Введение к работе
Целью диссертационной работы является представление результатов экспе-іиментальньїх исследований характеристик инклюзивного образования частиц и іезонансов при адронных распадах Z-6o30Ha, полученных автором в эксперименте )ELPHI на ускорителе LEP в ЦЕРНе [1]-[12], и результатов поиска закономерно-тей в образовании адронов и их сопоставления в процессах е+е~-аннигиляции и адронных реакциях, также полученных автором [13]-[20]. В диссертации также >рагментарно (из-за ограничений на объем) представлены некоторые из резуль-атов, полученных автором в К+р-эксперименте при 32 ГэВ/с на пузырьковой амере "Мирабель" в ИФВЭ [21,22] и в К+/7г+р-эксперименте при 250 ГэВ/с на европейском гибридном спектрометре (ЕГС) в ЦЕРНе [23]-[28].
Актуальность и научная новизна затронутых в диссертации проблем опре-еляются прежде всего получением основанных на большой статистике результатов сследований адронных распадов Z0-6o3OHa в эксперименте DELPHI на ускорителе ЕР в ЦЕРНе [1]-[12].
В работах по исследованию характеристик множественного образования заря-:енных частиц в е+ е~-столкновениях [2]-[7] в отличие от результатов, полученных р±р-реакциях, обнаружено выполнение КНО-скейлинга (скейлинга Кобы - Ниль-гна - Олесена) в широком диапазоне энергий от 14 - 22 до 91 ГэВ. Впервые ля е+е_-реакций получены и проанализированы распределения по множествен-эсти заряженных частиц в ограниченных интервалах быстрот и для событий фиксированным числом струй. Обнаружена структура (плечо) в распределени-к. по множественности в центральных интервалах быстрот, показано, что эта груктура связана с наложением распределений для двухструйных (с относитель-э небольшими множественностями) и многоструйных (с относительно большими ножественностями) событий.
В работе [1] (второй с начала эксперимента DELPHI) по измерению распределяй по коллективным переменным (траст, сферисити и т.д.) сделан первый
важный шаг на пути к дальнейшему использованию этих переменных для точне юстировки фрагментационных моделей и для измерения энергетической зависим* сти константы связи сильных взаимодействий а,.
Исследование угловых ориентации струй в трехструнных адронных событиях [8 в результате которого было получено хорошее согласие экспериментальных распрі делений с предсказаниями квантовой хромо динамики (КХД), позволило исключит теорию со скалярным глюоном.
Применение разработанной автором для экспериментов на камере "Мир. бель" [21,22] и на ЕГС [23]-[28] методики определения сечений образования (вьіходої резонансов и ее развитие для существенно более сложных условий эксперимент DELPHI (с использованием корректных процедур учета несовершенства установ» и остаточных корреляций Бозе - Эйнштейна) позволили измерить полные выходы дифференциальные сечения нескольких мезонных резонансов и Д++(1232)-изобар: при адронных распадах Z0-6o3OHa [9]-[11]. При этом выходы таких векторных w зонов, как р(770), К*±(892), К*(892) и (1020), определены с намного лучше точностью, чем это было сделано в е+е "-экспериментах при меньших энергия: Характеристики образования /э(770)-, /о(980)- и /г(1270)-мезонов [9] были пол] чены впервые среди четырех экспериментов на ускорителе LEP.
До получения результатов по инклюзивному образованию Д++(1232)-изобары [] аналогичные исследования были проведены незадолго до этого только в эксго риментах ARGUS и OPAL. Установление одинаковой формы инклюзивных xt распределений (т.е. дифференциальных сечений (1/сь) d
В диссертации представлены результаты измерения матриц спиновой плоп ности в системе спиральности для /о(770)-, К*(892)- и <^(1020)-мезонов пр адронных распадах Z-6o30Ha [12], полученные на полной статистике, накопленно DELPHI на LEP 1. Вместе с результатом OPAL для самых энергичных ^(1020) мезонов это первое измерение матриц спиновой плотности векторных мезоне в е+е~-столкновениях. В области фрагментации первичных кварков в процесса Z0 —> qq обнаружена заметная выстроенностъ спинов этих векторных мезонов предпочтительной спиральностью А = 0.
