Исследование реакций рождения φ мезона в pp - аннигиляции в покое

• Автор: Номоконов, Василий Петрович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 78 с. : ил.

Содержание
1 Введение
2 Правило Окубо-Цвейга-Иизуки
2.1 Экспериментальная проверка правила ОЦИ
2.2 Нарушение правила ОЦИ в рр аннигиляции в покое
2.3 Теоретическое объяснение правила ОЦИ
2.4 Модель поляризованной скрытой странности в нуклоне
2.5 Антипротон-протонная аннигиляция в покое
3 Экспериментальная установка ОВЕЫХ
3.1 Методика получения медленных антипротонов в ЦЕРН
3.2 Спектрометр ОВЕЫХ
3.2.1 Общие сведения
3.2.2 Магнит
3.2.3 Спиральная проекционная камера
3.2.4 Струйная цилиндрическая дрейфовая камера
3.2.5 Времяпролетная система
3.2.6 Гамма-детектор высокого углового разрешения
4 Обработка и анализ экспериментальных данных
4.1 Отбор событий аннигиляции в покое
4.2 Триггер, нахождение полного числа аннигиляций
4.3 Схема обработки данных
4.4 Идентификация частиц
4.4.1 Времяпролетная методика
4.4.2 Идентификация по удельным энергетическим потерям
5 Изучение реакций р + р-ф + тг+ + -к~ир + р—) ш + ж+ -- тг~
5.1 Предпосылки исследования
5.2 Реакция р + р—> ш + тт+ + 7Г
5.2.1 Выделение полезных событий
5.2.2 Определение выхода канала сд7г+7г”
5.2.3 Построение свободного от фона распределения по М7!+7Г
5.3 Реакция р + р—> ф + 7г+ + 7г~
5.4 Обсуждение результатов
5.5 Основные результаты
6 Исследование реакций р + р ф + р ир + р—> К+ + К~ + р
6.1 Предпосылки исследования
6.2 Отбор событий
6.3 Вычет фона, подсчет количества событий рр -4 фр

6.4 Определение вероятностей аннигиляции по каналу рр -> фт]
6.5 Определение вероятностей аннигиляции по каналу рр —> К+К~т]
6.6 Основные результаты
6.7 Сравнение с результатами других измерений
6.8 Обсуждение полученных результатов
7 Предложение эксперимента по проверке предсказаний модели поляризованной скрытой странности нуклона
7.1 Физическая мотивация
7.2 Экспериментальная установка
7.2.1 Отбор реакций с ф(ш) мезонами
7.2.2 Анализ фоновых процессов
7.2.3 Оценка требуемых ресурсов
8 Заключение

