2 Иллюстрация процесса образования, распространения и распада бари-
он - дырочных состояний = |Д(1232)Л), |Рц(1440)/і), |А3(1520)Л),
|5ц(1535)/г),... в реакции А(£і,£/)А5.*. в рамках многоконфигурационной барион-дырочной модели...................................... 53
3.1 Фейнмановские диаграммы, дающие вклад в реакцию фоторождения
т? - мезонов в элементарном процессе на нуклоне.......................61
3.2 Дифференциальные сечения фоторождения г/ - мезонов в реакции 7 +
р 7? + р в системе с.т. для разных энергий фотонов................... 68
3.3 Полные сечения фоторождения 7) - мезонов в реакции 7 + р —> 77 + р. Экспериментальные данные из [56]. Сплошная кривая наш расчет. ... 69
3.4 То же, что и на рис. 3.3, но в более широкой области энергий налетающего фотона. Экспериментальные данные из [62]........................ 70
3.5 Энергетические распределения г) - мезонов в реакциях п(7, т\)п и р(7,77)^. Экспериментальные данные из [56, 88]................................. 71
3.6 Диаграммы отражающие недиагональное взаимодействие 5ц-Ь и Аз-Ь состояний через Т) - мезонный обмен.................................. 88
3.7 Интегральные сечения когерентного фоторождения г/ - мезонов на ядрах 12С - а) и 160 - б). Сплошная кривая - полный барион-дырочный расчет с учетом обменного (недиагонального) взаимодействия, пунктирная кривая - без обменного взаимодействия................................. 89
3.8 Иллюстрация '^о^ер"механизма. Процесс когерентного фоторождение идет через возбуждение \DyJi) состояний. В результате конфигурационного смешивание возбуждение передается \S\ih) состояниям которые и распадаются по каналу А + 77.................................... 90
3.9 Диаграмма отражающая вклад в реакцию когерентного фоторождения
г] - мезонов А('у,г))Ад'3' за счет обмена из- мезоном.................91
3.10 Интегральные сечения когерентного фоторождения 77 - мезонов на ядрах 12С - а) и 160 - б) в полном расчеге с учетом прямой из - амплитуды. Сплошная кривая - с учетом обменного (недиагонального) взаимодействия, пунктирная кривая - без обменного взаимодействия....................93
3.11 Дифференциальные сечения когерентного фоторождения 77 - мезонов на ядрах 12С - а) и 160 - б) в полном расчете с учетом прямой из -амплитуды при Еу = 600МеУ. Сплошная кривая - с учетом обменного (недиагонального) взаимодействия, пунктирная кривая - без обменного взаимодействия............................................................ 94
4
Список таблиц
1.1 Параметры среднего оболочечного У& и потенциала распространения
У3р Д - изобары в ядрах 4Яе,12 С и ,60.................................40
3.1 Константы взаимодействия в вершинах с 22і3(1520) и 5ц (1535) бари-онными резонансами......................................................... 64
3.2 Пропагаторы, используемые для различных промежуточных адронных состояний.................................................................. 64
3.3 Параметры барионных резонансов Д3(1520) и 5ц(1535)..................... 68
3.4 Правила отбора по спину 5' при возбуждении и распаде состояний |5цЛ : Б'М') в ядрах с </ = Т — 0 для компонент волновой функции ядра с 5 = 0 и 5 = 1. Знак "+исоответствует разрешенным каналам реакции (7, г/)............................................................ 85
3.5 Правила отбора по спину 5' при возбуждении и распаде состояний |£>13/і : &М*) в ядрах с J = Т = 0 для компонент волновой функции ядра с 5 = 0 и 5 = 1. Знак 11+" соответствует разрешенным каналам реакции (т,??), идущих через компоненты фотонной вершинной функции указанной в скобках: [і] - тензорная, [б] - аксиальная......................87
3.6 Параметры феноменологического формфактора...............................92
5
Введение.
Ядерная физика, промежуточных энергий (до 1 Gev) переживает в настоящее время период бурного развития. Во многом это связано с началом активного систематического экспериментального изучения ядерных процессов в указанной области энергий. Новые поколения ускорителей электронов (MAMI, ELSA) и детекторов создают идеальные условия для проведения самых разнообразных экспериментов по исследованию динамики сильных взаимодействий, изучению свойств возбужденной ядерной материи, поиску экзотических мезон-ядерных состояний, проверке фундаментальных симметрий.
Основной теорией, описывающей процессы происходящие на субну-клонном уровне является квантовая хромодинамика (КХД). Стандартная теория сильных взаимодействий (КХД) достигла заметных успехов, как в систематике возбужденных адронных состояний, так и в описании жестких (с большими передачами импульса) процессов. Однако, попытки описания адронных процессов при низких и промежуточных энергиях сталкиваются со значительными трудностями из-за необходимости учета непертурбативных эффектов, связанных со сложной структурой вакуума КХД,
Период с середины 70-х начала 80-х годов приходится на бурное развитие так называемой Д- дырочной (Д-Ь) модели. Успех этой концепции при описании пион- и фотон -ядерного рассеяния, реакций когерентного фоторождения 7Г°, реакций перезарядки и т.д. в области Д(1232)- резонанса подтверждает исходную гипотезу: Д(1232) действительно выживает в ядре, но с характерными модификациями ее массы и ширины. Подтверждение квазичастичной природы Д(1232) в ядрах является важным результатом ядерной физики промежуточных энергий. Д-h модель позволила описать не только многотельные поправки к распространению Д-изобары в целом в ядре, но и дала. система.тическ}гю основу для описания эффектов влияния ядерной среды на свойства барионных резонансов. Благодаря ей получена согласованная картина ядра вплоть до
б
передач энергий в несколько сот MeV, при этом основными степенями свободы являются Д-изобара, нуклоны и пионы.
Переход в более высокую энергетическую область требует включения в рассмотрение следующих за Д-изобарой барионных резонансов. В этой области возникают задачи, связанные с фоторождением и рассеянием тяжелых мезонов (т/,/9,о;,...) на ядрах. Особенностью такого рода процессов является то. что они проходят через возбуждение спектра барионных резонансов. В этой связи, существует потребность в микроскопической теории, способной не только описывать процессы, идущие через возбуждение разного сорта субнуклонных степеней свободы ядра, но и естественным образом включающей эффекты, связанные с влиянием ядерной среды на их свойства.
Данная работа - небольшой шаг в области называемой ядерной физикой промежуточных энергий. Наше исследование - попытка дать теоретическое обоснование и понимание экспериментов, которые проводятся или планируются в лабораториях США (TJNAF), Европы (MAMI, ELSA) и Японии (RCNP).
Основная цель работы - построение микроскопической теории, описывающей процессы когерентного фоторождения г/ - мезонов на ядрах в области £>1з(1520) и 5ц(1535) барионных резонансов.
В основу диссертации для описания ядерных процессов в области барионных резонансов положена многоконфигурационная барион - дырочная модель, разработанная по инициативе и под руководством проф. В.В.Балашова в МГУ им.М.В.Ломоносова в 1998-2000 гг. Данная модель может быть с успехом применена для описания когерентных и некогерентных ядерных реакций с участием мезонов и фотонов на ядрах с J — Т = 0 в области промежуточных энергий. Главным следствием мно-гокопфигурационной барион-дырочной модели является эффект конфигурационного смешивания разного рода барион-дырочных состояний.
На основе многоконфигурационной барион-дырочной модели рассмотрен процесс когерентного фоторождения т) - мезонов на ядрах 12С и 160 в области £>1з(1520)- и 5,ц(1535)-барионных резонансов. Дано исследо-
7
- Київ+380960830922