Файл: Азимов С.А. Неупругие соударения частиц большой энергии с нуклонами и ядрами.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 29.07.2024
Просмотров: 80
Скачиваний: 0
обеспеченность эффекта при этом составляет|Р2|]/ ^= 3,1 стандарт ного отклонения. Интересно отметить, что для 18 ливней с энерги
ей £ 0^200 Гэв азимутальный эффект отсутствует (р2 = —0,015), в то время как для 41 ливня с £ 0)>200 Гэв наблюдается заметный
эффект (ß2= + 0,6).
Однако на результаты этих измерений могли оказать влияние некоторые методические эффекты, связанные с геометрией камеры Вильсона. Дело в том, что камера Вильсона, использованная в этом эксперименте, имела вытянутую конструкцию с малой глу биной и большой шириной. В связи е этим ливневые частицы ши рокого конуса могли теряться неодинаковым образом в направле нии осей X и у, имитируя тем самым ложный азимутальный эффект.
Действительно, суммарное азимутальное угловое распределе ние, построенное по всем ливням, как 'будто указывало на такую возможность. Однако в [12] нами было показано, что наблюдаемый азимутальный эффект не мог быть целиком обусловлен геометри ей камеры Вильсона.
В дальнейшем для исследования азимутальных эффектов ис пользовался экспериментальный материал, полученный с помощью данной установки, в которой геометрические условия были более благоприятными для изучения азимутальных корреляций.
Приведем результаты измерений |
величины |
ß2 |
для ливней с |
|
/7,5 4 И Д э е р к < С І ’ |
|
|
|
|
Природа |
|
|
1 \ Ѵ |
|
первичных частиц |
N |
Рз |
N |
|
Все первичные адроны |
131 |
0,32 |
3,7 |
|
Нейтроны |
41 |
0,61 |
3,9 |
|
Нуклоны |
91 |
0,49 |
4,7 |
|
Пионы |
40 |
—0,07 |
— |
|
'ls |
23 |
0,53 |
2,5 |
|
Все ливни с — >2 |
|
!с
Как видно из этих данных, усредненная по всем ливням вели
чина ß2 оказалась равной +0,32, что указывает на существование четких азимутальных корреляций в угловом распределении лив невых частиц (статистическая обеспеченность эффекта равна 3,7 стандартных отклонений).
По-видимому, азимутальные эффекты чаще возникают в NN- соударениях, чем при взаимодействии пионов с нуклонами. В то
время как для AW-соударений ß2=+0,49 и |ß2| V ^ = 4,7, для яіѴвзаимодействий эффект отсутствует.
Однако для асимметричных «вперед» ливней (большая доля
которых вызвана пионами) величина ß2 равна 0,53 и выходит за пределы доверительного интервала на 2,5 стандартных отклонений.
С целью исследования зависимости азимутального эффекта от множественности вторичных частиц ns к рассмотренным ливням с
82
ns^ 4 были добавлены также ливни, полученные группой ФИАН
СССР.
Зависимость [12 от п s имеет следующий вид:
|
4 - 7 |
8 -1 1 |
>12 |
|
|
± 0,30 |
+0,41 |
± 0,70 |
|
\[ \/ N |
±0,14 |
± 0,14 |
±0,16 |
|
Из этих результатов видно, что величина ß2 возрастает |
||||
личеннем ns и для |
ливней с множественностью пл= 8—15 достига |
|||
ет наибольшего значения. Однако |
для |
ливней |
с очень большой |
|
множественностью |
(n4.^s 16) эффект несколько |
уменьшается, что |
может быть связано с примесью взаимодействий с ядрами, кото рые могут «размазывать» эффект.
Для проверки влияния метода определения оси ливня на ази мутальные эффекты нами были проведены расчеты по методу Монте-Карло, которые показали, что нахождение оси по центру симметрии (как это давалось н данной работе) не вносит искаже
ний в величину ß2, тогда как определение по центру тяжести мо жет приводить к ложным эффектам [4].
Таким образом, для ЛОѴ-столкновенпй обнаруживается замет ная азимутальная анизотропия углового распределения ливневых частиц при энергиях выше 2 - 10м эв (статистическая обеспечен ность эффекта — 4,7 стандартных отклонений, причем основной эффект наблюдается для событий с энергией 300—500 Гэв. Этот результат'согласуется с моделью образования файрбола с боль шим собственным моментом, при распаде которого на вторичные пионы возникают азимутальные корреляции симметричного типа.
Азимутальные корреляции асимметричного типа не наблюда ются, так как для величины ßi получены отрицательные значения.
