Введение к работе
Актуальность темы диссертации
Исследование электромагнитных процессов образования адронов традиционно является одной из важнейших задач физики элементарных частиц. Хорошо известно, что приближенные методы расчета, основанные на использовании теории возмущений, в квантовой хромодинамике (КХД) применимы лишь в области больших энергий, определяемой условием асимптотической свободы кварков. Однако, количественно описать в рамках той же теории мягкие адронные процессы с передачей импульса до 1 ГэВ/с пока не удается. Отсутстствие необходимых методов в данной области энергий явилось основной мотивировкой построения эффективных моделей, использующих в своем аппарате элементы КХД. Лежащие в их основе представления об адронах как о связанных системах конститыоэнтных кварков, оказались очень эффективными при описании свойств возбужденныхг состояний нуклонов - барионных резонансов. При решении вопроса о том, насколько хорошо в рамках той или иной модели могут быть описаны особенности барионной спектроскопии в области низких энергий, на первый план выдвигается проверка предсказания парциальных ширин резонансных распадов. Особая роль, которая отводится для этой цели распадным характеристикам, связана с тем, что именно амплитуды мезонных и радиационных распадов резонансов наиболее полно отражают свойства действующих внутри адронов кварк-глюонных сил. На этом этапе важное значение приобретают теоретические и экспериментальные исследования фото-мезонных процессов, сочетающих в себе черты как электромагнитных, так и чисто адронных явлений. Кроме этого, использование фотонов в качестве зондирующих частиц позволяет привлечь в теорию хорошо разработанный аппарат квантовой электродинамики.
В качестве связующего звена при переходе от кварк-глюонного уровня, на котором строится квантовая хромодинамика, к реально наблюдаемым свойствам адронов выступают сегодня различного рода феноменологические модели, базирующиеся на общих положениях теории S-матрицы и содержащие в качестве параметров значения амплитуд барионных распадов. Так, например, анализ экспериментальных данных по фоторождению -к-
мезонов в рамках различных моделей процесса fN ~* яМ позволил получить детальные сведения о свойствах резонанса А (1232). Однако, использование пионов с целью изучения возбужденных состояний нуклона с массами более 1500 Мзв наталкивается на ряд существенных трудностей. С одной стороны, имеются определенные сложности экспериментального выделения отдельных ітіУ-резонансов вследствие их сильного взаимного перекрывания. С другой стороны, возникающее в данной области энергий большое количество каналов резонансных распадов приводит к существенному усложнению теоретических методов, явно включающих условие унитарности S-матрицы (метод дисперсионных соотношений, К-матричный метод и др). В этом плане наиболее перспективными выглядят процессы фоторождения ty-мезонов, составляющие предмет настоящего исследования. Их привлекательность обусловлена доминирующей ролью резонанса 5ц(1535) в амплитуде jN — rtN. В связи с этим регистрация образующихся rj-мезонов позволяет выделять возбуждение резонанса 5а(1535) практически при полном отсутствии конкурирующих механизмов и, тем самым, получать надежную информацию о его свойствах. Эта особенность фоторождения низкоэнергетических »?-мезонов находит естественное применение в решении задачи о наиболее точном определении основных динамических параметров резонанса 5ц (1535) - массы, парциальных ширин распада, а также изотопической структуры перехода jN -* 5ц
Дальнейшие перспективы мезонной физики промежуточных энергий во многом связаны с изучением процессов образования г)-иезоноъ на связанных нуклонах. Исследования реакций (7, Т?) на ядрах, получившие бурное развитие в последние несколько лет, позволяют изучать динамику барион-ных резонансов - их образование, распространение и распад - в ядерной среде, а также исследовать особенности ядерных переходов А —* А* в области больших переданных импульсов. Помимо этого, образование ^-мезонов в ядрах является пока единственным методом изучения ^-ядерного взаимодействия, поскольку его непосредственное наблюдение в процессах рассеяния оказывается недоступным из-за малости времени жизни ij-мезона. Особенно большое внимание сегодня привлекает к себе идея существования связанных >7-*дариых систем - гипотетических ядерных состояний с энергией возбуждения около 500 МэВ. Надежды на их экспериментальное обнаружение также связывают с исследованием реакций (7>»?)> Повысившийся в настоящее время интерес к электромагнитным процессам образования 77-мезонов обусловлен резко возросшим за последние три года объемом экспериментальной информации в результате проведения новых измерений на сильноточных ускорителях с использованием непрерывных фотонных
пучков высокого качества. Прогресс в экспериментальных исследованиях открывает сегодня новые возможности теоретического изучения свойств нестранных барионов в процессах фоторождения ^-мезонов.
Цель работы
Целью диссертационной работы является решение следующих задач:
проведение мультипольного анализа фоторождения n-мезонов на нуклонах в области энергий 7-квангов от порога до E7=SQ0 МэВ. Выявление дополнительных к возбуждению резонанса Sn(1535) механизмов процесса yN —* r/iV и вычисление их вклада в наблюдаемые величины;
теоретическое исследование фоторождения tj-мєзонов в реакции yd —> щр с целью количественного определения вклада изоскалярных и изовек-торных переходов в амплитуду фотовозбуждения резонанса 5ц(1535);
исследование когерентных реакций (7, ij) на ядрах, насыщенных по спину и изоспину, изучение их основных особенностей - зависимости сечения от массового числа, доминирующего механизма образования мезонов и
др-;
- исследование взаимодействия в конечном состоянии в упругих и ква
зиупругих реакциях фоторождення 77-мезонов на легких ядрах.
Научная новизна в практическая ценность работы
В диссертации выполнен анализ фоторождения 7-мезоядВ'Ба нуклонах в области энергий фотонов от лорога до i?7 = 800 МэВ. На его основе из сравнения с результатами прецизионных измерений сечения фоторождения V-мезонов на протонах впервые определено значение парциальной ширины распада резонанса 1>із(1520) в канал rjN.
Впервые проведено теоретическое исследование реакции yd — nnp с учетом взаимодействия частиц в конечном состоянии. Показано, что процессы перерассеяния играют важную роль в понимании динамики неупругого фоторождения ^-мезонов на дейтроне. Впервые на количественном уровне объяснены результаты последних измерений сечения реакции yd — г)тір в области энергий фотонов от порога до Еу = 720 МэВ. На этой основе определен вклад изоскалярных и изовекторных переходов в амплитуду фотовозбуждения резонанса їі(1535). В работе впервые исследована роль двухступенчатого механизма образования 77-мезонов 7^ — *N -* r\N в процессе yd — щр.
Впервые на основе микроскопического описания нерезонансной компоненты элементарной амплитуды проведено исследование когерентного фоторождения т/-мезонов в реакциях А(ч,г})А. Установлен основной механизм образования ^-мезонов на ядрах, насыщенных по спину и изосгашу - обмен w-мезоном в і-канале. Указана возможность определения из экспериментальных данных для рассмотренных реакций важного параметра адроннои физики - константы взаимодействия ш-мезона с нуклонами.
В модели оптического потенциала осуществлен ларциально-волновой анализ рассеяния »/-мезонов на ядрах. Показана сильная неупругость 77-ядерного взаимодействия в области энергий, соответствующих возбуждению резонанса 511(1535). Проанализированы основные приближения, традиционно используемые для учета взаимодействия в конечном состоянии в фотомезонных процессах. Показаны основные особенности проявления взаимодействия в конечном состоянии в упругом и квазиупругом фотообразовании т?-мезонов на ядрах.
Публикации
Материалы диссертации изложены в 5 работах, опубликованных в центральных российских и общеевропейских физических журналах.
Структура и объем работы
