Содержание к диссертации
Введение
1 Методика обработки экспериментального материала в 7г~р- взаимодействиях при 16 ГэВ/с 13
1.1 Отбор событий, измерения 13
1.2 Геометрическая реконструкция событий 16
1.3 Идентификация нейтральных странных частиц 21
1.4 Идентификация каналов реакций 25
1.5 Основные результаты 34
2 Исследование реакций с образованием странных частиц в 7г~р-взаимодействиях при 16 ГэВ/с 35
2.1 Вычисление поправок для оценки параметров процессов с образованием А'^, Л, Л -частиц 35
2.2 Оценка сечений каналов реакций с образованием нейтральных странных частиц 38
2.3 Способы построения фоновых распределений для выделения резонансных состояний 42
2.4 Оценка параметров известных резонансов 48
2.5 Экспериментальные данные по образованию Е-гиперонов в 7г~]9-взаимодействиях, поиск событий с Е-, Е в 7г~р-взаимодействиях прп 16 ГэВ/с 51
2.6 Оценка сечений образования Е~, Е -частиц 55
2.7 Импульсные и угловые характеристики Е-, Е -частиц . 60
2.8 Каналы реакций с образованием Е~, Е ; спектр эффективных масс Е Л'+ 64
2.9 Наблюдение и анализ события с образованием и распадом Е-гиперона 67
2.10 Основные результаты 73
3 Обнаружение и исследование барионного резонансного состояния N(3520) 74
3.1 Обзор возможных экзотических барионных резонансных состояний со странными кварками 74
3.2 Поиск барионных резонансов со странными кварками в п~р-взаимодействиях при 16 ГэВ/с, обнаружение узкой структуры iV(3520) 93
3.3 Анализ спектра эффективных масс КдК+ртт~тг~ и структуры iV(3520) 99
3.4 Анализ кинематики образования и распада iV(3520), оценка параметров состояния 103
3.5 Развитие нового подхода к поиску резонансных состояний 108
3.6 Поиск особенностей образования и распада барионного состояния iV(3520), способы их выявления 110
3.7 Выделение процессов с образованием iV(3520), проверка возможных кинематических отражений 119
4 Обнаружение и исследование мезонного резонансного состояния К(1630) 128
4.1 Обзор странных мезонных резонансных состояний 128
4.2 Поиск мезонных резонансов со странными кварками в тх р-взаимодействиях при 16 ГэВ/с, обнаружение узкой структуры К (1630) 139
4.3 Анализ спектра эффективных масс А^7Г+7Г~ и структуры А(1630), оценка параметров возможного резонанса 144
4.4 Поиск особенностей процессов с образованием /і (1630) 148
4.5 Поиск особенностей распада /v(1630) 157
4.6 Статистическая значимость проявления особенностей образования и распада состояния А'(1630) 159
4.7 Выделение процессов с образованием состояния А(1630) 160
4.8 Кластеризация продуктов распада состояния А"(1630) 168
4.9 Оценка спина состояния /С(1630) 172
4.10 Анализ спектров эффективных масс А"7Г7г-систем, полученных в других экспериментах; проявление узкой структуры в области массы А"(1630) 175
5 Сходство особенностей N(3520) и К(1630), возможность экзотической природы этих состояний 182
5.1 Возможная интерпретация состояния iV(3520) 182
5.2 Возможная интерпретация состояния AT(1630) 186
5.3 Сходство особенностей iV(3520) и А"(1630) с особенностями предполагаемого экзотического состояния (3170) 191
5.4 Возможное направление исследований экзотических адрон-ных состояний 193
Заключение 198
Литература 202
- Идентификация нейтральных странных частиц
- Способы построения фоновых распределений для выделения резонансных состояний
- Поиск особенностей образования и распада барионного состояния iV(3520), способы их выявления
- Анализ спектра эффективных масс А^7Г+7Г~ и структуры А(1630), оценка параметров возможного резонанса
Введение к работе
В диссертации исследуется образование странных частиц и резонансов в 7Г~р-взаимодействиях при 16 ГэВ/с. Показано обнаружение и исследование неизвестных ранее аномально узких резонансов 7V(3520) —> КК+ріг~7Г~ и /v(1630) -* Л^7г+7Г_ с похожими особенностями образования и распада. Обсуждается сходство особенностей этих состояний с особенностями узкого барионного резонансного состояния Е(3170), обнаруженного ранее в экспериментах CERN и ANL (USA). Сделано предположение о существовании группы возможных экзотических адронных состояний с похожими особенностями.
Вопросы, связанные с возможным существованием узких экзотических адронных резонансных состояний, например, аномально узких барионных iV-резонансов, обсуждаются уже более трех десятилетий.
