Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ. Ядра и адроны являются сложными составными системами. В неупругих процессах происходит возбуждение их внутренних отепеней свободы. Характер возбуждения зависит от структуры адронов и ядер и сил между составляющими этих систем. В диссертации рассматриваются процессы возбуждения состояний непрерывного спектра ядра и реакции образования адронных ревонансов на ядрах. Особый интерес представляют квазикогерентные процессы дифракционного рождения частиц с возбуждением дискретного уровня ядра, в которых одновременно возбуждаются как ядерные, так и адронные степени свободы.
Исследуемые в диссертации реакции относятся к так называемым мягким процессам, идущим с малой передачей импульса и энергии частице мишени. Для таких процессов нет последовательной микроскопической теории, типа квантовой хромодинамики, используемой для описания хистких процессов. Современное состояние теории этих процессов таково, что для адекватного описания экспериментальных данных необходима разработка феноменологических подходов, испольвутощих представления' о составной природе частиц, о свяэи каналов реакции.
Эта вадача особенно актуальна при исследовании механизма прохождения адрона как возбужденной составной системы черев ядерную материю . Под возбужденной адронной системой имеют в виду адронный реэонано или некоторую адронную систему с заданной эффективной. массой, которые пролетают через ядро и регистрируются по продуктам их распада. Проблема прохождения адронной оиотемы через ядро включает в себя ряд актуальных задач, таких как определение сечения взаимодействия нестабильного адронного резонанса с нуклоном, изучение эффектов неупругой экранировки (антиэкранировки) в процессах неупругой дифракции адронов на ядрах и др. Исследование этой проблемы позволит пролить свет на динамику взаимодействия адронов с ядром, которое является уникальным анализатором пространственно-временного развития процесса на малых межнуклонных расстояниях. От теории требуются новые адекватные понятия и представления, учитывающие эффекты многократных неупругих соударений. Необходимы также предложения и теоретическая разработка экспериментов, в которых эти эффекты
1-5/У
проявлялись бы в наибольшей степени.
Другой актуальной проблемой адрон-ядерных взаимодейотвий является вопрос о механизмах реакции расщепления ядра. Наиболее остро он стоит при исследовании спектра возбуждения ядра и угловых корреляций продуктов расщепления ядра в области гигантских мультипольних резонансов в свяви с вадачей о соотношении вкладов прямого и резонансного механизма Эта задача тесно связана о известной проблемой импульсных распределений ядер-продуктов, имеющей важное прикладное вначение в решении вопросов радиационной валиты, космохимии. Расчеты сечений реакций расщепления ядер с образованием иэлучающих % -кванты дочерних ядер важны также для решения проблем астрофизики, связанных с tf -астрономией сверхвысоких энергий.
ЦЕЛЬ настоящей работы состоит в теоретическом исследовании процессов возбуждения ядерных и адронных степеней свободы в адрон-ядерных взаимодействиях. Основной акцент делается на изучении механизмов реакций. В упругом по адрону рассеянии исследуются прямой и резонансный механизмы растепления ядра. В реакциях с изменением адронного состояния - механизм прохождения адронной системы черев ядро. Разрабатываются новые корреляционные эксперименты, наиболее информативные при исследовании эффектов, связанных с механизмами адрон-ядерных взаимодействий.
НАУЧНАЯ НОВИЗНА результатов работы ваключается в следующем:
-
Теория расщепления ядер, основанная на концепции сильной свяви каналов, обобщена на процессы под действием адронов с энергией в несколько ГэВ. Проведено теоретическое исследование свойств корреляционных сечений реакции расщепления АСа.а'ЮХ, в наибольшей степени зависящих от соотношения вкладов прямого и резонансного механизмов и их интерференции между собой.
-
Іфоведено теоретическое исследование реакции расщепления ядра с образованием возбужденного дочернего ядра. В рамках единой теории прямых и резонансных процессов дано описание эксклюзивного дифференциального сечения в реакции ,6 СХОГ"*". ^Г*- р) ^ N*(3/2~) по данным эксперимента ИТЭФ.
3. Предложена и теоретически разработана новая постановка
эксперимента A(a,a'X)R-*R + )(' , в котором регистрируются адрон
а' и У-квант. Измерение размытого (вследствие эффекта Доплера) энергетического спектра фотонов, излучаемых дочерним ядром R* , дает возможность получить информацию о прямом и резонансном механизмах реакции и исследовать свойства непрерывного спектра ядра в области мультипольних резонансов.