1 Введение
Диссертация посвящена результатам, полученным в процессе обработки и физического анализа данных по антипротонной аннигиляции в покое, набранных с помощью детектора ОВЕЫХ на кольце медленных антипротонов ЬЕАД в ЦЕРН. Основные результаты опубликованы в работах [1]-[5].
Актуальность диссертации состоит в том, что представляемый здесь цикл работ посвящен исследованию природы нового, недавно открытого явления - сильного нарушения правила Окубо-Цвейга-Иизуки в аннигиляции покоящихся антипротонов.
Согласно нерелятивистской кварковой модели, нуклоны и антинуклоны не содержат странных кварков, в то время как ф мезон является практически чистым зв состоянием, с лишь небольшой примесью легких кварков. Провозглашенное еще в 60-х годах и проверенное во многих экспериментах правило Окубо-Цвейга-Иизуки гласит, что процессы, описываемые диаграммами с разрывными кварковыми линиями, подавлены [6]-[8]. Таким образом, рождение ф мезона в антинуклон-нуклонной аннигиляции является как раз таким ’’запрещенным” по ОЦИ процессом. Выход ф мезонов можно предсказать, основываясь на данных по рождению ш мезона, который имеет те же квантовые числа, но состоит лишь из легких кварков. Тогда, согласно нерелятивистской кварковой модели, ВЫХОДЫ ф-ЦЦЗ мезонов должны относиться (с точностью до отношения фазовых объемов) как доли содержащихся в них легких кварков:
Щ + у -> ф + X)
У(р + р -> са + Х) к '
Здесь <5 = 0 — 0(ь по квадратичной массовой формуле Гелл-Манна-Окубо угол смешивания 0 = 39°, а идеальный угол смешивания ©о = 35.3°.
Правило ОЦИ получило многократное экспериментальное подтверждение в пион-нуклонных, нуклон-нуклонных и антинуклон-нуклонных на лету реакциях рождения ф(оз) мезонов.
Недавно в экспериментах по нуклон-антинуклонным взаимодействиям в покое на пучке медленных антипротонов ЬЕАїї (ЦЕРН) было обнаружено интересное явление [9],[10]: оказалось, что в некоторых реакциях аннигиляции выход ф мезонов в несколько десятков раз превышает ожидаемый (1). Так, оказалось, что для реакций рр —» ф'у и рр —» [9] К = (243 ± 86) 10~3, а для реакций рр —> фтт0 и рр —> [10]
К = (114 ±24) 1СГ3.
Эти открытия повлекли за собой оживленную дискуссию и появление целого ряда подходов и моделей, объясняющих это явление.
Мы попытались выяснить, какие факторы влияют на наблюдаемое нарушение правила ОЦИ - кинематика процесса, спин начального состояния, тип рождаемых совместно с ф мезоном частиц.
Цель работы состояла в исследовании рождения ф мезона в ряде реакций антипротон-протонной аннигиляции в покое при помощи универсального магнитного спектрометра ОВЕЫХ. Было выполнено:

Таблица 7: Выходы рр аннигиляции в жидкости по каналам с четырьмя заряженными частицами в конечном состоянии.
Реакция Выход Y, % Ссылка
РР —> 27Г+27Г~ 6.9 ±0.6 [52]
рр —> 27Г+27Г-7Г° 19.6 ±0.7 [52]
рр —7 2я+27г~27г0 16.6 ± 1.0 [53]
рр —7 27Г + 27Г~37Г0 4.2 ± 1.0 [53]
1) Рш > 0.1 ГэВ/с,
2) f(Ptot) - 0.06 ГэВ/с2 < МАж < f{Ptot) + 0.06 ГэВ/с2.
На Рис. 11а показаны пунктиром кривые, соответствующие границам выделенной зоны.
Проведенный анализ показал, что доля событий с конечным состоянием 27г+27г~, удовлетворяющая таким критериям отбора, находится на уровне ниже одного процента, а доля событий с конечным состоянием 21г+2тс~2ж° составит 8.7% от числа событий с пятью пионами. Для грубого выделения примеси на таком уровне вполне допустимы. Для событий, отобранных по вышеуказанным критериям, было построено распределение по X2 (см. рис. lib), которое хорошо описывалось функцией
Сехр(--£г)
f{x) = —(14)

Теперь, чтобы выделить интересующий нас канал, мы задались доверительным уровнем 90%, по нему, пользуясь распределением х2 с одной степенью свободы, нашли соответствующее значение у2, равное 2.706, и, умножив его на С2, определили поправленные значения 2.07 для газообразной мишени и 2.81 для жидкой. Если в итоге полученный у2 был меньше этого числа, то считалось, что данное событие относится к выделяемому.
Всего приведенным выше критериям отбора удовлетворило 127904 событий для данных с жидкой мишенью и 230769 событий при аннигиляции в газообразной мишени.
5.2.2 Определение выхода канала Д7г+7г~.
Выход д-мезонов определялся по интенсивности пика в спектре инвариантных масс 7г+7г~7г°. При определении инвариантной массы использовались значения импульсов, поправленные после кинематического анализа. На Рис. 12 представлено распределение по массе трех пионов для всех событий из реакции (11). Хорошо видны два пика, соотве-тветствующих 77(547) и ш(782). Каждое событие здесь входит в гистограмму четырежды - по числу возможных комбинаций пионов.
Для описания экспериментального спектра в районе пика использовалась параметризация
= / 7~~
7 (т/ - то) + -Т 2(7 п=0