В настоящее время экспериментально надежно установлено существование ряда широких барионных iV-резонансов с изотопическим спином / = 1/2 и нулевой странностью. Наиболее тяжелый iV(2600) имеет ширину ~ 650 МэВ/с2. Известно несколько нестранных широких барионных резонансов, среди каналов распада которых есть каналы распада на странные частицы, зарегистрированные в основном при прецизионных исследованиях реакций nN —> АК, nN -» ЕЛ' [1].
В теоретических работах, кроме широких трехкварковых iV-резонан-сов, предсказывалась возможность существования узких пятикварковых резонансных барионных состояний со скрытой странностью. Обсужда- лась и возможность существования узких четырехкварковых мезонных резонансов (см. обзоры [2-5], в которых указана соответствующая библиография). Теоретические предсказания инициировали экспериментальный поиск процессов с образованием экзотических адронных резонансных состояний.
В нуклон-ядерных взаимодействиях [6-9] изучались дифракционные процессы с возможным образованием экзотических барионных iV-резонан- сов со скрытой странностью в предположении померонного обмена [10- 13]. Были получены указания на существование относительно узких (с шириной - десятки МэВ/с2) возможных барионных резонансов Л^(1960) -» Е(1385)-Л'+ (установка БИС в ОИЯИ [6, 7]), А(2050) -> Е(1385)Л'+, Л'(2000) -> S/v+ (установка СФИНКС в ИФВЭ [8, 9]). Выяснение при роды этих структур, наблюдаемых в разных экспериментах, требует до- полннтельных исследований. '
В эксперименте WA62 (CERN) [14] на гиперонном пучке с импульсом 135 ГэВ/с в инклюзивной реакции Е~ -f- Be —> Л'(ЗЮО) + А", затем в эксперименте EXCHARM (ОИЯИ) [15] на нейтронном пучке,с импульсом 40 ГэВ/с в инклюзивной реакции n + iV ч Л'(ЗЮО) +"X (где N -ядра С, А1, Си) были получены указания на существование узкого странного барионпя А'(ЗЮО), распадающегося на системы частиц Ар -+- т - п± и \р + т ^ (где т > 1). На базе того же экспериментального материала EXCHARM (ОИЯИ) во взаимодействиях нейтронов с ядрами было получено указание на существование узкого бариония А(3250) со скрытой странностью [16]. Для выяснения механизма процессов с возможным образованием узких экзотических бариониев, их выделения и дальнейшего исследования свойств Л'(ЗЮО), А(3250) требуется изучение реакций, близких к эксклюзивным.
Во многих физических центрах (см., например, [5, 17]) обсуждается или уже выполняется широкая программа исследований возможных про- цессов с образованием экзотических адронов, в том числе - процессов фоторождения и электророжденпя в экспериментах на ускорителе CEBAF и на других сильноточных электронных ускорителях.
Одним из перспективных направлении поиска экзотических адронных состоянии может оказаться исследование малоизученных адронных взаимодействий с большими четырёхмерными переданными импульсами при относительно невысоких энергиях первичных взаимодействующих частиц (в таких процессах обнаружены узкие структуры iV(3520), А'(1630), D(3170)). Образование узких многокварковых и гибридных состояний в подобных процессах (t > Мр), обусловленных барионным обменом, предсказывалось в ряде теоретических работ (например, [18-20]). Это связывают с более эффективным возбуждением внутренних цветовых степеней свободы в указанных процессах, при котором могут формироваться экзотические кварковые или кварк-глюонные системы.
Экспериментальное решение вопроса о существовании экзотических адронов, в частности, узких резонансных состояний со скрытой и открытой странностью, выяснение их внутренней структуры, характера процессов с их образованием имеет принципиальное значение для основных представлений о природе адронной материи.
Другим интересным и недостаточно изученным вопросом в физике частиц и резонансов представляется вопрос, связанный с экспериментальным наблюдением относительно редких в адронных взаимодействиях реакций с большим обогащением вторичных частиц странными кварками, например, реакций с образованием Е-гиперонов в пион-нуклонных взаимодействиях.
Большинство сведений об образовании и свойствах квазистабильных барнонов с двойной отрицательной странностью - Е-гиперонов с / = 1/2 и временем жизни ~ Ю-10, входящих согласно 5С/(3)-спммстріш в барп-оннын октет с Jp = 1/2+, было получено в Л'~р-взаимодсйствііях п на гиперонных пучках. В этих же процессах было установлено существование ряда барнонных резонансных состояний с двойной странностью, распадающихся по каналам Ел-, ЕЛ*, Л7Г,... [1].
