Симуляции ядерных реакций в модели Кирального фазового объёма

• Автор: Косов, Михаил Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 259 с. : ил.

Содержание
Введение

1. Расчёт масс адронов

1.1. Масса нескольких партонов при температуре Тс

1.2. Цвето-электрические и цвето-магнитные поправки

1.3. Сравнение с экспериментальными данными

2. Протон-антипротонная аннигиляция

2.1. Кварк-синтетическая фрагментация

2.2. Сравнение с экспериментом

2.3. Объектная структура алгоритма CHIPS

3. Захват отрицательных пионов ядром

3.1. Алгоритм расчёта кваркового обмена
3.2. Сравнение с экспериментальными данными
3.3. Имплементация объекта атомного ядра
4. Захват отрицательных мюонов ядром
4.1. Нормализация спектров д~-захвата
4.2. Сравнение с экспериментальными данными
5. Аннигиляция анти-протонов на ядрах
5.1. Сравнение с экспериментом
6. Фото -ядерные реакции
6.1. Фото-ядерные сечения взаимодействия
6.1.1. Взаимодействие фотонов с протонами
6.1.2. Фото-ядерные сечения при высокой энергии
6.1.3. Фото-ядерные сечения в резонансной области
6.1.4. Сечения в области гигантского резонанса
6.2. Спектры фото-ядерных реакций
7. Электро-ядерные реакции
7.1. Единый подход к электро-ядерным реакциям
7.2. Q2 -записи моеть электро-ядерных реакций
7.3. Моделирование электро-ядерных реакций
7.4. Электро-фрагментация ядра
8. Лепто—ядерные реакции
8.1. Структурные функции нуклонов
8.1.1. Прямое взаимодействие с кварк-партонами
8.1.2. Взаимодействие с партонами через струну

8.2. Сравнение с экспериментом
8.3. DIS-алгоритм модели
8.4. Структурные функции ядер
8.5. Нейтрино-ядерные взаимодействия
9. Рождение лептонных пар в столкновениях адронов
9.1. Моделирование процесса Дрелла-Яна
9.2. Сравнение с экспериментом
10.Упругие и квази-упругие реакции
10.1. Аппроксимация упругого сечения
10.1.1. Протон-протонное упругое рассеяние
10.1.2. Нейтрон-протонное упругое рассеяние
10.1.3. Рассеяние протонов на ядрах
10.2. Аппроксимация квази-упругого сечения
11.Неупругие адрон-ядерные реакции
11.1. Моделирование ядерной диффракции
11.2. Симуляция распределения адронов по быстроте
11.3. Аппроксимация неупругих рА сечений
11.4. Протон-ядерные реакции при малых энергиях
12.Поиск эффекта ядерной опалесценции
12.1. Экспериментальный поиск ядерной опалесценции
12.1.1. Измерение полных неупругих сечений
12.1.2. Измерение энергетической зависимости выхода пионов
12.1.3. Измерение импульса коллективного ядерного пиона
Заключение
Список литературы
Предметный указатель

Введение.
В 2008 году в ЦЕРН планируется ввести в эксплуатацию Большой Адронный Коллайдер (LHC), который обеспечит протон-протонные столкновения с энергией в системе центра масс 14 ТэВ, что в семь раз превышает энергию существующего в настоящее время коллайдера Tevatron (Лаборатория Ферми, США). В стадии проектирования находится Международный Линейный Колайдер (ILC, е+, е_, 91-500 ГэВ), Компактный Линейный Коллайдер (CLIC, 2.5 ТэВ), Мюонный Кольцевой Коллайдер (10 ТэВ).
Создание дорогостоящих установок для регистрации взаимодействий элементарных частиц и атомных ядер при высоких энергиях требует прецизионной симуляции прохождения частиц и ядерных фрагментов через вещество детекторов. Для этой цели написаны транспортные коды, позволяющие описать геометрию и конструктивные материалы физических детекторов и включить алгоритмы атомных и ядерных взаимодействий частиц, модифицирующих энергию и импульс частицы, проходящей через вещество, а также способные производить в результате взаимодействия новые частицы. Наиболее известным транспортным кодом, написанном на языке FORTRAN, является программа GEANT3, включающая в качестве пакетов адронного взаимадействия такие известные алгоритмы как GCALOR и FLUKA. Впоследствии FLUKA развилась в самостоятеьный транспортный код. Однако язык FORTRAN ограничен в своих возможностях и при создании больших пакетов програм оказывается недостаточно удобен. В связи с этим около пятнадцати лет назад было предложено создать новый транспортный код Geant4 [1] на базе объектно-ориентированного языка C++.
Новый проект предусматривал написание не только более эффетивной и точной геометрии детекторов, необходимой для транспорта частиц, но и более детальную симуляцию взаимодействия элементарных частиц и ядерных фрагментов с веществом. Взаимодействия с веществом обычно подразделяются на электромагнитные и адронные. Электромагнитные взаимодействия рассматриваются на атомном уровне. Наиболее важными элетромаг-нитными процессами являются: потери энергии и многократное рассеяние частиц при прохождении через вещество детекторов, выбивание из атомов вторичных элетронов, рождение фотонов и е+е~-пар, черенковекое и переходное излучение фотонов. Не смотря на то, что основные черты электромагнитных процессов известны уже около полувека, детали электромагнитного взаимодействия частиц с различными материалами постоянно уточняются. Параметризация электромагнитных процессов является адекватным подходом, поскольку в электромагнитных взаимодействиях фигурируют всего несколько объектов: фотоны, электроны, позитроны, реже мюоны, мезоны и обобщённые ионы, характеризующиеся лишь различными массой и зарядом. При этом в результате электромагнитного взаимодействия воз-

2.5 5 7.5 10 12.5 15
Annihilation Channels
Рис. 6. Вероятности каналов аннигиляции остановившихся антипротонов на протонах: точки из [34], гистограмма — результат CHIPS симуляции.
тий. Кроме того, надо иметь в виду систематические ошибки экспериментов. Так для a,2U) канала распада рр системы сумма масс мезонов составляет 2100 МэВ, а полная ширина — 110 МэВ, тогда как удвоенная масса протона составляет всего 1880 МэВ, то есть отстоит от суммы масс мезонов на две ширины. Именно поэтому CHIPS предсказывает относительно малый выход этой пары мезонов, в то время как экспериментально он равен выходу пары а27г, сумма масс которой на 640 МэВ меньше.
Для того чтобы при больших энергиях воспроизводить выход барио-нов, можно использовать POPCORN метод [36] использующий вероятность образования дикварка в качестве дополнительного параметра модели. В модели Кирального фазового объёма дикварк можно считать безмассовым аналогично 5-кварку. Наличие дикварков позволяет рассчитывать кварк-синтетическую адронизадию в барионы аналогично мезонам.
Если барионное число квазмона равно нулю, как, например, в рр и е+е~ реакциях, адронизация в барионы и каоны при промежуточных энергиях невелика, поэтому показательной является энергетическая зависимость множественности легчайших 7г-мезонов. Множественность пионов чувствительна к критической температуре кварк-партонов квазмона. Чем выше