4. Впервые установлена важная роль некогерентного сечения
при определении сечения взаимодействия резонанса с нуклоном иэ
эксперимента в недифракционных процессах типа (^.j3 ) на ядрах.
Проведен анализ данных экспериментов ИТЭФ и МИФИ. Впервые
получено сечение ^>N-взаимодействия из недифракционных процессов.
-
Впервые проведен анализ данных дифракционного процесса (1Ґ, 3JT) на ядрах (эксперимент ЦЕРН при 15 ГэВ/с) с учетом зависящего от эффективной массы трех пионов и параметров модели некогерентного сечения. Получен нетривиальный результат о зависимости сечения (3?f)N-взаимодействия от эффективной массы трех пионов.
-
Предложен новый, основанный на непертурбативном подходе метод аналива эксклюзивных данных о процессах дифракционного рождения частиц на ядрах. О его помощью проведен анализ данных о процессе (5Г, 3fi") на ядрах при 40 ГэВ/с и впервые получено количественное описание одновременно A -, f - зависимостей сечения и относительных фаз ядерных парциальных амплитуд. Дано объяснение эффекта "усиления хода" ядерных фаэ о ростом аффективной массы трех пионов.
-
Разработана феноменологическая теория квазикогерентных процессов упругой и неупругой дифракции адронов на ядрах в непертурбативном подходе.
-
Установлена роль и дано теоретическое обоснование двухступенчатого механизма рождения частиц и возбуждения ядра в процессах неупругой дифракции адронов. О учетом этого механизма подучено хорошее описание данных эксперимента
9. Предложен и обоснован оригинальный метод определения
оечения вваимодейотвия тяжелых векторных МЄ80ШВ о нуклоном из
анализа данных о фоторождении меэонов о возбуждением дискретного
уровня ядра
Единая теория расщепления ядер, обобщенная на процессы под действием адронов высокой энергии, может быть исполь80вана для4 анализа процессов расщепления ядра различными адронами (р.п.ІГ , К) при высоких энергиях. Она позволяет учесть искажение волны пролетающего адрона, а также прямой и реэонансный механизмы расщепления ядра.
Разработанные корреляционные эксперименты A(a,a'N)X и A(a,a')0R^-R + tf могут быть эффективными методами исследования непрерывного спектра ядра в области мультипольних реэонаноов.
Результаты изучения реакций расщепления ядер адронами, расчеты углового и энергетического распределения продуктов расщепления найдут свое применение в прикладных областях: радиационное материаловедение и эащита, космохимия. Сечения процессов расщепления с излучением фотонов дочерними ядрами необходимы в % -астрономии сверхвысоких энергий..
Найденное из эксперимента значение сечения взаимодействия р - мезона с нуклоном может быть использовано для проверки теории сильных взаимодействий: аддитивной кварковой модели, квантовой хромодинамики, гипотезы векторной доминантности. Предложенный способ определения этого сечения уже нашел применение в ряде научных центров страны.
Новый метод аналива эксклюзивных данных о процессах дифракционного рождения частиц ^а-, ядрах в непертурбативном подходе можно рекомендовать для применения с целью исследования эффектов многократных неупрутих взаимодействий (неупругой экранировки) в различных процессах неупругой дифракции.
Найденные значения п-ступенчатых амплитуд могут быть использованы для глубокой проверки моделей, претендующих на описание многоканальной неупругой дифракции на нуклоне, в частности. кварк:партонной модели, модели двух-глюонного обмена, модели релятивистской струны и т. д..
Теория квазикогерентных процессов может служить для изучения динамики прохождения адрона черев ядро в процессах упругой и неупругой дифракции. Кроме главного преимущества квазикогерентных процессов - регистрации конечного состояния
ядра в каждом событии, имеется дополнительная возможность исследовать механизм прохождения адрона черев ядро по угловому распределению фотонов от девозбуждения ядра.
Результаты исследования позволили дать теоретическую интерпретацию известным экспериментальным данным, не имевшим ранее объяснения: дифференциальное сечение процесса (ЗҐ , 3*її) о возбуждением 2*(4. 44 МэБ)-уровня ядра углерода при б ГэВ/с, зависимость ядерных фаз парциальных амплитуд процесса (Я'.З'ЗГ) при 40 ГэВ/с от эффективной массы трех пионов, дифференциальное сечение образования ядраг5Ы( 3/2~, 6.32 МэВ) в процессе расідапления ядра кислорода пионами с импульсом 2.0 ГэВ/с.