Мировая статистика экспериментальных данных для редких в пион-нуклонных взаимодействиях процессов с образованием Е-гиперонов в данное время сильно ограничена. Поэтому механизм таких реакций, как жр —> ЕКК + т 7г (т > 0), с большим обогащением вторичных частиц странными кварками в 7г^-взанмодействиях экспериментально недостаточно изучен. Не выяснено, как образуются в этих реакциях Е-гипероны, - прямым образованием, или существенная часть наблюдаемых в 7ф-взаимодействпях барионов с двойной странностью является продуктами распада резонансов (например, (2030) —> ЕК [1] или более массивных барионных резонансных состояний в системах ЕКК 4- т 7Г (т > 0) с суммарной странностью нуль). В качестве аналога можно привести наблюдение в 7г~р-взапмодействиях при 22 ГэВ реакций с образованием четырёх странных мезонов, являющихся продуктами распада резонансного состояния /г(2300) —» фф —» К+К~К+К~ [1].
Ограниченность экспериментальных данных в 7г~р-взаимодействиях по образованию барионных состояний с двойной странностью, предполагаемая возможность поиска экзотических резонансных состояний со скрытой и открытой странностью, исследования их характеристик, сравнения с характеристиками известных резонансных состояний инициировали наши работы в 7Г_р-взаимодействиях при 16 ГэВ/с.
Качество результатов этих работ во многом зависело от надёжности идентификации вторичных частиц - продуктов распада квазистабильных и резонансных состояний, от развития нового подхода к поиску резонансных состояний, позволяющего на ограниченной статистике отличать физический эффект от статистической флуктуации в спектре эффективных масс. Развитие новых методов анализа для выяснения природы пиков в спектрах эффективных масс исследуемых систем частиц актуально для многих экспериментальных работ.
Цель работы заключалась в исследовании образования странных частиц и резонансов со странными кварками в 7г~"р-взаимодействиях при 16 ГэВ/с, в поиске и исследовании возможных экзотических резонансных состояний и процессов с их образованием, в развитии нового подхода к поиску резонансных состояний, позволяющего на ограниченной статистике отличать физический эффект от статистической флуктуации в спектре эффективных масс.
В первой главе показаны основные этапы методики обработки экспериментальных данных со стереофотоснимков, полученных при экспозиции двухметровой водородной пузырьковой камеры CERN в пучке 7г--мезонов с импульсом 16 ГэВ/с [21-31]. Приведено описание критериев отбора событий со странными частицами, измерений и геометрической реконструкции отобранных событий. Описана настройка системы программ (разработанных в ОИЯИ) для обработки фильмовой информации, обеспечивающая соответствие результатов измерений конструктивным особенностям камеры и условиям эксперимента. Показана методика и результаты идентификации нейтральных странных частиц и каналов реакций в сравнении с результатами других экспериментальных работ.
Во второй главе показано определение характеристик процессов с образованием нейтральных странных частиц в 7г~р-взаимодействиях при 16 ГэВ/с [32-38]. Проведено сравнение значений сечений каналов реакций со значениями, полученными в других экспериментах при близких энергиях первичных 7г_-мезонов. Рассмотрены способы построения фоновых распределений в спектрах эффективных масс для выделения резонансных состояний частиц и оценки их параметров [39, 40].
Представлены результаты поиска и исследования процессов с образованием ZE-гиперонов в 7г~р-взаимодействиях при 16 ГэВ/с [41, 42]. По- казаны инклюзивные и эксклюзивные характеристики этих процессов. Сделано сравнение полученных значений полного сечения и параметра угловой асимметрии для Е~-гппсронов с данными других экспериментов, выполненных в 7г-р-взапмодействиях при различных энергиях. Рассмотрены спектры эффективных масс систем Е~7г+, Е~Л'+.
В третьей главе приведен обзор возможных экзотических барион-ных резонансов со странными кварками; рассмотрены теоретические и экспериментальные згказания на возможное образование экзотических ба-рионных состояний в различных процессах.
Представлены результаты поиска барионных резонансных состояний со странными кварками в 7г~р-взаимодействпях при 16 ГэВ/с [43-49]. Показано обнарз'женпе неизвестного ранее узкого барионного состояния JV(3520) —> КК+рп~7т~, проведено его исследование.
Сделано обоснование нового подхода к поиску резонансных состояний, позволяющего в ряде случаев отличать физический эффект от статистической флуктуации в спектре эффективных масс. В соответствии с этим подходом найдены особенности образования и распада состояния iV(3520), обнаружена кластеризация продуктов его распада. Выделены процессы с образованием состояния iV(3520), сделана оценка его параметров.
