Основные характеристики эксклюзивных реакций в Кр-взаимодействиях при 32 ГэВ/с

СОШКАНИЕ
Стр.
ВВЕДЕНИЕ......................................................... 5
ГЛАВА I. ОШ4САНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДОМ
ПРОВЕДЕШЬ ЭКСШПРШ.ПИНТА............................... 10
1.1. Описание постановки эксперимента
на камере "Мирабель” .................................. 10
1.2. Основные этапы обработки фильмовой
информации.......................................... II
1.3. Методика выделения эксклюзивных каналов............... 15
1.4. Анализ качества выделения 1С~фит каналов.............. 19
ГЛАВА П. СЕЧЕНИЯ ЭКСКЛЮЗИВНЫХ КАНАЛОВ.......................... 27
2.1. Основные вопросы методики определения
сечений эксклюзивных каналов ........................ 27
2.2. Особенности методики определения сечений эксклюзивных каналов с одной незарегистрированной нейтральной частицей................................... 31
2.3. Сечения эксклюзивных каналов и
их энергетическая зависимость ........................ 33
2.4. Энергетическая зависимость нормированных
сечений основных эксклюзивных каналов ................ 43
ГЛАВА М. МЕХАНИЗМЫ ОБРАЗОВАНИЯ ЧЕТЫРЕХЧАСТИЧНЫХ
КОНЕЧНЫХ СОСТОЯНИЙ.................................... 52
3.1. АК-анализ четырехчастичных конечных
состоянии............................................. 52
3.1.1. Определение сечений основных процессов, приводящих к четырехчастичным конечным состояниям................................................... 53
3.1.2. Дифракционная диссоциация первичных частиц 55
3.
Стр.
3.1.3. Основные механизмы образования основных двухчастичных резонансов ...................................... 60
3.1.4. Совместное образование двухчастичных
резонансов ............................................ 69
3.2. Изучение угловых характеристик распадов
основных резонансов ................................... 72
3.2.1. Проверка сохранения S- и Т-канальной сшралъности в дифракционных процессах.......................... 74
3.2.2. Элементы спиновой матрицы плотности
К*0 (890) и А++(1238) ................................. 75
ГЛАВА 1У. КЛАСТЕРНЫЙ АНАМЗ КОНЕЧНОГО СОСТОЯНИЯ
К> 3i47T 81
4.1. Методика выделения кластеров в многомерном фазовом пространстве программой CIUC01/ .................... 82
4.2. Основные результаты кластерного анализа .............. 87
4.2.1. Кластеры, образующиеся при 3-х частичной фрагментации К~-мезона ........................................ 88
4.2.2. Кластеры, образующиеся при 3-х частичной фрагментации протона .......................................... 94
4.2.3. Кластеры от нефрагментационных процессов ............. 96
ГЛАВА У. ОБРАЗОВАН® РЕЗОНАНСОВ В Ш0Г0ЧАСТИЧНЫХ
КОНЕЧНЫХ СОСТОЯНИЯХ................................... 104
5.1. Методика выделения резонансов ....................... 105
5.2. Резонансы в конечных состояниях К~р> +
iv\ = 2,3,4 .......................................... 108
5.2.1. Сечения образования основных бозонных
и барионных резонансов ............................... 108
5.2.2. Совместное образование резонансов ................... 116
5.2.3. Распределения по квадрату переданного 4-импульса и спиновая матрица плотности
основных резонансов .................................. 118
4.
Стр,
5.3. Образование и)(783)- и *1(550)-мезонов в конечных состояниях К’р^Гс/+ мСТГЗГ)
м = 1,2...................................................................................................... 121
5.4. Резонансы в конечных состояниях К~р К* и (7ТТ5Г)
т = 1,2 и 123
ЗАКЛЮЧЕНИЕ............................................................. 126
ТАБЛИЦЫ .. ЛИТЕРАТУРА
129
146
ВВЕДЕНИЕ
5.
Одним из основных преимуществ использования методики жидководородных пузырьковых камер при исследовании адронных взаимодействий средних и высоких энергии является возможность получения полной информации о кинематических параметрах всех вторичных частиц, образовавшееся в отдельном акте взаимодействия. Поэтому до ввода в строй нового поколения ускорителей в Серпухове, Батавии и Женеве основным подходом к изучению динамики сильных взаиглодействий камерной методикой был эксклюзивный, при котором объектом исследований являлась выборка событий от определенных каналов реакций, приводящих к конечны!'.! состояниям только из зарегистрированных в камере (или и одной незарегистрированной, восстановленной программно) частиц. Однако с увеличением энергии сталкивающихся частиц роль таких каналов уменьшается из-за роста количества вторичных -мезонов, эффективность регистрации которых в жидководородных камерах мала. Поэтому в последние десятилетия в экспериментах с использованием камерной методики стал также широко применяться так называемый инклюзивный подход ^ (то есть подход, при котором для всей выборки взаимодействий исследуются распределения только одной или нескольких вторичных частиц определенного вида), теоретические основы которого были заложены в работах A.A. Логунова и сотрудников ^.
