Эволюция адронов в субъядерных масштабах

• Автор: Демьянов, Андрей Иванович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ
Процессы множественной генерации частиц на ядрах представляют собой естественный (и практически единственно подходящий) объект для исследования пространственно-временной картины сильного взаимодействия в субъядерных масштабах, которые можно соотнести с масштабами конфайнмента. Эволюция адронов как неравновесных динамических систем, возникших в ядре и на раннем этапе своего существования подверженных непрерывному воздействию ядерных сил, накладывает определенный отпечаток на характеристики адрон-ядерных реакций, наблюдаемые в асимптотике. С этой точки зрения особенности формирования и поглощения адронов внутри ядра-мишени следует рассматривать как доступные наблюдению проявления механизма адронизации кварков.
В настоящей работе предпринята попытка подойти к непосредственному экспериментальному изучению механизма адронизации как физического процесса, протекающего в пространстве и времени. Феноменологически взаимодействие адрона К с ядром А трактуется в квази-классическом духе как совокупность ’’элементарных актов”, происходящих (когерентно или некогерентно) на отдельных элементах ядерной структуры. Такими элементами могут быть нуклоны, кварки, партоны и т.д. — привлечение терминологии той или иной конкретной модели относится собственно к ’’элементарному акту” и не меняет общей картины прохождения частицы через ядерное вещество как обычную диспергирующую среду с определенными параметрами. При не слишком больших передачах импульса, отвечающих понятию ’’мягких” процессов, в качестве элементарных рассеивающих центров выступают составляющие ядро нуклоны. В этом случае напрашивается параллель между ’’элементарным актом” и рассеянием на свободном нуклоне, причем квадрат модуля ’’элементарной” амплитуды играет роль аналога сечения /гТУ-столкновения ан, хотя и не предполагающего столь же наглядной геометрической интерпретации.
Применимость указанного подхода, при котором ядро-мишень выступает в роли анализатора свойств вторичных частиц сразу после их рождения, требует специальной постановки опыта. В описываемом здесь эксперименте дифференциальные сечения генерации

лидирующих адронов на ядерных мишенях от водорода до свинца измеряются для некогерентных каналов полу-инклюзивной реакции А А —»■ Ь + Хч, где индекс г/ означает многочастичное конечное состояние с определенной кинематической конфигурацией, отвечающей заданной передаче импульса ДР от первичной частицы к мишени.
В области кинематических переменных, связываемой обыкновенно с фрагментацией первичного пучка, параметр <тл может быть измерен для некогерентных каналов множественного рождения по относительному ослаблению ’’пучка” вторичных лидирующих частиц Ь в заданном интервале углов и импульсов, Рь = ^(еРсгд/^ШР) на разных ядрах, сравнительно с Ар-взаимодействием. Такой подход представляется до известной степени безмодельным, поскольку не требует детального конструирования ’’элементарных” амплитуд, а оперирует вероятностными (т.е. доступными непосредственному измерению) параметрами <7д и <т£, имеющими смысл коэффициентов поглощения в ядерном веществе первичного и вторичного (лидирующего) адронов А.
Содержание настоящей работы в какой-то мере следует логике (и хронологии) исследования, выполнявшегося, главным образом, в период 1977-1988 гг. В главе I обсуждается современное состояние проблемы и определяются основные задачи исследования. Методы физического анализа измеряемых на опыте параметров в терминах квазиклассического приближения изложены в главе II. Неклассические эффекты, обусловленные спецификой ядра-мишени, рассмотрены в главе III: показано, как такие эффекты могут быть косвенно учтены на эмпирическом уровне в виде соответствующих поправок. В главе IV анализируются литературные данные по инклюзивным адрон-ядерным реакциям. На материале этого анализа в главе V формулируется общая концепция и предлагается конкретная постановка эксперимента по изучению неравновесных адронных состояний в субъядерных масштабах. Описание экспериментальной установки СМС-МГУ на ускорителе ЛВЭ ОИЯИ (Дубна) дано в главах VI и VII. В главе VIII представлены полученные на этой установке экспериментальные данные и результаты их анализа, физической интерпретации которых посвящена глава IX. В ЗАКЛЮЧЕНИИ подводятся основные итоги проведенного исследования и намечаются планы на будущее.