Положительное значение ß2, выходящее за пределы доверитель ного интервала, полущенное для асимметричных «вперед» ливней, можно понять как результат образования вращающегося файр бола, движущегося вперед в Ц-системе. К сожалению, из-за не большого материала относительно асимметричных «назад» лив ней и трудностей отделения их от нуклон-ядерных взаимодействий оказалось невозможным проведение для них подобного анализа.
Полученные результаты можно также интерпретировать с точ ки зрения образования тяжелых резонансов, расположенных на линейной траектории Редже, при .компланарных распадах которых возникают четкие азимутальные корреляции [12, 15].
Если предположение о бесконечном линейном росте траекто рии Редже справедливо, то ей будет соответствовать бесконечное семейство резонансов, спин и масса которых возрастают неограни ченно. Рассмотрим семейство многопионных резонансов, располо женных на линейном участке траектории Редже, спин у которых связан с квадратом массы М2 как
J = а М 2 -V а — 1 Гэв~х I Ь | < 1.
83
При некоторых естественных предположениях в [12] показана возможность существования предельной массы семейства резо нансов Мпр. Если под радиусом распада резонанса понимать ради ус сферы, содержащей свободные вторичные частицы в момент распада, когда взаимодействие между ними прекращается, то для
существования |
предельной массы Мпр |
достаточно сделать |
два |
предположения: |
|
|
|
а) средний радиус распада R — R (М) слабо зависит от М, так |
|||
что M/R(M)— |
при М->+°°; |
|
|
б) справедливо квазиклассическое |
приближение, т. е. |
спин |
резонанса равен суммарному классическому моменту вторичных
частиц J — 2 г,Р. где Р. и —- импульс і-того пиона и его
радиус-вектор относительно центра сферы в момент распада соответственно.
|
При справедливости этих |
предположений будем |
иметь |
|
|||||
|
|
2 |
ГЛ |
< V |
Г.Р.. |
У г.Р. sin а. « |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
< V Гір. < R ѵ р . < R V S . = |
RM, |
|
|
||||
где |
а. — угол |
между |
г. и Рр г — энергия |
пиона в |
системе по |
||||
коя |
резонанса |
(h = |
c = l ) . Если |
J — RM, |
то У г і р і |
2 ГЛ |
моменты г' ГРі пионов параллельны друг другу, а их импульсы
Р. перпендикулярны вектору У1гіРі (полная компланарность) и
касаются окружности радиуса R в точках расположения пионов. Функция
J _ |
аМ + |
b |
RM ~ |
-- |
’ |
|
R (М )М |
неограниченно возрастая с увеличением М, при некотором значе нии Мпр становится равной единице. Это означает, что Мпр будет предельной массой семейства резонансов, поскольку для резонан сов с М >М Пр будет нарушаться неравенство J^CRM. Резонансы с массой М = МПр будут распадаться компланарно.
Таким образом, наблюдаемые азимутальные корреляции в уг ловом распределении вторичных частиц могут быть обусловлены образованием во взаимодействиях с Е0> 2- 10й эв тяжелых многопионных резонансов с массой М, близкой к предельной Мпр. При распаде таких резонансов будет наблюдаться тенденция мезонов
ккомпланарности, порождающая угловые корреляции.
Вработе [100] В. М. Чудаковым был сделан количественный расчет модели распада неполяризованного «вращающегося» ре
зонанса и показано, что при усреднении по различным ориента-
84
дням спина резонанса величина математического ожидания •/([!,) будет заключена в пределах
О < V( 3j < ] / « ,.(/? ,- 1) 1п (<?■■
При множественности п^ = 10 правая часть неравенства состав ляет 2,2. Однако в данной работе для NN-соударений со средним
значением < лЛ> ~ 1 0 получена меньшая величина ß2 = 0,49. Этот результат может означать, что генерация мяогопиониого резонанса с массой, близкой к предельной, происходит не со 100%-ной веро ятностью.
Сравним результаты расчета с экспериментальными данными. Для этого примем, что в ЛТѴ-взаимодействпя.х с энергией £Ѵ>
>200 Гэв с вероятностью |
образуется многоппонный резонанс |
с массой, близкой к предельной ѵѴІпр. |
|
Тогда |
|
U7P | / |
М « г і ) 1пТ ' |
На рис. 17, где дана зависимость экспериментального значе
ния ßo от множественности вторичных частиц ns, расчетная кривая наилучшим образом проходит через экспериментальные данные при U7p = 0,2.
