СОДЕРЖАНИЕ
Введение 4
Глава 1.
Нуклон-нуклонные взаимодействия в однобозонном приближении 15
1.1 Двухчастичная Т-матрица и эффективные мезон-
нуклонные лагранжианы ............................ 15
1.2 Упругое нуклон-нуклоннос рассеяние при промежуточных энергиях...................................... 18
Глава 2.
Образование 7-квантов в нуклон-нуклонных столкновениях 21
2.1 Кинематика NN ЛгЛг7-реакции ..................... 22
2.2 Тормозное излучение.............................. 23
2.3 Реакция NN -> АЛГ7 идущая через резонансный
Д-канал........................................... 25
2.4 Вклад г] 77 процесса............................. 29
2.5 Обсуждение....................................... 34
2.6 Выводы........................................... 48
Глава 3.
Исследование NN —У NN4) реакций вблизи порога 50
3.1 Кинематика процесса и поляризационные наблюдаемые ............................................. 51
3.2 Излучение «^-мезонов из мезонной обменной линии 55
3.3 Прямая эмиссия ф мезонов из нуклонов............. 57
2
3.4 Спектаторный механизм рр -* ррф реакции .... 59
3.5 Результаты и обсуждение....................... 61
3.6 Выводы........................................ 75
Приложение А.
Функции П, Е и для амплитуды излучения ф мезонов из внутренней мезонной линии 77
Приложение В.
Модель релятивистского гармонического осциллятора и спектаторный механизм образования ф мезонов 80
Заключение 86
Литература 90
3
Введение
Одной из важных и актуальных задач релятивистской ядерпой физики является исследование процессов рождения 7-квантов и легких мезонов в нуклон-нуклонных и нуклон-ядерных столкновениях при промежуточных энергиях. Интерес к таким процессам связан, в первую очередь, с возможностью получения информации о нуклон-нуклонных взаимодействиях, электромагнитных и сильных формфакторах, и структуре адронов.
Первоначально изучение NN ->■ NN4 реакций связывалось с возможностью более точного определения потенциала нуклон-нуклонного взаимодействия. Однако оказалось, что известные на сегодняшний день потенциальные подходы (1)-[3] одинаково хорошо описывают- большинство экспериментальных данных и не позволяют выделить наиболее предпочтительный механизм взаимодействия между нуклонами. Поэтому в настоящее время, наряду с продолжением исследования проявления различий между N^-потенциалами при описании наблюдаемых тормозного излучения [4, 5], интерес к NN -> NN7 реакциям связывается с возможностью исследования ядерной среды в условиях экстремальных температур и плотпостей. Предполагается, что условия для возникновения такой среды могут реализовываться в столкновениях тяжелых ионов релятивистских энергий. При этом ожидается [6], что в условиях экстремальных плотностей и температур могут происходить раз-
4
личные эффекты, вплоть ло восстановления киральной симметрии 7] -одной из фундаментальных симметрий КХД. Информация о появлении такой среды, а также се свойствах, могла бы содержаться в спектрах инвариантных масс рождаемых виртуальных фотонов [8, 9]. Действительно, в силу векторной доминантности, спектр инвариантных масс ди-лептонов должен иметь резонансную структуру, где положение и ширина пиков соответствуют положениям и ширинам соответствующих векторных мезонов. В ядерной среде свойства адронов и, в первую очередь, векторных мезонов, могут модифицироваться, т.е. деформация этих пиков в ядро-ядерных взаимодействиях по сравнению с нуклон-иуклониыми процессами могла бы свидетельствовать о модификации свойств адронов в ядерной среде при конечных температурах и плотностях. Однако интерпретация результата в сильной степени зависит от вклада нерезонансных процессов и далицевских распадов адронов. Действительно, помимо векторных р,ф,ь>мезонов, вклад в дилептонные спектры могут давать также и другие источники: тормозное излучение. Д-пзобара, 7г° и г) - мезоны. В связи с этим возникает целый ряд задач по исследованию и выделению вкладов отдельных каналов. Для этого необходимо знание более простого процесса - рождения реальных 7-квантов в нуклон-нуклонных столкновениях. Процесс NN -> NN7 аналогичен реакции образования виртуальных фотонов (дилептонов), но оказывается более простым с точки зрения теоретического и экспериментального исследования. Таким образом, одной из задач, поставленных в диссертации, было исследование реакций рождения 7-кваитов в нуклон-нуклонных столкновениях при промежуточных энергиях 0.6-1.7(ГэВ).