Эксперимент был поставлен от начала до конца — включая разработку и изготовление всей аппаратуры, сборку и наладку спектрометра СМС-МГУ, проведение измерений и обработку полученных результатов — силами небольшой группы сотрудников Лаборатории Адронных Взаимодействий НИИЯФ МГУ: Л.И.Бельзера,
В.А.Бодягина1, И.Н.Варданян, А.М.Грибушина (в то время аспиранта Физического факультета МГУ), Е.Н.Денисова и Н.Б.Синева. Энтузиазм, профессионализм и изобретательность этих сотрудников явились решающим фактором, обеспечившим выполнение данного исследования.
Успеху предприятия бесспорно способствовало благожелательное отношение руководства ЛВЭ ОИЯИ — А.М.Балдина, А.А.Кузнецова, Б.А.Кулакова, благодаря которому группе МГУ были предоставлены необходимые производственные ресурсы в процессе монтажа спектрометра СМС-МГУ на канале 4В ускорителя ЛВЭ, а затем выделено время на пучке ускорителя для отладки спектрометра и набора статистики. Сотрудники ЛВЭ А.Д.Кириллов и П.А.Рукояткин непосредственно участвовали в эксперименте, отвечая за настройку магнитно-оптических элементов канала 4В и вывод пучка с заданными параметрами на установку СМС-МГУ при самых разных режимах работы ускорителя.
Идея исследовать поведение адронов на малых расстояниях в специально поставленном для этой цели эксперименте возникла из дискуссий с В.С.Мурзиным и Л.И.Сарычевой, которые и в дальнейшем стимулировали ее реализацию. Имеются в виду как сами дискуссии, так и их инициаторы: само собой разумеется, что без активной поддержки (а порой и прямого понуждения) со стороны Л.И.Сарычевой как зав. ЛАВ этот проект так бы и остался проектом.
хсм. рис.19 (гл. VI).

III. HE-КЛАССИЧЕСКИЕ ЭФФЕКТЫ
Рассматривая картину прохождения быстрых адронов через ядро, мы полностью игнорировали квантово-механические эффекты. Следствием этих эффектов является то, что на самом деле рассеяние на нуклоне в ядре не идентично рр-рассеянию.
Ферми-движение
Наличие фермиевского импульса / у составляющих ядро нуклонов приводит к некоторому увеличению дисперсии импульсного распределения вторичных частиц даже при однократном рассеянии на нуклоне в ядре по сравнению с рассеянием на свободном нуклоне1.
Пусть распределение внутриядерных нуклонов по ферми-импуль-сам описывается функцией [56-58]:
-kKf) F’
OO 00
где / w(f)df =1и =//■ w(f)df = (F — параметр).
Пространственное распределение w(f) изотропно, поэтому, как нетрудно показать, распределение поперечных составляющих ферми-импульсов /_L (имеются в виду проекции / на плоскость, перепенди-кулярную траектории налетающей частицы) будет иметь вид:
ЧЛ) = 2^e-^2dAt
причем Jw{f±)dfx = 1 и (/у) = / / • w(f±)df± = ^ Р.
Если распределение поперечных импульсов Ру в рр-взаимодейст-вии описывается функцией такого же вида: ги(Р±) ос Ру ехр(—Р|/Р2), где Р — параметр, связанный с (Ру) соотношением (Ру) = ^Р, а суммарный поперечный импульс при столкновении с нуклоном в ядре
1При х ~ 1, когда отдача нуклона мишени невелика (~ /), оболочечная структура ядра проявляется, кроме того, в дополнительном искажении импульсного спектра, обусловленном принципом Паули. В существенно неупругой области значений х этот эффект не играет заметной роли.