Введение к работе
В диссертации представлены результаты изучения свойств z-скейлинга в рождении 7Г мезонов в р + р(р, А) взаимодействиях, 7;-мезонов в р + р к струй в Р + Р{Р) столкновениях при высоких энергиях Для анализа использовались экспериментальные данные, полученные на коллайдерах ISR, SppS, Tevatron и RHIC коллаборациями AFS, UAl, UA2, DO, CDF, Е557, PHENIX и STAR Представлены результаты предсказательных расчетов импульсных спектров мезонов и струй в широкой области энергий столкновения и поперечных импульсов, рожденных частиц/струй Результаты анализа сравниваются, в рамках z-скейлинга, с последними данными RHIC и Tevatron Определяются критерии возможного нарушения z-скейлинга Приведены результаты исследований влияния параметров конусного алгоритма реконструкции струй на вероятность выделения iV-струйных событий, характеристики и спектры струй вртиг представлениях Таким образом в диссертации представлены результаты, обобщающие теорию z скеилинга на процессы инклюзивного рождения нейтральных мезонов и струй и демонстрирующие прикладные возможности z скеилинга как метода анализа экспериментальных данных в поиске новых закономерностей рождения частиц в физике высоких энергий
Актуальность изучаемых задач
Поиск скейлинговых закономерностей всегда был предметом интенсивных исследований при изучении взаимодействий частиц и ядер высоких энергий Как правило, их открытия (скейлинги Бъеркена, Фейнмана, Кобы-Нильсена-Олесена, кумулятивное рождение и др ) способствовали выявлению новых свойств взаимодействия и структуры частиц, а также существенному продвижению в развитии теории сильных взаимодействий Установленные закономерности позволили вычислять различные характеристики процессов (сечения, структурные функции, распределения по множественности и др) в новых кинематических областях и, тем самым, демонстрировали предсказательную силу существующих теорий Отклонения от скейлингового поведения наблюдаемых характеристик, установленного для достаточно широкой экспериментально-исследованной кинематической области, как правило, считаются проявлением новых физических явлений Эти отклонения в дальнейшем изучаются и используются для последующего развития теории
Одним из основных методов исследования ядерной материи и свойств среды, образующейся при взаимодействии адронов и ядер является поиск нарушения закономерностей, установленных для частицы с большими поперечными импульсами и струй в элементарных лептон-адронных и адрон-адронных взаимодействиях Последние представляют собой коллимированные в пространстве и времени потоки высокоэнергетических частиц Считается, что они являются результатом взаимодействия элементарных конституентов (кварков и глюонов)
Изучение скейлинговых закономерностей рождения струй, отражающих механизм их образования и структуру, требует адекватного соответствия между теоретическим описанием струй в рамках теории КХД и их экспериментальным представлением Последнее требует определения этих объектов в терминах измеряемых
величин, получаемых с использованием адронных и электромагнитных калориметров или других детектирующих приборов Поиск такого соответствия, исследование влияния параметров алгоритмов реконструкции на спектры струй, определение области оптимальных значений этих параметров является актуальным и представляет одну из основных задач физики струй
Одна из новых закономерностей в рождении заряженных адронов с большими поперечными импульсами при взаимодействии (анти)протонов и ядер при высоких энергиях получила название z скейлинга [1] Проверка установленных свойств z скейлинга, их изучение при рождении нейтральных мезонов и струй в р(р) + р взаимодействиях, а также поиск новых закономерностей в рамках этой теории является актуальной задачей Ее решение нацелено на установления новых физических закономерностей в физике высоких энергий, проверку предсказательной силы КХД, а также на установление дополнительных ограничений на модели рождения адронов Изучение свойств z скейлинга в р + А и А + А взаимодействиях проводится с целью выявления особенностей образования частиц в сложных системах и изучения влияния ядерной среды на процесс формирования частиц Нарушение z скейлинга при высоких энергиях предлагается рассматривать как указание на возможность существования новых физических процессов или закономероностей таких как фазовые переходы в адронной и ядерной материи, структурность кварков, фрактальность пространства и времени, новые виды взаимодействий
Цель исследования
Целью работы является
Построение скейлинговой функции ф(г) и переменной z для процесса ин
клюзивного рождения 7Г мезонов в р+р(р, А) взаимодействиях, rf мезонов вр+р
и струй в р + р(р) столкновениях
Исследование свойств z представления нейтральных мезонов и струй в рас
сматриваемых Процессах Сравнение СВОЙСТВ СКеЙЛИНГОВОЙ фуНКЦИИ ф(г) ДЛЯ 7Г
мезонов и струй вр + рир + р взаимодействиях Проверка z скейлинга для нейтральных мезонов и струй на RHIC и Tevatron при энергиях 200 и I960 ГэВ, соответственно
Предсказание импульсных спектров 7г мезонов в р+р(р, А) взаимодействиях,
rf мезонов в р + р и струй в р + р(р) столкновениях при энергиях RHIC, Tevatron
