Исследование рождения мезонов в реакции S+Au при энергии 200 ГэВ/нуклон

• Автор: Фокин, Сергей Леонидович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 69 с. : ил.

ВВЕДЕНИЕ
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Схема эксперимента
Тестовые пучки
Испытания калориметра промежуточных быстрот
Результаты испытания прототипов фотонного детектора
Калибровка фотонного спектрометра
ИЗВЛЕЧЕНИЕ НЕЙТРАЛЬНЫХ МЕЗОНОВ
Фотоны
Комбинаторный фон
Аксептанс
’’Эффективность”
Переход к инвариантным сечениям
Систематические ошибки
РЕЗУЛЬТАТЫ
Глобальные переменные
Пионные спектры
Модельные расчеты
Мт скейлинг
Заключение
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А
ПРИЛОЖЕНИЕ Б
ПРИЛОЖЕНИЕ В

Введение
В начале 80х годов сначала в Дубне [1], а несколько позже и в Беркли [2] морально устаревшие протонные ускорители стали использовать для получения пучков релятивистских ядер. По-видимому, это время можно назвать временем рождения новой области экспериментальной физики - релятивистской ядерной физики, области, находящейся на стыке ядерной физики и физики элементарных частиц. В 1986 году в Брукхевене на ускорителе AGS стали ускорять ядра 28Si до энергий 14.5 ГэВ/нуклон. С того же года начинается ядерная программа на ускорителе SPS в Церне, работающем при энергии -200 ГэВ/нуклон. Если ранняя стадия развития релятивистской ядерной физики характеризовалась использованием, как старых модернизированных протонных ускорителей, так и старых экспериментальных установок, работавших ранее на физику элементарных частиц, то сегодня ядерная программа составляет значительную часть проектов вновь строящихся ускорителей на встречных пучках: RHIC в Брукхевене и LHC в Церне. На ускорителе RHIC запланированы ядра вплоть до Au с энергией в системе центра масс - 200 ГэВ/нуклон, а на LHC будут получены ядра вплоть до РЬ с энергией в ц-системе 6.3 ТэВ/нуклон. В качестве еще одного подтверждения широкого интереса к релятивистской ядерной физике можно привести неполный список "больших" и "средних" экспериментов работавших или продолжающих работать на ядерную программу: Е866, Е891, Е877, Е896, Е864, Е895... - Брукхевен, NA34, NA36, NA44, NA45, NA49, NA50, NA52, WA97, WA98... - Церн. Здесь же можно упомянуть и вновь строящиеся установки - STAR, PHENIX, PHOBOS, BRAHMS, ALICE. При этом следует учитывать, что списочный состав типичного "большого" эксперимента составляет несколько сотен человек из десятков различных организаций и стран.
Столь значительный интерес объясняется возможностями наблюдений "Аномальных" явлений, которые могут проявиться в высоковозбужденной ядерной материи, образующейся при релятивистских ядро-ядерных взаимодействиях. Уже первые экспериментальные данные показали, что ядроядерные взаимодействия не могут быть воспроизведены как комбинация отдельных независимых нуклон-нуклонных столкновений.
Так в релятивистских ядро-ядерных взаимодействиях по сравнению с нуклон-нуклонными взаимодействиями наблюдалось:
• Обогащение инклюзивных и полуинклюзивных энергетических спектров в области как больших, так и малых поперечных импульсов.
• Появление коллективных эффектов, например потоков [3].
• Изменение относительного выхода частиц различного сорта: увеличение выхода странных частиц, подавление выхода JAP частиц