Второй задачей рассматриваемой в данной диссертации, является исследование процессов рождения ф-мезонов в нуклон-нуклонных столкно-
вениях вблизи порога. С точки зрения механизма взаимодействий обе реакции NN —> ArjV7 и NN —у Х.\'ф являются похожими и могут быть описаны в рамках единого подхода.
Остановимся теперь кратко на тех проблемах, которые стоят при исследовании рождения (^-мезонов на нуклонах. Согласно правилу Окубо-Цвейга-Ицзуки 10]-[13] (далее правило OZI), выход ^мезонов должен быть подавлен, если частицы во входном канале не содержат странных кварков. Поскольку ф~мезон является почти чистым ss-состоянием, то наблюдавшееся небольшое отклонение от этого правила объяснялось неидеальным углом и — ф смешивания [14]. Из этого следует, что отношение выхода <£-мсзонов к выходу' ид-мезонов пропорционально отклонению от идеального угла смешивания:
= а{А + В^фХ) г , а{А + В -> ыХ) “ g
Здесь А, В - адронные состояпия во входном канале, не содержащие странные кварки, /- некоторый кинематический фактор. Угол Ô определяется как (5 = 0 — ©о, где ©ci-идеальный угол смешивания, а значение © находится из массовой формулы Гелл-Манна-Окубо (15], что даёт значение S яг 3.7° для квадратичной формулы Гелл-Манна-Оку бо. Таким образом, стандартное нарушение правила OZI составляет величину
R = 4.2 • КГ3,
которая имеет физический смысл вероятности примеси ÜXL иісівф мезоне (или ss кварков в о; мезоне).
Однако последние эксперименты коллаборашш ASTERIX, OBELIX и Crystal Barrel [16]-[18] обнаружили большой выход ф мезонов в реакции по аннигиляции протонов в покое. Максимальное нарушение правила
6
021 наблюдалось в реакциях рр -> ^(7/я0) при
Яехр = °{Рр <Ь) = 0 243 ± 0 086)
<т(рр -> ш'у)
Я?хр = --^1 = 0.133 ± 0.026,
(7{рр —> и-'ТГ')
что превышает стандартное нарушение правила 021 почти на два порядка величины. Определённые указания на нарушение правила 021 следу-ют также из недавних экспериментов коллаборации ОІЯТО [19], исследовавшей реакции рр -> рри: и рр -» ррф.
Существует несколько возможных объяснений такого сильного нарушения правила 021. Например в работах [20}-[22] предлагается механизм іюждения ф мезонов через промежуточные каонные петли. При этом делаются специальные предположения о соответствующих константах связи и вершинных формфакторах, характерные только для рассматриваемых процессов. Такой ценой авторам удалось найти удовлетворительное согласие с экспериментом. Существует также другое объяснение, предложенное в работах [23, 24], в которых выдвинута гипотеза о наличии примеси странных кварков в нуклоне. Такие компоненты могли бы проявляться не только при высоких энергиях, но и в реакциях с малыми переданными импульсами.
Гипотеза о примеси странных кварков не противоречит КХЛ. Так, анализ пион-нуклонного сигма-члена [25] показывает, что 20% массы нуклона приходиться на ёв кварки, что соответствует вероятности зз конфигураций на уровне нескольких процентов, т.е. на порядок величины больше, чем это следует из стандартного нарушения правила 021. Кроме этого, данные по глубоко-неупруго.му рассеянию дают значение доли спина уносимой странными кварками [26]:
Де =-0.10 ±0.03,
7
- Київ+380960830922