Однако изучение эксклюзивных реакций продолжает традиционно привлекать пристальное внимание физиков, поскольку выявление ряда закономерностей во взаимодействиях элементарных частиц высоких энергий и выяснение их структуры возможно только на основе ШформаЩ'Ш об эксклюзивных конечных состояниях.
Данные по эксклюзивным реакциям в экспериментах на пузырьковых камерах, которые содержат максимальную для опытов с неполя-рнзованными первичными адронами информацию об определенном конечном состоянии, представляют также большие возможности для детального исследования динамики множественного образования частиц в адрон-адронных взаимодействиях. В частности, изучение образования резонансов в эксклюзивных каналах, особенно при максимально возможных энергиях и высоких множественностях, обеспечивает уникальную возможность для выяснения роли резонансов в формировании многочастичных конечных состоянии. Однако получение таких экспериментальных данных требует достаточной статистики и встречает большие методические трудности.
В последние годы появилось много новых методов изучения механизмов образования многочастичных эксклюзивных конечных состояний, основанных на анализе распределения событий в полном фа-
/4-7/
зовом пространстве Наиболее перспективными среди них явля-
ются модельно-независимые статистические методы анализа особеннос-
/5-7 /
теи распределения событий в полном фазовом пространстве 1 1 .
Как видно из компиляций данных по сечениям, в последнее время наиболее активно исследовались К~р-в зашло действия. Несмотря на это, данные по сечениям эксклюзивных реакций имеются (не считая данных по сечениям нашего эксперимента) только до импульса первичного К“-мезона в 16 ГэВ/с.
Целью настоящей диссертации является изучение основных закономерностей образования эксклюзивных конечных состояний разной множественности в К“р-взашлодействиях при 32 ГэВ/о и детальное исследование механизмов образования четырехчастичных конечных состояний.
Актуальность данного исследования. Проверка возможности применения кварк-партонных представлений, развитых для описания "жестких" процессов к адронным столкновениям при малых Рд_ требует данных по взаимодействиям адронов различных типов в широком диапазоне энергии. Проведение эксперимента при 32 ГэВ/с позволило в два раза расширить энергетический диапазон исследования К7р-вза-имодействий и выделить целый ряд эксклюзивных каналов. Данные по эксклюзивным каналам малой и средней множественности являются традиционным источником наиболее полной информации о механизмах адрон-адронных взаимодействий при малых .
Выделение различных подканалов с промежуточными резонансами дает информацию об относительных вероятностях образования адронов различного типа, а изучение распадов резонансов дает дополнительные данные о спиновых эффектах при их образовании. Все эти данные очень критичны для выбора теоретических подходов к описанию адрон-адронных столкновений при средних энергиях.
Научная новизна проведенных исследований состоит в том, что впервые для изучения К~р-взаимодействий при новом более высоком импульсе первичных каонов была использована многокубовая жидководородная камера. Это позволило существенно повысить точность определения кинематических характеристик быстрых вторичных частиц и достаточно чисто выделить события от эксклюзивных 4С-и 1С-фит каналов. Высокая статистика эксперимента обеспечила точное измерение сечений 48 эксклюзивных каналов (лежащих в диапазоне 1000-5 мкбн). На основе этой статистики впервые оценены сечения образования основных бозонных и барионных резонансов для некоторых эксклюзивных конечных состояний, изучены механизмы образования резонансов в четырехчастичных конечных состояниях, проведен
подробный кластерный анализ в сешмерном фазовом пространстве переменных Янга дяя конечного состояния
Большинство полученных данных являются единственными в КГр-взаимодействиях при высоких энергиях.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработана методика выделения эксклюзивных каналов при массовой обработке данных в высокостатистическом эксперименте в новом интервале энергий.
Впервые при столь высоком импульсе К~-мезонов разработана методика выделения Ю-фит каналов и определения их сечении. В рамках единой экспериментальной методики получены обширные и уникальные данные по сечениям всех, доступных при набранной статистике, эксклюзивных реакции, в том числе и с образованием одного или нескольких резонансов в К“р-взаимодействиях при 32 ГэВ/с. Представленные данные могут быть использованы дяя планирования новых экспериментов на современных ускорителях, а такнсе дяя учета эффектов от изученных процессов в экспериментах, которые проводятся в настоящее время.
Структура диссертации включает в себя введение, пять глав и заключение.
В первой главе кратко описывается установка, общая организация процесса обработки фильмовой информации и излагается методика выделения эксклюзивных каналов.
Вторая глава посвящена проблемам определения сечений эксклюзивных реакций, анализу полученных результатов и исследованию энергетической зависимости сечений.