В четвертой главе приведен обзор известных странных мезонных резонансов; рассмотрены полученные ранее экспериментальные указания на возможное с}чцествованпе экзотических мезонных резонансов со странными кварками.
Представлены результаты поиска мезонных резонансных состояний со странными кварками в 7г~р-взапмодействпях при 16 ГэВ/с [50-57]. Показано обнаружение неизвестного ранее узкого мезонного состояния A'(1G30) —> Ктт+її~, проведено его исследование, сделана оценка его параметров.
Продолжено развитие нового подхода к поиску резонансных состояний, позволяющего отличать физический эффект от статистической флуктуации в спектре эффективных масс. В соответствии с этим подходом найдены особенности образования и распада состояния /v (1630). Выделены процессы с образованием состояния /v(1630), сделана оценка его спина, обнаружена кластеризация продуктов его распада.
Проведен компилятивный анализ спектров эффективных масс Кпп-систем, полученных в других экспериментах; показано проявление узкой структуры в области массы Л'(1630).
В пятой главе обсуждается возможная интерпретация обнаруженных резонансных состояний iV(3520), К (1630) и процессов с их образованием [58, 59]. Показано сходство наблюдаемых особенностей этих состояний с особенностями узкого резонансного барионного состояния (3170), обнаруженного ранее в экспериментах CERN и ANL (USA). Сделано предположение о существовании группы возможных экзотических адронных состояний с похожими особенностями. Обсуждается возможное направление исследований экзотических адронных состояний в других экспериментах.
В заключении сформулированы основные результаты диссертации.
Результаты исследований, составивших диссертацию, докладывались на научных семинарах ЛВЭ, ЛТФ, ЛИТ ОИЯИ, ИТЭФ, Института Атомной Физики в Бухаресте (1973-2003), на сессии Отделения ядерной физики АН СССР (1988), на конференции по адронной спектроскопии (College Park, USA, 1991), на международном семинаре по проблемам физики высоких энергий (Дубна, 2000).
По материалам диссертации опубликовано 39 работ в виде статей в реферируемых журналах "Ядерная Физика", "Revue Roumaine de Physique", "Zeitschrift fur Physik", "Nuclear Physics ", "Physics Letters", в виде сообщений ОИЯИ и Института Атомной Физики в Бухаресте, а также в виде депонированных публикаций ОИЯИ с изложением методических результатов [21-59].
Полученные результаты по образованию странных частиц в 7г~р-взаимодействиях при 16 ГэВ/с вошли в сборник "COMPILATION OF CROSS- SECTIONS І: тг+ AND тг" INDUCED REACTIONS" (издание CERN) [60]. Ссылки на результаты поиска мезонных и барионных резонансных состояний со странными кварками приведены в оригинальных работах и обзорах [3-4], в сборниках "A GUIDE ТО EXPERIMENTAL PARTICLE PHYSICS LITERATURE" (издания Berkeley National Laboratory) [61].
Циклу работ [45-59], связанных с обнаружением и исследованием состояний iV(3520) и /v(1630), присуждена вторая премия на конкурсе научно-методических работ ОИЯИ за 2001 год.
Данные по обнаружению барионного состояния N(3520) отмечены в "REVIEW OF PARTICLE PHYSICS, 1996" [62].
Обнаруженное мезонное состояние /іГ(ІбЗО) включено Particle Data Group в таблицу странных мезонов "REVIEW OF PARTICLE PHYSICS, 2000, 2002" [1].