• Повышенный выход вторичных частиц в близи порога реакции и как экстремальный вариант - подпороговое рождение.
К сожалению, большинство из перечисленных эффектов вряд ли сегодня можно назвать действительно "Аномальными", так как они достаточно хорошо описываются традиционными моделями сильных взаимодействий.1 С эмпирической точки зрения, данные эффекты являются плавными экстраполяциями аналогичных явлений наблюдаемых в адрон-ядерных взаимодействиях.
Правда, тоже можно сформулировать и как значительный успех в создании таких моделей (VENUS [4], RQMD [5], ARC [6], LUCIAE [7], и.т.д.), неплохо описывающих существующие экспериментальные данные.
Больше того можно сказать, что данные модели уже стали тем аппаратом, к которому рутинно обращаются экспериментаторы, для того чтобы узнать, а не представляют ли их данные, что-то необычное.
В качестве альтернативного подхода в теоретическом описании ядро-ядерных взаимодействий следует отметить термодинамические модели [8,9], часть из которых ранее с успехом использовалась в физике элементарных частиц. Основой появления данных моделей является удивительная однотипность формы энергетических спектров вторичных частиц, наблюдаемая в адрон-адронных и даже в электрон-позитронных взаимодействиях (шгскейлинг). Более того, зависимость аналогичная температурной зависимости, также наблюдается в абсолютных выходах частиц различного сорта [10].
Законность применения термодинамического описания к системам, состоящим из ограниченного числа частиц, является весьма спорной.
Однако успешная работа данных моделей уже в адрон-адронных взаимодействиях порождает надежду на действительное достижение термодинамического и может быть даже химического равновесия при столкновении достаточно больших ядер.
Переход от адрон-адронных взаимодействий к ядро-ядерным взаимодействиям привел к заметным модификациям данных моделей. В качестве примера можно указать на введение в некоторые варианты термодинамических моделей поперечного потока. С помощью, которого часто объясняют отклонения от тг скейлинга: рост "температур" с ростом массы регистрируемой частицы, а также при увеличении размеров излучающей системы. В пользу существования таких потоков так же говорит то, что характерный размер источника, измеренный с помощью НВТ-эффекта, превышает размер взаимодействующих ядер.
Говоря о теоретической и экспериментальной релятивистской ядерной физики сегодня просто невозможно не упомянуть о кварк-глюонной плазме (КГП) -состоянии вещества, в которое переходит "нормальное" ядерное вещество при плотностях в 5-10 раз превышающих нормальную ядерную плотность. О состоянии, в котором происходит деконфаймент и приближенное
1 Возможным исключением являются последние результаты по выходу частиц в реакции РЬ+РЬ. [11а]

Результаты
Глобальные переменные
Под глобальными переменными обычно понимают величины, которые характеризуют отдельное событие целиком. Например, прицельный параметр, число участников ядра мишени, число участников налетающего ядра, число нуклон-нуклонных столкновений. К сожалению, эти величины не возможно измерить экспериментально. Среди возможных, измеряемых глобальных переменных в эксперименте 'УСА.80 можно упомянуть: число заряженных частиц, попавших в вето детектор, число фотонов (или суммарная энергия этих фотонов) попавших в фотонный спектрометр, поперечную энергию выделившуюся в калориметре промежуточных быстрот, энергию выделившуюся в калориметре нулевого угла. Так как фотонный спектрометр и вето-детектор использовался при определении выходов нейтральных мезонов, то разумно не использовать эти детекторы для определения степени центральности взаимодействия. Оставшиеся два калориметра имеют приблизительно равнозначные возможности для определения степени центральности. На рисунке 19 показана зависимость энергии, выделившейся в калориметре нулевого угла от поперечной энергии, выделившейся в калориметре промежуточных быстрот.
Можно отметить, что калориметр нулевого угла должен несколько лучше работать в периферических

Еі(міяас), ГэВ
Рисунок 19. Зависимость энерговыделения в калориметре ХОС (Ер) от поперечной энергии выделившийся в калориметре МІКАС (Ег). В верхнем углу представлена зависимость среднего Ер от Ет, а ошибки изображают среднеквадратические отклонения распределений Ер.
Рисунок 20. Спектр поперечной энергии, выделившейся к калориметре промежуточных быстрот. Заштрихованная гистограмма представляет тот же спектр, но без учета триггерного веса событий. Вертикальные линии соответствуют г раницам, используемым при разбиении событий на классы центральности.