Введение к работе
Актуальность темы. Нейтрино представляется идеальным объектом іля проверки современных представлений о механизмах образования ча-:тиц в струях, о формировании адронов и о внутриядерном каскаде. При »том эксперименты на пузырьковых камерах являются наиболее подхо-іяшими ввиду максимально полной регистрируемой информации о событии. В настоящей диссертации используются данные, полученные на 15 рутовой пузырьковой камере Фермиевской Национальной Ускорительной Лаборатории (ФНАЛ). В сравнении с большими электронными детекторами, в которых используются мишени с массами « 500 тонн, данная гузырьковая камера относительно мала, порядка 10 тонн тяжелой Ne-Нг :меси, из-за чего объем полученных данных был сравнительно небольшим - число событий в камерных экспериментах обычно на один-два порядка леныпе, чем в электронных. Однако, только пузырьковые камеры дают юзможность детального и неискаженного детектирования вторичных ча-:тиц, в том числе коротких треков протонов отдачи, регистрация которых іажна, в частности, для исследования эффектов внутриядерного каскада, камера располагалась в (анти)нейтринном пучке ФНАЛ. До настоящего момента энергия нейтринного пучка ФНАЛ является максимальной до-ггигнутой на ускорителях энергией в нейтринных экспериментах. Около 14% нейтринных и антинейтринных событий, использованных в данной заботе, имели энергию взаимодействия выше 200 ГэВ и около 10% - свы-пе 300 ГэВ - область, недоступная предыдущим нейтринным экспериментам.
Использование ядерных мишеней в высокоэнергичных лептонных пучках открывает возможности для исследования целого ряда физических іадач. Поскольку сечение взаимодействия на ядре больше, чем на оди-ючном нуклоне, с лучшей точностью возможно исследование глубоконе-щругого лептон-нуклонного рассеяния, структурных функций нуклона, іроцессов фрагментации. Кроме того, появляются характерные ядер-зые эффекты, такие как изменение структурных функций нуклонов в вдре, увеличение множественности из-за внутриядерного каскада, прохождение партонов через плотное ядерное вещество. В последнем случае идро является не только мишенью, по и инструментом в исследованпи пространственно-временной картины эволюции партонов, измерении сечения взаимодействия почти "свободных" кварков с нуклонами.
Со времен первого наблюдения струйной картины адронного рождения
на ускорителе SPEAR в е+е~ аннигиляции накоплен обширный экспери ментальный материал по струйному образованию адронов в различны} жестких процессах. Первоначально анализ струйного рождения адроної явился подтверждением правильности кварк-партонной модели(КПМ) концепции о независимости структурных и фрагментационных функций сохранения адронной струей квантовых чисел кварка. Поскольку прі более высоких энергиях возрастает роль процессов высших порядков і Квантовой Хромодинамике (КХД), процесс адронизации меняется с ро стом энергии. При изучении структуры поперечных импульсов адроної в высокоэнергичных струях были обнаружены такие явления, как излу чение мягких и жестких глюонов, глюон-бозонное слияние.
Преимущества лептонных пучков в исследовании процессов струйного рождения адронов. очевидны: в таких столкновениях образуется толькс одна струна, направление которой легко восстанавливается. Это позво ляет изучать корреляции между рожденными частицами в более чисты? условиях. В случае нейтринного пучка, кроме того, возможно определит! и тип струи, поскольку известен аромат кварка, с которым произошлс столкновение.
Взаимодействие адрона непосредственно после его образования при разрыве цветной струны отличается от обычных адронных взаимодействий, поскольку образовавшийся адрон первоначально состоит из ва лентных кварков и еще не обладает полной системой морских кварк-антикварковых пар и глюонов и, следовательно, имеет меньшую вероятность взаимодействия. Он обретает полноценные адронные свойства только по прошествии некоторого характерного времени, называемогс временем формирования. Описанию процесса эволюции адронов за последние десятилетия был посвящен ряд исследований. Нейтринные взаимодействия представляются наиболее подходящими для такого рода анализа, однако до настоящего момента опубликовано сравнительно небольшое число экспериментальных работ.