и LHC в более широкой области поперечных импульсов
Установление критерия и области оптимального поиска возможного нару
шения г-скейлинга в столкновениях адронов/струй при более высоких энергиях
Исследование влияние параметров конусного алгоритма реконструкции струй
на вероятность выделения iV-струйных событий, характеристики и спектры струй
врт ж z представлениях
Научная новизна В диссертации
Впервые построена скейлинговая функция ip(z) и переменная z для рожде
ния 7г мезонов вр + р, р + рир + А взаимодействиях и rf мезонов вр + ри струй
вр + р,р + р столкновениях при высоких энергиях
Впервые изучены свойства г-скейлинга в адрон-адронных и адрон-ядерных процессах рождения нейтральных мезонов и струй при высоких энергиях Установлена энергетическая, угловая независимость и степенное поведение скейлинговой функции ф{г) при больших значениях z Установлена А-зависимость преобразования и(А), позволяющего сравнивать скейлинговые функции для различных ядер и свидетельствующая о самоподобном характере влияния ядерной среды на механизм формирования частиц с большими поперечными импульсами
Впервые на основе г-скейлинга предсказаны импульсные спектры тг мезонов в р+р, р+р и р+А взаимодействиях, спектры rf мезонов р+р и струй в р+р, р+р столкновениях для различных кинематических диапазонов при энергиях RHIC, Tevatron и LHC
Впервые определены критерии и области оптимального поиска возможного нарушения г-скейлинга в столкновениях при более высоких энергиях
Впервые установлена степень влияния параметров конусного алгоритма на
спектры струй в z представлении
Научно-практическая ценность работы
Созданы программы для построения и исследования свойств скейлинговой
функции ф(г) и переменной z для рождения 7г мезонов ър + р, р + рир + А
взаимодействиях, rf мезонов в р + р и струй в р + р, р + р столкновениях
На основании установленных свойств г-скейлинга, предсказаны спектры
7Г мезонов в р + р(р, А) взаимодействиях, rf мезонов в р + р и струй в р + р(р)
столкновениях при энергиях RHIC, Tevatron и LHC
Предложена сигнатура для поиска новых физических закономерностей при рождении частиц/струй в рамках теории z скейлинга
Указаны кинематические границы независимости спектров струй в z представлениях от параметров конусного алгоритма реконструкции струй
Показана принципиальная возможность применения метода для анализа
новых экспериментальных данных и планирования экспериментов по рождению
нейтральных мезонов и струй как при более высоких энергиях достижимых на
LHC, так и при меньших энергиях в области больших поперечных импульсов
Защищаемые положения
Построение скейлинговых функций ф(г) для рождения я-0 мезонов в р + р,
р+р и р+А взаимодействиях, rf мезонов в р+р и струй в р+р и р+р столкновениях
при высоких энергиях
Свойства г-скейлинга в рождении нейтральных мезонов и струй в р + р(р,А) столкновениях Энергетическая, угловая независимость и степенное поведение скейлинговой функции (ф(г) ~ z~^) при больших значениях z Различие параметров наклона /3 скейлинговой функции ф(г) вр+ркр+р взаимодействиях (А>р > Ррр) Зависимость преобразования z —> a(A)z, ф —» а_1(А)ф от атомного номера ядра (А-зависимость), используемого при сравнении функций ф(г) для различных ядер
Предсказания на основе z скейлинга импульсных спектров я-0 мезонов в р + р(р, А) взаимодействиях, rf мезонов в р + р и струй в р + р(р) столкновениях
для различных кинематических диапазонов при энергиях RHIC, Tevatron и LHC
Предложение об использование z скейлинга как метода поиска новых физических закономерностей в рождении частиц и струй, образующихся в адрон-адронных и адрон-ядерных взаимодействиях при высоких энергиях
Результаты выбора параметров конусного алгоритма реконструкции струй в р + р взаимодействиях при y/s = 200 ГэВ Установлено, что параметр Esee<i = (05-15) ГэВ не влияет, a Emt и R изменяют тип реконструированных событий (1, 2, N-струйные) Показано, что точность восстановления двумя лидирующими струями (в N-струйных событиях) поперечного импульса и направления жестко рассеянного партона не зависит от параметра Ecat при Д=0 7 и чувствительна к величине параметра R
Зависимость инклюзивных сечений струй и их ^-представлений в области Ej* < 25 ГэВ и независимость наклона /3 скейлинговой функции в области Ej.et = (25 -60) ГэВ от параметров конусного алгоритма
Основные публикации и апробация работы
Материалы, представленные в диссертации, докладывались и обсуждались на научных семинарах ЛВЭ, ЛВЭ-ЛФЧ ОИЯИ, ИТЭФ, БНЛ, XV, XVII и XVIII Международных семинарах по проблемам физики высоких энергий "Релятивистская ядерная физика и квантовая хромодинамика" (Дубна, 2000, 2004, 2006), сессии-конференции секции ЯФ ОФН РАН "Физика фундаментальных взаимодействий" (Москва, 2004), рабочих совещениях "Hard probes in heavy-ion collisions at the LHC" (ЦЕРН, 2001-2003), "Relativistic Nuclear Physics From Hundreds of MeV to TeV" (Slovakia, Stara-Lesna, 2003, Dubna, 2005), XXXIII Международной конференции по физике высоких энергий (Москва, 2006), рабочем совещании Европейской исследовательской группы по физике ультрарелятивистских тяжелых ионов (Дубна, 2006) Результаты исследований, представленных в диссертации, опубликованы в 8 работах