Идентификация нейтральных странных частиц
Параметры частиц восстанавливались в пространстве камеры по программе геометрической реконструкции событий "1-6" [66]. Оптические оси стереофотокамер предполагались параллельными между собой и перпендикулярными поверхностям раздела оптических сред. В программе учитывалась неоднородность магнитного поля, ионизационные потери, меняющиеся в зависимости от массы частицы, многократное кулоновское рассеяние. Для электронов учитывались также средние радиационные потерн на измеренной части трека без большого сброса энергии. Основными этапами работы этой программы являлись: 1) Переход от системы координат измерительного прибора в оптическую систему координат и компенсация деформации плёнки. 2) Восстановление пространственных координат точек трека по двум оптимальным стереопроекцпям. 3) Вычисление магнитного поля в точках трека (исходные значения магнитного поля задавались в узлах прямоугольной решётки). , 4) Методом наименьших квадратов определялись оптимальные оценки р, tga, /3 - параметров частиц с учётом измерительных ошибок, неоднородности магнитного поля, многократного кулоновского рассеяния, ионизационных и радиационных потерь. Здесь р - импульс частицы в точке взаимодействия, а - угол погружения, (5 - азимутальный угол между проекцией вектора р на горизонтальную плоскость (XY) и осью X, направленной вдоль камеры по ходу пучка первичных 7г -мезонов. Настройка программы геометрической реконструкции осуществлялась константами, определяемыми конструктивными особенностями камеры и условиями эксперимента. Практически все константы, рассчитанные в CERN для каждой экспозиции, были взяты из блоков TIT LET и TITLEG программ THRESH и GRIND [67]. На нижней поверхности верхнего стекла камеры, на границе с жидким водородом нанесены реперные кресты (рис. 1), которые через стекло проецируются на плоскость плёнки. В блоке TITLET даны координаты проекций реперных крестов на плоскость М [G8], расположенную на расстоянии Н от объектива (на границе верхнего стекла и водорода). Точка пересечения оптической оси с плоскостью М была принята за начало системы координат для каждого объектива. Из блока TITLET были взяты координаты проекций реперных крестов на плоскость М, величины Н для каждого из объективов, коэффициенты преломления и толщины оптических сред. Эти константы обеспечивают переход от системы координат измерительного полуавтомата к системе координат, связанной с оптическими осями стереофотоаппарата [22, 23]. Опыт работы с программой THRESH [67] показал, что оптика камеры не сводится к толстой линзе с системой сред. Поэтому в программу THRESH введена специальная коррекция описания оптической системы. Координаты Xі, У всех измеренных точек, приведенные к плоскости Л/, преобразуются следующим образом: Преобразование (1.2.1) и коэффициенты Pi - / (подобранные в CERN экспериментально) былп взяты из раздела CORREC блока TITLET и введены в программу геометрической реконструкции. В программу геометрической реконструкции были введены также ис ходные значения магнитного поля в узлах прямоугольной решетки. Осно вная составляющая магнитного поля направлена вдоль оси Z. В таблице FIELD блока TITLEG принято, что Нх = Ну = 0. , В качестве реперов рассматривались различные комбинации реперных крестов. Наиболее удачной оказалась комбинация из пяти реперных крестов на нижней поверхности верхнего стекла камеры (рис. 1), для которой усреднённая среднеквадратичная ошибка измерения реперных крестов на плёнке была оценена равной 7,2 ± 0,2 мкм. Вся дальнейшая обработка снимков проводилась с этим набором реперных крестов. В качестве проверки реконструкции точек были измерены и обработаны по программе геометрической реконструкции реперные кресты. Средние Z-координаты реперных крестов на нижней поверхности верх-него стекла и на верхней поверхности нижнего стекла камеры оказались равными:
Это соответствует данным конструкции камеры. Проверка показала, что при наличии блока CORREC пучковые треки не имеют систематической кривизны в плоскости XZ. Усреднённая среднеквадратичная ошибка измерения треков на плёнке (определённая для 300 пучковых частиц) была оценена равной 9,0 ± 0,2 мкм. Эта величина была введена в программу геометрической реконструкции. Контроль измерений осуществлялся в программе аппроксимацией измеренных точек треков методом наименьших квадратов с вычислением функционалов xly и W?- Функционал хІу приближённо можно рассматривать как сумму квадратов отклонений реконструированных в пространстве камеры измеренных точек от аппроксимирующей кривой на плоскости XY, отнесённую к вычисленной дисперсии и (п-3), где п - число точек, 3 - количество определяемых параметров. Функционал W; приближённо можно рассматривать как сумму квадратов отклонений измеренных точек от аппроксимирующей кривой на поверхности, образованной проекцией трека на плоскость XY и осью Z, отнесённую к вычисленной дисперсии и (п-2).
Способы построения фоновых распределений для выделения резонансных состояний
В нашей работе резонансные состояния частиц изучались в четырёхлу-чевых событиях с зарегистрированными Л, К -частицами. В к р-взаимодействиях при 16 ГэВ/с процессы с этой множественностью вторичных заряженных частиц характеризуются наибольшими топологическими сечениями, отличаются от двухлучевых событий более высокими четырёхмерными переданными импульсами, от 6, 8, 10 -лучевых событий - меньшим комбинаторным фоном [97, 35-38]. В других экспериментах резонансные состояния в основном изучались в процессах с малыми переданными импульсами.
Поиск резонансов проводился в событиях с однозначно идентифици-рованными Т/0-частнцами. На экспериментальном материале 125000 стереофотографий среди четырёхлучевых событий с однозначно идентифицированными распадами нейтральных странных частиц было найдено 9GG событий с Л и 137 событий с Л, К, 1G84 событий с К и 120 событий с A J, A J.
