Введение к работе
В диссертации представлены результаты экспериментального исследования мезонных резонаисов с массами до 2,5 ГэВ/с2, образованных в реакции к~р -> рХ~ —> рт)7г~ -> Р77'1'-- Данные были собраны в течение сеанса 1995 года эксперимента Е852, проводимого в Брукхейвенской Национальной Лаборатории на установке MPS (Multy Particle Spectrometer) ускорителя AGS. При этом использовался пучок отрицательных пионов с импульсом 18,3 ГэВ/с и жидководородвая мишень. Проведенный анализ основывается на статистике 66 тыс. отобранных событий. Всего было проведено три сеанса по сбору данных: в 1994, 1995 и в 1997 годах.
Актуальность проблемы
Кварковая модель, предложенная в 1964 году Гелл-Манном, Цвейгом и другими, помогает систематизировать и классифицировать многочисленные известные элементарные частицы. Составные части из которых образуются эти объекты - кварки. Модель делит весь набор элементарных частиц на два больших класса: мезоны, представляющие собой кварк-антикварковую пару (qq), и барионы - комбинации трех валентных кварков (qqq). Имеется, однако, серьезный недостаток кварковой модели. Она ничего не говорит о динамике взаимодействия.
Квантовая хромодинамика, являясь теорией сильного взаимодействия, слишком сложна, чтобы быть использованной в настоящее время для таких численных расчетов, как, например, оценка масс состояний. Однако КХД качественно предсказывает помимо обычных адронов существование состояний, невозможных в наивной кварковой модели:
Глюболов - мезонов, состоящих только из валентных глюонов (дд,ддд)\
Гибридов или мейктонов (qqg, qqqg);
Многокварковых адронов - qqqq, qqqqqq, qqqqq',
Молекул - связанных состояний обычных адронов, например КК.
Такие объекты принято называть экзотическими. Для экзотических состояний могут реализовываться квантовые числа, запрещенные в рамках наивной кварковой модели. Например, для qq-иеіошт с орбитальным угловым моментом между кварками I и суммарным спином кварков s пространственная четность Р — (-1)1"1"1 и зарядовая четность С = (—l)l+s. Такой мезон
не может иметь квантовых чисел из ряда JPa — 0 ,0+~, 1_+, 2+_,3~+,... (здесь J полный спин состояния). Наблюдение мезонного резонанса с квантовыми числами из этого ряда послужило бы неоспоримым свидетельством его экзотичности. Подтверждение существования таких состояний могло бы быть фундаментальным тестом справедливости КХД в области малых переданных импульсов, а их характеристики — неоценимым источником информации для приближенных моделей сильного взаимодействия, таких как flux tube, рассчеты на решетках, модель мешков и т.п.
Цель работы
Цель данной работы состоит в подтверждении существования экзотического резонанса с Jp — 1 ~ в канале распада щ~, противоречивые указания на который были получены в нескольких экспериментах; измерении его параметров; исследовании других возможных резонансных состояний как с необычными так и с обычными квантовыми числами.
На защиту выносятся
1. Результаты анализа реакции ж~р -> рщ~ на статистике 66 тыс. событий,
зарегестрированных в сеансе 1995 года.
2. Вывод о существовании резонанса с необычными квантовыми числами
Jp = Г в системе грі- с U = (1374І^(стат)І^(сист)) МэВ/с2, * Г =
(270І||^4І4) МэВ/с2. Масса и ширина состояния определены впервые.
3. Вывод о существовании в канале распада г]ж' резонанса aj(2040) с кван
товыми числами Jp = 4+. В канале щ" этот резонанс наблюден впер
вые. Определены его масса и ширина, которые составили соответственно
М(о4) = (2033) МэВ/с2 и Г(а4) = (357±||±gg) МэВ/с2.
4. Указание на существование еще одного резонанса Jp = 1~ и допол
нительного состояния Jp = 2+. Параметры второго 1"" резонанса: М =
(2212 МэВ/с2, Г = (7844) МэВ/с2. Второе состояние в волне
2+ может быть интерпретировано как радиальное возбуждение ( (1320) с
М = (1925) МэВ/с2, Г = (633) МэВ/с2. Второй резонанс в волне
1" и радиальное возбуждение aj(1320) в канале Г)ж~ наблюдены впервые.
'Далее обозначение статистических и систематических ошибок будет опускаться
Научная новизна и практическая ценность
Впервые анализ конечного состояния 777г- проведен на такой высокой статистике. Она по числу событий более чем в два раза превышает статистику эксперимента ВЕС и более чем в три раза — эксперимента КЕК. Установка Е852 позволяет регестрировать как нейтральные так и заряженные частицы, что позволило с высокой точностью выделить исследуемую реакцию. Для изучения данной реакции был применен метод парциально-волнового анализа (метод разложения углового распределения по парциальным волнам). В результате использования этого метода было доказано существование экзотического мезонного резонанса с Jp = I-, указание на существование которого было отмечено в нескольких предыдущих экспериментах. Параметры состояния определены впервые. Также впервые в канале т/7Г- наблюден резонанс 04(2040) с Jp = 4f. Определены его параметры. Впервые в щ~ моде обнаружено указание на существование еще одного состояния с Jp = 1~ и мезона с Jp = 2+.
Результаты, полученные в данной работе, могут быть использованы в исследованиях, проводимых в других лабораториях мира: ИФВЭ(Протвино), КЕК(Япония), CERN и т.д.
Апробация работы
Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на международной школе по ядерной физике, международных конференциях по адронной спектроскопии "Адрон 95" и "Адрон 97" и на научных семинарах и рабочих совещаниях НИИЯФ МГУ.
Результаты работы опубликованы в виде статей, препринта НИИЯФ МГУ, в сборниках трудов вышеупомянутых конференций [1-8].
Структура и объем диссертации