В третьей главе представлены результаты изучения отдельных механизмов образования резонансов в 4-х-частичных конечных состоя-
ниях. В этой же главе приведены результаты проверки сохранения и Т-канальной спиральности для дифракционной диссоциации К"-мезона и протона*
В четвертой главе подробно описана методика выделения кластеров в многомерном фазовом пространстве программой clucov и представлены результаты такого выделения для конечного состояния К~р
Пятая глава посвящена анализу роли резонансов в формировании многочастичных конечных состояний + , ^-zt3}k 9
Кр> К + Ю м(ЗГ5Г) ,^=4.2, К~ррр . В ней приводятся оцен-
ки сечений одиночного и совместного рождения основных резонансов к множественного образования ,Р&(770)-мезонов.
Основные результаты, полученные в диссертации, сформулированы в заключении.
Диссертация основана на результатах исследований, выполненных автором в 1976-1984 г.г. в отделе экспериментальных исследовании на пузырьковых камерах ИФВЭ в рамках программы исследований 1Ср-взаимодействий при 32 ГэВ/с, осуществленной совместно с СЕН, Сакле (Франция), рядом лабораторий стран-участнвд ДЕРЫ*а и институтом физики высоких энергий АН ГДР.
Основные результаты диссертации опубликованы в работах в ВИде препринтов ИФВЭ, Цойтен (ГДР), статей в журна-
лах: Ядерная физика , ITuclear Physics, Zeitschrift fur Physik С (Particles and Fields) К Acta Physica Polonica И докладывались ка международных конференциях в Токио (1978 г.), Париже (1982 г.) и Лейпциге (1984 г.).
ГЛАВА I
10
ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ И МЕТОДИКИ ПРОВШНЙЯ ЭКСПЕН^ЖГА
Экспериментальный материал, на котором были проведены исследования, положенные в основу данной диссертации, получены при облучении жидководородной камеры "Мирабель" ^5// пучком ВЧ-сепарированных КГ"-глезонов с импульсом 32,1 ГэВ/с на ускорителе ИФВЭ /16,17/^ Конструктивные особенности камеры "Мирабель" и большая статистика эксперимента потребовали создания специальной системы обработки фильмовой информации*
3 настоящей главе дается краткое описание постановки эксперимента на камере "Мирабель" и описываются основные этапы обработки в К“р-эксперименте.
1.1. Описание постановки эксперимента на камере "Мирабель11
Катлера "Мирабель", созданная в Сакле (Франция), является одной из крупнейших в мире жидководородных: пузырьковых камер*
С 1971 года она эксплуатируется в пучках частиц высоких энергий на ускорителе в Серпухове.
Конструктивно камера представляет собой цилиндрический сосуд из нержавеющей стали диаметром 160 см и длиной 470 см, который сверху соединен с системой расширения поршневого типа.
Входное окно камеры расположено на торце цилиндра и выполнено из алюминия толщиной 3,3 см (0,1 ядерной длины)* Камера помещена в магнитное поле с напряженностью 2,1 Т при неоднородности в полезном объеме не больше Ъ%. Для фотографирования используются 8 широкоугольных объективов типа "рыбий глаз" (угол зрения 110°). Подсветка осуществляется импульсными лампами, а в качестве отражаю-
II.
щего покрытия используется "скотчлайт", наклеенный непосредственно ка внутреннюю поверхность корпуса. На "скотчлайт’1 нанесены реперные кресты, изображения которых используются для определения констант оптической системы
Надежность эксплуатации и стабильность режима работы каме-ры "Мирабель" обеспечивается разветвленной системой автоматики включая малую ЭВМ Т6000.
Облучение камеры сепарированными пучками адронов осуществляется с помощью системы быстрого вывода ускорителя и магнитооптического канала длиной более 500 м (канал й 7) с высокочастотным сепарированием частщ. Как показали специальные исследования примесь других частиц в пучке 1С-мезонов не превышает 5%
(в основном /л -мезонов). Ошибка в определении импульса сепарированных К“-мезонов при 32,17 ГэВ/с составляет 0,08 ГэЗ/с.
Постоянный контроль режимов работы элементов канала и параметров пучка осуществлялся с помощью комплекса детектирующей аппаратуры, показания с которых выводились на ЭВМ М6000.
Дополнительный контроль качества сепарации и качества снимков осуществлялся по тестовым кускам, съемка которых проводилась перед съемкой каждой новой пленки.
1.2. Основные этапы обработки фильмовой информации
В К~р~эксперименте на камере "Мирабель" было получено 420000 снимков (каждый снимок состоит из 8 стереопроекции), что составило 477 отдельных пленки, 35$ которых (169 пленок) были обработаны в ИФВЭ.
Блок-схема системы обработки пленки в ИФВЭ показана на рис. 1.1. Как видно из этого рисунка в начале процесса обработки
SLICE
измерение
GECA
KL£A
OGRIND
.физический! un£0 смотр J
GRIND
DAI-фййл
CORRECT
^змере«ие_{
GECA
KICA
DISTOR
физический у цП£0слртро
GRIND
УТГ)
1 I !
!T:
| СВЕРКА
r¥-;
lj)£o смотр j
работа с пленкой I I — оснобные программы О “* основные магнитные ленты
С 3 —ЗискоВый файл —— — ЗВижение информации о событиях
Рис.1.1 Блок-схема системы обработки информации о событиях.