Кроме того, было найдено 82 события с неразделёнными К/Л-частицами, 80% таких \г0-частиц были отнесены к Л-гиперонам (см. раздел 1.3). Это учитывалось при оценке сечений образования резонансов.
На примере известных резонансов, образующихся в изучаемых процессах, требовалось выбрать удовлетворительный способ построения фоновых кривых для выделения резонансных состояний частиц. Был проведен анализ спектров эффективных масс различных двухчастичных комбинаций Л, Л"+, 7Г+, 7г - частиц в предположении реакций двух основных типов со следующими конечными состояниями частиц: где Л - m 7г (m = 0,1,...,8). Для уменьшения фона в экспериментальных распределениях учитывалась ионизация на треках вторичных заряженных частиц. В спектрах эффективных масс Ап+, Атт , К+п -систем было зарегистрировано образование известных резонансов Е(1385)+, Е(1385) , Л (892) в изучаемых реакциях (рис. 9). На примере этих резонансов были рассмотрены три способа построения фоновых кривых для выделения резонансных состояний и оценки их сечений [39, 40]. [98, 99]), фоновыми распределениями считались распределения эффективных масс Лтг+, Ля--, Л +7г -частиц, полученные методом перемешивания непосредственно из эксперимента. В этом случае параметры Л( Л +) брались из одних событий, параметры 7Г±(7Г—) - из других. Найденные таким способом распределения нормировались на количество событий в экспериментальных спектрах эффективных масс, исключая резонансную область (рис. 9). В этом методе построения фоновых распределений нет корреляций между частицами из одного события, но есть существенный недостаток - не выполняются законы сохранения энергии п импульса- Из распределений на рис. 9а, 96 видно, что полученные таким способом кривые не описывают эксперимента вне резонансной области Ля -систем, в области 1,3-1,6 ГэВ/с2 они сильно завышены. Их использование при оценке сечений образования резонансов приведёт к искажению физических результатов (см. таблицу 2).
Во втором способе фоновые распределения были построены моделированием каналов реакцпй (2.3.1) и (2.3.2) с учётом экспериментальных угловых и импульсных распределений и суммированием парциальных фоновых распределений с весами, рассчитанными по статистической теории множественного рождения частиц [100-103].
Отдельные каналы реакцпй моделировались [39] с помощью программы "FOWL". С помощью этой программы были определены фазовые объёмы вторичных частиц реакций в конечном состоянии, получены спектры эффективных масс Ля-"1", Лл--, К+ж -систем в предположении отсутствия резонансов. Так же, как и в эксперименте, учитывалась невозможность разделения по ионизации К+ и 7г+ -мезонов с импульсами более 0,7 ГэЗЗ/с. Для того, чтобы эмпирически учесть матричный элемент процессов, в программу генерации событий "FOWL" вводились экспериментальные угловые распределения вторичных частиц (в с.ц.м. 7г р-взаимодействіій), зарегистрированных в четырёхлучевых событиях (рис. 10); вводилось ог -45 ранпченпе на величину поперечных импульсов вторичных частиц, наблюдаемое в реальном эксперименте, рт 1,2ГэВ/с. На рис. 10 показаны угловые экспериментальные распределения Л, 7г+, 7г -частиц из всех реакций (2.3.1), (2.3.2) и нормированные на их число угловые распределения тех же частиц в эксклюзивных каналах реакций: где Х - m 7Г (m = 0,1). Поскольку распределения вторичных частиц из всех каналов реакции мало отличаются от распределений из эксклюзивных каналов, при моделировании отдельных реакций вводились экспериментальные угловые распределения из всех четырёхлучевых событий с Л-пшероном.
Полученные из моделирования всех возможных каналов (2.3.1), (2.3.2) отдельные спектры эффективных масс Л7г+, Атт , К+п суммировались с весами, рассчитанными по статистической теории множественного рождения частиц. Вес каждого канала реакции вычислялся по формуле
Поиск особенностей образования и распада барионного состояния iV(3520), способы их выявления
Вопросы, связанные с возможным существованием экзотических адронных состояний, обсуждаются уже более трех десятилетий. Разрабатывались, например, динамические модели, предсказывающие существование экзотических барнонов, состоящих из легких кварков [2] (нестранные ба-рноны с I 5/2, странные гипероны с S О, S = — 1 и I 1, S = —2 и / 1/2, S = — 3 и / 0). Обсуждались возможности существования экзотических структур, состоящих из готовых бесцветных адронов [116].
В экспериментах получено несколько возможных указаний на существование экзотических адронных резонансных состояний, в частности, узких Лг-резонансов со скрытой странностью.