Часть результатов вошла в совместные публикации с экспериментальными . группами Г. А. Лексина (ИТЭФ), 0. А. Займидороги (ОИЯИ), Ф. М. Сергеева (МИФИ), И. В. Кирпичникова (ИТЭФ) и была использована в работах сотрудников ОИЯИ, ИТЭФ и ИТФ АН УССР.
Результаты настоящей работы могут быть рекомендованы для использования научными коллективами, ведущими экспериментальные и теоретические исследования по физике адрон-ядерных взакмодей-ОТВИЙСЛЯП ОИЯИ, ИФВЭ, ИТЭФ, ШФИ. ЛИЯФ, ИТФ АН УССР. КИИЯФ МГУ).
-
Обобщение единой теории однонуклонного расщепления ядра на процессы под действием адронов с энергией в несколько ГэВ. Разработка метода исследования непрерывного спектра ядра посредством корреляционных экспериментов с регистрацией рассеянного адрона и выбитого нуклона или фотона, излучаемого дочерним ядром. Результаты теоретического анализа корреляционных сечений'реакций A(a,a'N)X и A(a,a'X)R-R +У .
-
Определение полного сечения ja N-взаимодействия на основе теоретического анализа некогерентного сечения процесса ("її", у ) на ядрах по экспериментальным данным ИТЭФ и МИФИ.
-
Разработка нового, основанного на непертурбативном подходе метода анализа эксклюзивных данных о процессах дифракционного рождения частиц на ядрах с целью исследования эффектов неупругой экранировки. Аналиэ данных о процессе (ЗГ.3 5Г ) на ядрах при 40 ГэВ/о и количественное описание наблюдаемого эффекта "усиления хода" ядерных фае. Вывод о том, что этот эффект обусловлен неупругими переходами адрона в многократных
2-5/У
столкновениях.
4. Феноменологическая теория квазикогереитных процессов
упругой и неупругой дифракции адронов на ядрах в непер-
турбативном подходе.
5. Обоснование и результаты теоретического исследования
двухступенчатого механизма рождения частиц и возбуждения ядра в
процессах неупругой дифракции адронов.
АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ. Результаты исследования были представлены на международных конференциях по физике высоких энергий и структуре ядра (IV.Дубна. 1971; VII .Цюрих. 1977; IX.Версаль, 1981; X.Гейдельберг.1984). докладывлись на международных совещаниях "Взаимодействие частиц высокой энергии с ядрами и новые ядерно-подобные системы" (Москва, 1974), "Взаимодействие элементарных частиц с нуклонами и ядрами" (Москва,1976), "Проблемы дифракционной диссоциации пионов на ядрах" (Дубна,1975-1986), "Мезоны и легкие^ядра" (Ч0СР.1988). на XXIV Совещании по ядерной спектроскопии и структуре ядра (Харьков,1974). на проблемном семинаре "Взаимодействие частиц и ядер высокой энергии с ядрами" (Ташкент, 1978 .1981), на всесоюзных конференциях "Теория систем нескольких частиц о сильным в8аимодействием"(Киев.1985), "Взаимодействие пионов и каонов с ядрами'Ч Тбилиси, 1988). на Оеосиях ОЯЬ АН СССР (Ленинград. 1974; Мзсква,1975.1978.1982-1986).
ПУБЛИКАЦИИ. Содержание диссертации основано на ревультатах исследований, изложенных в статьях советоких и международны* журналов, сборниках, докладах на конференциях и т. д.. (40 публикаций). Список работ, содержащих наиболее важные ревультаты, приведен в конце автореферата.
ВКЛАД АВТОРА в исследования, включенные в диссертацию, является определяющим. В работах, выполненных совместно о sкcпepишнтaтopaми,," его вклад'' состоит в разработке теоретического подхода и программного обеспечения теоретического анализа, в сравнении результатов расчета о экспериментом и формулировке выводов.
СТРУКТУРА И ОВЬЕМ ДИССЕРТАЦИИ. Диссертация, состоящая ив введения, пяти глав, ваключения и списка литературы (253 наименования), ивложена на 338 страницах, включая 81 рисунок и 10 таблиц.