Впервые проведено сравнение выстроенностей спинов векторных мезонов, обрї зующихся при адронных распадах Z-6o30Ha и в адронных реакциях К+р -К*(892) + X и 7г+р -> />(770) + X при 250 ГэВ/с, также исследованных авте ром диссертации в эксперименте на ЕГС [28]. Оно показало наличие качественн одинаковой, поперечной, выстроенности спинов К*(892)- и />(770)-мезонов, образ} ющихся в области фрагментации первичных кварков в процессах е+е~-аннигиляци и в области фрагментации валентных кварков налетающих мезонов в адронных pi акциях.
К числу актуальных результатов диссертации следует отнести и установление ескольких достаточно общих закономерностей в образовании адронов в е+е~-ннигиляции и в адронных реакциях.
Экспериментальное обнаружение сравнительно больших сечений образования арионов, а также приблизительного подобия форм инклюзивных распределений .езонов и барионов в реакциях при больших энергиях часто приписывается ис-тедованиям, выполненным в е+е~-экспериментах на ускорителе PEP. В действи-зльности, этот вывод был впервые сделан в К+р-эксперименте на камере "Ми-абель" при сравнении характеристик инклюзивного образования странных Л- и ±(1385)-антибарионов и странных Kg- и К*(892)-мезонов [22]. Близкие по форме нклюзивные спектры этих частиц (несмотря на некоторые их отличия, обусло-тенные ограничениями на фазовый объем и разными вкладами диффракционных роцессов) свидетельствовали о практически одинаковом механизме их образова-ия при фрагментации странного валентного s-кварка налетающего К+-мезона. ообще, вся совокупность данных по инклюзивному образованию адронов, Полуниных в экспериментах на камере "Мирабель" и на ЕГС (см. работы [21]-[28] приведенные там ссылки), показала, что инклюзивные распределения адронов, Зразующихся при фрагментации одного и того же валентного кварка (дикварка), іень близки по форме. Неудивительно, что такие же свойства наблюдаются и при рагментации кварков, образующихся в процессах е+е~ —> qq.
В диссертации показана идентичность зависимостей от энергии в с.ц.и. (\А) эедней множественности заряженных частиц в е+е~- и р^р-реакциях [15]. На перли взгляд, эти зависимости весьма разные. Однако это связано с тем, что в р^р-іаимодействиях заметная доля энергии уходит на так называемые лидирующие гстицы — фрагменты первичных протонов (антипротонов), а не на образование )вых частиц, как это происходит в процессах е+е~-аннигиляции. Соответству-щий учет доли энергии, расходуемой в р^р-взаимодействиях на лидирующие істицьі, привел к установлению универсальности энергетических зависимостей >едней множественности заряженных частиц в е+е~- и р±р-реакциях. Следует гметить, что такая же универсальность была предсказана теоретиками ИФВЭ етровым, Киселевым и Ющенко и для глубоконеупругих лептон-нуклонных про-:ссов.
К интересному результату диссертации относится обнаружение универсальной івисимости от массы выходов частиц в процессах е+е~-аннигиляции [19]. Из іантовой механики следует, что для частицы со спином J число возможных со-'ояний с разными проекциями спина равно 2J + 1. Поэтому можно предположить, :о выходы векторных и псевдоскалярных мезонов (членов декуплета и октета рионов) должны соотноситься как их спиновые факторы 2J + 1, т.е. как 3:1 :2). Между тем несмотря на это, казалось бы, очевидное утверждение, экспери-:нтальная ситуация на протяжении вот уже нескольких десятилетий оставалась ясной. Экспериментальные значения отношения сечений инклюзивного образова-[я векторных и псевдоскалярных мезонов оказывались примерно одинаковыми, тя и высказывались предположения, что это может быть связано с отличием в
их массах [18]. Поэтому в некоторых современных моделях образования частиц, том числе и основанных на КХД, предполагалось, что вероятности образовали ад-пар (q = и, d, s) со спинами 1 и 0 практически не отличаются.