Исследование процессов формирования адронов возможно путем сравнения множественного рождения частиц на ядерной и нуклонной мишенях При взаимодействии с ядром быстрые вторичные частицы из-за лорен-цовских трансформаций времени формируются за пределами ядра и не вызывают внутриядерного каскада. Обычно для такого анализа сопоставляются данные различных экспериментов с использованием ядерной и нуклонной мишеней, что представляет собой неоднозначный процесс ввиду различий в эксперементальных условиях. Поэтому представляет осо
і интерес метод, позволяющий извлечь искомые результаты из данных юго эксперимента. В данной работе проведено разделение нейтрино-нных взаимодействий на события с внутриядерным каскадом и без не-рассмотрены различные параметры разделения и их эффективность, оставлены два класса событий.
^ель диссертационной работы - эспериментальное исследование іактеристпк нейтринных и антинейтринных взаимодействий: множе-енностн, корреляций частиц, поперечных импульсов; изучение процес-
адронизации кварков во взаимодействиях с ядрами неона, выделение эектов внутриядерного каскада, теоретическое моделирование процес-
формирования адронов, сравнение результатов эксперимента и моде-ювания.
Іаучная новизна и практическая ценность.
Іредставленньш в работе анализ основан на экспериментальных дан-с, полученных в одной из крупнейших пузырьковых камер в ранее не ледованном диапазоне энергий нейтрино (от 300 до 600 ГэВ). Разра-ан эффективный метод разделения па каскадные и бескаскадные со-гия, используя данные одного эксперимента, результаты сопоставле-с кластерной моделью формирования адронов и дана оденка времени «мирования в рамках этой модели. Путем сопоставления двух типов ытий выделена роль внутриядерного каскада. Исследован струйный актер события, изучены различные источники поперечных импуль-, их вклад и механизм компенсации. Определен заряд лидирующего рка. Исследования такого рода в целом играют решающую роль для имания процесса перехода от кварковых струн к адронам. Результа-
полученные в данной работе, могут быть использованы для развития ;елей лептон-нуклонных взаимодействий при высоких энергиях, моде-
формирования адронов, кварк-глюонной плазмы, для которых время імирования адронов является важным параметром, а также для планований новых экспериментов.
1а защиту выносятся:
Метод выделения из столкновений нейтрино с ядрами неона взаимодействий с периферическими нуклонами, в которых не было последующего внутриядерного каскада, разделение бескаскадных событий на взаимодействия на протоне и нейтроне.
Результаты исследования эффектов внутриядерного каскада: оценка доли каскадных событий, которая, даже для сравнительно легкого ядра, каким является ядро неона, весьма существенна (и 60 %), вклад внутриядерного каскада в область фрагментации кварка и мишени: отсутствие эффектов каскада в передней полусфере начиная с W2 > 50 ГэВ2 и избыток множественности в 2.34 ± 0.06 единицы в задней полусфере. Проверка правильности предсказаний кластерной модели и оптимизация параметров модели, описывающих внутриядерный каскад.
Результаты исследования нейтрино-нуклонных взаимодействий в новом диапазоне энергий: множественности заряженных частиц, дисперсии и корреляции распределений по множественности, анализ формы события и изменение формы с ростом инвариантной массы адронной системы, измерение заряда кварковой струи и поперечного импульса заряженных адронов в струе, выделение КХД эффектов высших порядков.
Апробация работы. Полученные результаты неоднократно докладывались на Международных конференциях и на рабочих совещаниях сотрудничества Е632 в Москве и ФНАЛе, на Международных Семинарах по физике высоких энергий и квантовой теории поля НИИЯФ МГУ (Звенигород, 1995г., Гатчина, 1996г.) на Ломоносовских чтениях в 1995-1997 г.г. в МГУ, Семинаре но экспериментам на фиксированных мишенях (ФНАЛ, 1997).
Публикации. Диссертация написана на основе четырех работ автора, указанных в конце автореферата.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 6 глав основного текста, заключения и двух приложений, содержит 40 рисунков, 16 таблиц и список цитируемой литературы, включающий 101 наименование.