К настоящему времени экспериментально надежно установлено существование ряда широких JV-резонансов с нулевой странностью и изотопическим спином / = 1/2, распадающихся по каналам iW, Nnw [1]. Большинство из них было обнаружено в процессах формирования как s-, канальные резонансы при парциально-волновом анализе данных по упругому 7гЛг-рассеянпю и перезарядке пионов. Диапазон масс этих состояний 1440 - 2600 МэВ/с2, диапазон ширин 100 - G50 МэВ/с2; прослеживается тенденция к увеличению ширины резонансов с увеличением их массы. Получены указания на существование iV-резонансов с массами больше 3000 ГэВ/с2 и ширинами больше 1000 МэВ/с2. В основном при изучении экспериментальных данных о реакциях -KN — ЛА", 7гАГ — ЕЛ для нескольких iV-резонансов были зарегистрированы каналы распада на ЛЛ , E/v [1], имеющие относительно небольшую вероятность по сравнению с другими каналами. В экспериментальных данных о распадах широких известных А-изобар с I = 3/2 также имеются указания на возможность канала распада ЕЛ (канал ЛЛ" запрещён по пзоспину).
Согласно современным теоретическим представлениям, подтверждающимся экспериментами, валентные кварки в адронах окружены облаком виртуальных кварк-антнкварковых пар и глюонов, которые непрерывно испускаются и поглощаются валентными кварками. Это облако или море кварк-антикварковых пар п глюонов является физической реальностью, определяющей некоторые свойства адронов [4]. То есть, часть своего времени жизни барионы проводят в валентном состоянии (qqq), мезоны - в валентном состоянии (qq), а часть - в состояниях, в которых к валентному составу добавляются различные морские компоненты. Возможным свидетельством состояний, в которых к валентному составу добавлены морские компоненты (ss), являются распады JV-рєзонансов на АЛ . ЕЛ .
Во многих работах обсуждался вопрос о возможном существовании адронов с более сложной валентной структурой. В ряде теоретических работ рассматривалась возможность существования узких пятикварко-вых резонансных барионных состояний, обогащенных s, s-кварками. Согласно модели цветных кластеров [117-120] малая ширина (задержка по времени распада) многокварковых состояний об}хловлена существованием внутри структуры двух цветных кварковых кластеров, связанных между собой обменом цвета, пространственно разделённых центробежным барьером между ними. Предпринимался экспериментальный поиск процессов с образованием узких барионных jV-резонансов, которые могли бы быть кандидатами в экзотические барионные состояния с s,s-кваркамп.
Систематический поиск экзотических барионных резонансов проводился в дифракционных процессах. В нуклон-ядерных взаимодействиях; исследовались дифракционные процессы возможного образования экзотических барионных iV-резонансов со скрытой странностью в предположении померонного обмена (в связи с возможной экзотической компонентой померона п теоретическими представлениями, согласно которым померон является мультиглюонной системой [10-13]; см. диаграммы на рис. 22). В дифракционных процессах могут рождаться состояния с такими же зарядами и ароматами, как и у первичной частицы. В этих процессах есть дополнительные ограничения для спина и чётности образующихся состояний, установленные прп исследовании эксклюзивной дифракционной диссоциации. Согласно правилу отбора Грпбова-Моррисона [121] чётности начального и конечного состояний связаны соотношением где A J - изменение спина. Например, в случае первичного протона (Jp = 1/2+) может происходить дифракционное образование барионной системы с набором квантовых чисел 1/2+, 3/2", 5/2+, 7/2",... Механизм померонного обмена в реакциях дифракционного образования может приводить к когерентным процессам на ядре-мишени, в которых ядро действует как целое. Такие процессы можно выделять при изучении распределений событий по поперечному импульсу системы вторичных частиц [122]. Они проявляются в области малых поперечных импульсов при большом наклоне конуса Ь, соответствующем дифракционной диссоциации первичной частицы:
В подобных процессах были получены статистически значимые указания на существование относительно узких барионных структур Л (1960), А"(2000), Л (2050).
В экспериментах на спектрометре БИС-2 (ОИЯИ) в нейтронном пучке с импульсом 40 ГэВ/с исследовались реакции дифракционной диссоциации нейтрона на ядре углерода [G]
Анализ спектра эффективных масс А^7Г+7Г~ и структуры А(1630), оценка параметров возможного резонанса
На установке СФИНКС в тех же кинематических условиях изучались реакции: Анализировались спектры эффективных масс рп+7г , А++п -систем. Структуры Л"(2000), Л (2050) не проявляются. Для известных изобар вероятности каналов распада на странные частицы обычно меньше [1]. По мнению авторов [8, 9], сравнительно малые распадные ширины Х(2000), Л" (2050), отсутствие этих структур в спектрах масс р7г+7г , Д++7г является указанием на их многокварковые состояния со скрытой странностью (wudss).