Еще более сильной предполагалась подавленность | -декуплета барионов п сравнению с | -октетом. Так, в наиболее популярной и распространенной модел Jetset подавленность дикварка со спином 1 по отношению к дикварку со спино: О составляет \(qqi/qqo) — О,05. В диссертации экспериментально доказано [19 что, напротив, спиновый фактор 2J -\- 1 хорошо работает при соответствующе; учете отличий в массах частиц. Выходы частиц, принадлежащих мезонным 0~-1~-нонетам и барионным | -октету и | -декуплету, просуммированные по все! проекциям изотопического спина (для формализации записи модифицированного дл странных мезонов и мезонных изосинглетов) и взвешенные с фактором 1/(2 J + Ґ в процессах е+е~-аннигиляции описываются (за исключением пионов) как функци массы (М) одной универсальной зависимостью — простой экспоненциальной функ цией а ехр(—ЬМ2) с не зависящим от энергии */s параметром наклона Ь. Боле того, такая же закономерность была впоследствии обнаружена и в р±р-реакциях и в столкновениях тяжелых ионов.
Одним из результатов диссертации является обнаружение приблизительного по добия энергетических зависимостей средней множественности заряженных частиі ((пек)) и выходов различных частиц ((part)) в процессах е+е~-аннигиляции, т.с приблизительного скейлинга относительных выходов частиц ((part) / (nch)) в диа пазоне энергий PEP-PETRA - LEP 1 [20]. Это позволило сделать оценки выходо: частиц при энергиях LEP 2.
Наконец, актуальной проблемой в физике адронных распадов Z-6o30Ha явля ется и обсуждаемый в диссертации вопрос о применимости гипотезы локальної партон-адронной дуальности (ЛПАД) и степени проявления эффекта когерентно го излучения мягких глюонов в экспериментальных импульсных распределения: частиц [17].
Автор защищает полученные в эксперименте DELPHI при адронных распада:: Z-6o30Ha результаты измерения и исследования:
распределений по множественности заряженных частиц и их моментов;
угловых ориентации струй в трехструйных событиях;
распределений по инклюзивным переменным заряженных частиц и по коллек тивным переменным события в целом;
полных и дифференциальных сечений инклюзивного образования вектор ных я(770)- К*±(892)-, К*(892)- и ^(1020)-мезонов, тензорных /2(1270)-К*^(1430)- и К*(1430) -мезонов, скалярного /О(980)-мезона и Д++(1232)-изобары;
матриц спиновой плотности /э(770)-, К*(892)- и (1020)-мезонов в системі спиральности;
а также результаты сравнительного феноменологического анализа:
энергетических зависимостей средней множественности заряженных частиц в е+е~- и р±р-реакциях;
выходов частиц и резонансов в зависимости от их массы в е+е~-аннигиляции при энергиях LEP и PEP-PETRA.
Практическая ценность диссертационной работы определяется тем, что поученные экспериментальные данные и обнаруженные закономерности позволи-:и глубже понять динамику образования частиц и резонансов в процессах е+е~-ннигиляции и в адронных реакциях, стимулировали дальнейшие исследования в тих направлениях в рассмотренных и в других экспериментах, способствовали азвитию и проверке многих теоретических моделей. Результаты этой работы ис-ользовались при планировании е+е--экспериментов при более высоких' энергиях а ускорителе LEP 2 в ЦЕРНе, а также для юстировки параметров феноменологи-еских моделей, используемых для расчета эффективностей и аксептанса экспери-сентальных установок.
Апробация работы и публикации. Диссертация выполнена в Институте финки высоких энергий. В ее основу положены работы [1]-[28], выполненные при частий автора в 1980 - 1997 гг. и опубликованные в журналах "Ядерная физика", Physics Letters В", "Zeitschrift fur Pkysik С", в виде препринтов ИФВЭ и ЦЕРНа, также в материалах международных конференций [4,6]. Основные результаты тих работ докладывались на международных конференциях по физике высоких нергий, сессиях Отделения ядерной физики АН СССР, научных семинарах ИФВЭ, (ЕРНа, университетов Вупперталя и Турина.
Структура диссертации. Работа изложена на 228 страницах, состоит из вве-ения, пяти глав и заключения, содержит 87 рисунков, 26 таблиц, список цити-уемой литературы, включающий 302 пункта, и список авторов сотрудничества )ELPHI.