Таким образом, если трактовать файрбол как тяжелый многопионный резонанс с массой, близкой к предельной, то, согласно
полученным экспериментальным значениям ß2, вероятность его образования составит ~20%. При этом обычно принимаемым зна чениям массы файрбола /Ифя== 3—5 Гэв будет соответствовать ве личина спина /іфб~9-т-25. Отсутствие азимутальных корреляций в области энергий £ 0<300 Гэв, по-видимому, объясняется малым сечением образования многоппонных резонансов с массами, близ кими к предельным.
Г л а в а VII
ПАРЦИАЛЬНЫЙ КОЭФФИЦИЕНТ НЕУПРУГОСТИ
§ 1 . 0 коэффициенте неупругости взаимодействия адронов с ядрами
Важной энергетической характеристикой взаимодейст вия пионов и 'нуклонов с ядрами является коэффициент неупру гости К.1 или доля энергии, передаваемой во взаимодействиях вновь рожденным частицам, определяемая как
где Е £ \— суммарная энергия генерированных частиц. Изучение
распределения этой величины, зависимости ее от природы и энер гии налетающих частиц, множественности ns, атомного веса ядрамишени А может дать интересные сведения о механизме взаимо действия адронов при высоких энергиях. Впервые в космических лучах было установлено, что столкновения нуклонов с нуклонами и легкими ядрами характеризуются сравнительно высокой сте пенью упругости, т. е. налетающая частица после соударения уно сит значительную долю первичной энергии [41].
Замечательным свойством коэффициента неупругости является постоянство среднего значения Кл в широком диапазоне энергий
Е0. Большинство измерений Кл, проведенных различными метода ми, для соударений нуклонов с нуклонами и легкими ядрами при
энергиях 1010—ІО12 эв |
дают значение, |
лежащее в интервале 0,4ч- |
||
-4-0,5. Обнаруженное ранее |
некоторыми авторами |
уменьшение /Сл |
||
с ростом Ео в области |
10й |
— ІО12 эв |
объясняется |
ненадежностью |
измерения первичной энергии кинематическими методами, приво дящими к систематическому завышению первичной энергии.
Однако индивидуальные значения Кл подвержены значитель ным флуктуациям, которые, по-видимому, отражают важные сто роны механизма взаимодействия элементарных частиц. Например, столкновения с большими коэффициентами неупрутости Кл и вы сокими значениями множественности пх отождествляют иногда с так называемыми центральными, или лобовыми, соударениями, к которым обосновано применение статистических теорий. С другой стороны, взаимодействия с небольшими значениями К.-,, при кото-
М6
рых нуклоны сохраняют значительную долю первичной энергии, связывают с периферическими взаимодействиями, сопровождаю щимися обменом малым числом мезонов.
Распределения величины Кл при энергии £ 0> 2 -1 0 п эв еще мало изучены, что связано с трудностями измерения энергии вто ричных частиц. В установках, содержащих камеры Вильсона, по мещаемые в магнитное поле, максимально измеримый импульс не превышает ~25 Гэв, что не дает возможности измерять импульсы всех частиц. При этом информация об импульсах вторичных час тиц уменьшается с ростом первичной энергии. В установках без магнитного поля делается существенное предположение о посто янстве среднего значения поперечного импульса и независимости ■его от углов вылета вторичных частиц. При этом частицы, выле тающие под самыми малыми углами к направлению первичной, считают сохранившимися. Все это вносит заметные искажения в измеряемые значения Кл- В [60] для 72-х ливней с энергией Е0 = = 150—550 Гэв, в которых удалось измерить импульсы большин ства вторичных частиц, получено распределение Кл-
Величина Кл определялась как
к л = К |
± + к о, |
|
где Кж± — доля энергии, затрачиваемая на |
генерацию вторичных |
|
заряженных частиц; /С_„ — доля |
энергии, |
передаваемая на об |
разование нейтральных пионов. |
определялось независимо от К.± , |
|
Следует отметить, что 7С_0 |
тогда как обычно энергию, затрачиваемую на образование я°-ме-
301-I0B, учитывают фактором 1,5. При этом среднее значение Кл Для столкновения адронов с нуклонами оказалось равным 0,38±0,03 с максимумом при величине 0,3. В этой же работе получена заметная зависимость поперечного импульса от угла вылета вторичных час тиц в области малых углов.
Непосредственно измеряемой при самых высоких энергиях Е0 величиной является парциальный коэффициент неупругости Кт», определяемый как доля энергии, передаваемой фотонам, возни кающим от распада я°-мезонов, генерированных во взаимодействии
Если исходить из изотопической инвариантности
К - = 2 К“о » то полный коэффициент неупругости будет
* л = 3 ^ 0 .
Измерение парциального коэффициента иеупрутости Кж0 мо
жет представлять интерес также с точки зрения исследования воз можности появления новых каналов передачи энергии у-квантам
87