Выяснение природы пиков iY (19G0)0, Л (2000)+, Л (2050)+, некоторая противоречивость полученных в разных группах результатов требуют дополнительных исследований.
В настоящее время на Теватроне FNAL в пучке S -гиперонов с энергией 600 ГэВ в эксперименте на установке SELEX изучается дифракционная реакция Е + N(A) — И К+К + N(A). В спектре эффективных масс Z K+ проявляется пик с М = 1962 ± 12, Г = 96 ± 32 МэВ/с2; проводится его анализ [5].
Обсуждается программа исследований возможных процессов фоторождения экзотических резонансов в экспериментах на ускорителе СЕВAF и на других сильноточных электронных ускорителях [17]. Одним из перспективных направлений поиска многокварковых резонансных состояний может оказаться исследование адронных взаимодействий с большими переданными импульсами и возможным барионным обменом при относительно невысоких энергиях (сечения реакций с барионным обменом быстро убывают с ростом энергии [123]). Образование экзотических резонансов в подобных реакциях предсказывалось в ряде теоретических работ, например [18-20] и [124, 125]. Предполагается, что возбуждения внутренних цветовых степеней свободы, при которых формируются экзотические кварковые или кварк-глюонные системы, будут более эффективно происходить в процессах с большими четырёхмерными переданными импульсами (t Мр), обусловленных барионным обменом. Возможным экспериментальным подтверждением предсказаний образования аномально узких многокварковых структур, обогащенных s,s -кварками [117-120], в процессах с большими переданными импульсами [18-20] является наблюдение барпонной структуры Е(3170)+ со странностью -1 (в предположении резонансного состояния). Структура обнаружена в двух независимых экспериментах - в Л" р-взаимодействиях при 6,5 и 8,25 ГэВ/с со статистикой 45 событпй/мкбн и 100 событий/мкбн, соответственно [126]. В Л" / -взаішодснствиях при 8,25 ГэВ/с на экспериментальном материале с двухметровой водородной пузырьковой камеры CERN было проведено систематическое исследование квазидвухчастичных реакций с образованием 7Г -мезона и барпонной системы Л+, обогащенной s, -кварками: К +р тг- + R+. (3.1.13) При обработке экспериментального материала выделялись события [126], соответствующие множественным распадам R+ по каналам с более чем одной идентифицированной странной частицей, зарегистрированной в конечном состоянии: Л/ОГ+( )2тг, /ОГ+( )2я-, Е/і+( )Зтг. (3.1.14) В спектре недостающих масс по отношению к 7Г -мезону (в спектре масс Я+-системы) в области 3160-3180 МэВ/с2 наблюдается выброс с тремя стандартными отклонениями над полпномным фоном и отношением сигнал/фон больше 0,8 (рис. 29). Изучение угловых распределений показало, что в большей частп событий пз этого интервала спектра масс в отличие от соседних боковых интервалов 7г направлен в полусферу мишени, система R+ - в полусферу первичного Л -мезона в с.ц.м. К р-взапмодействнй. После выделения событий с 7Г -мезоном, направленным в полусферу мишени, был получен спектр масс Л+, показанный на рпс. 30. Количе-, ство событий в области пика над фоном осталось тем же самым, количество стандартных отклонений в пике над фоном стало равным 5,5, отно -87 шение спгнал/фон более трёх, экспериментальное разрешение по массе в области пика сопоставимо с шириной пика ( 20 МэВ/с2). Оценка параметров структуры даёт: На базе экспериментального материала с двенадцатифутовой водородной пузырьковой камеры (Агдоппе) в Л /?-взаимодействиях при 6,5 ГэВ/с было проведено исследование тех же реакций (3.1.13) с критериями (3.1.14) для событий с 7г -мезоном, направленным в полусферу мишени [126]. В интервале 3160-3180 МэВ/с2 проявляется пик (рис.31а). Количество стандартных отклонений в пике над полиномным фоном близко к четырём, отношение сигнал/фон больше единицы. ): а) при рк- = 6,5 ГэВ/с, Ь) суммарный спектр по двум экспериментам. В суммарном спектре масс системы Л+ для двух независимых экспериментов (рис. 31Ь) количество стандартных отклонений в области структуры больше 6,5, отношение сигнал/фон близко к трём. Аномально узкая структура Е(3170)+ образуется с суммарным сечением по каналам распада (3.1.14) и = 1,0±0,3 мкбн при импульсе первичного Аг--мезона 6,5 ГэВ/с и(т = 0,7±0,2 мкбн при рк- = 8,25 ГэВ/с.
