Анализ процессов множественного рождения частиц в ядро-ядерных взаимодействиях в рамках модели FRITIOF тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Ганхуяг Батмунхийн

• Ганхуяг Батмунхийн
• кандидат физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Ганхуяг Батмунхийн

Содержание

Введение ,

1 Экспериментальные методы и измерение

1.1 Пропановая пузырьковая камера ДППК-500

1.1.1 Общая характеристика

1.1.2 Освещение

1.1.3 Фотографирование

1.2 Обработка данных

1.2.1 Просмотр и измерения

1.2.2 Геометрическая реконструкция треков

1.2.3 Идентификация первичных частиц

1.2.4 Идентификация вторичных частиц

1.3 Корректировка данных

1.3.1 Поправки, связанные с корректировкой направления первичного трека

1.3.2 Поправки на частицы с неизмеренными импульсами

и на пропущенные частицы

1.4 Классификация взаимодействий

1.4.1 Выделение упругих взаимодействий

1.4.2 Выделение событий дифракционной диссоциации ядра-снаряда

1.4.3 Разделение ансамблей на ядро-водород и ядро-углерод взаимодействия

1.4.4 Поправки, связанные с ошибками в идентификации частиц

1.4.5 Суммарная поправка

1.5 Статистика экспериментального материала

2 Используемые теоретические модели

2.1 Каскадно-испарительная модель

2.2 Модель ПИПОЕ

2.2.1 Основные положения модели

2.2.2 Учет "ферми-движения" нуклонов

2.2.3 Моделирование разрушений ядер на быстрой стадии взаимодействий. Определение числа выбитых нуклонов ядер

3 Описание пр-взаимодействий

3.1 Рождение тт~ мезонов в гср-взаимодействиях при рп=1-5 ГэВ/с

3.1.1 Топологические сечения реакций

3.1.2 Множественность ж" мезонов при высоких энергиях

3.2 Рождение протонов в ^-взаимодействиях

4 Ядро-ядерные взаимодействия

4.1 Рождение отрицательно заряженных частиц в адрон-ядер-

ных взаимодействиях

4.2 Распределения по множественности 7г~-мезонов в ядро-ядерных взаимодействиях

4.3 Импульсные характеристики 7г~-мезонов

4.4 Распределения 7г~-мозонов по быстротам

4.5 Анализ взаимодействий ядер с ядрами углерода при р—4,2

ГэВ/с/нуклон

Заключение

Приложение

А Структура записи экспериментальных данных

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Анализ процессов множественного рождения частиц в ядро-ядерных взаимодействиях в рамках модели FRITIOF»

Введение

Несмотря на успехи квантовой хромодинамики познание механизма "мягких" адрон-адронных, адрон-ядерных и ядро-ядерных взаимодействий все еще остается нерешенной проблемой. На ее решение направлены многочисленные эксперименты реализуемые и планируемые в ряде крупнейших физических центров мира таких, как Брукхейвн, Дармштадт, Дубна и ЦЕРН. Уже получены ультра-релятивистские пучки ядер золота (,£7лаб=10.6 А ГэВ) и ядер свинца (Вла5= 160 А ГэВ) на ускорителях АСЭ-ВМЬ (США) и ЭРБ-СЕГШ (Швейцария). Ведется интенсивная работа по созданию ядерных коллайдеров 1Ш1С-В1ЧЬ (США) и ЪНС-СЕ1Ш (Швейцария).

Впервые пучки релятивистских ядер были получены в 1970 г. на синхрофазотроне ОИЯИ, что дало начало развитию новой области физики -релятивистской ядерной физики [1]. Впоследствии релятивистские ядра были получены и на других ускорителях. С тех пор был накоплен колоссальный объем экспериментальной информации о различных характеристиках ядро-ядерных взаимодействий. Для интерпретации полученных данных и выбора наиболее перспективных направлений исследований необходимо развивать существующие теоретические подходы и развивать новые, применимые во всем диапазоне энергий.

В первое время в релятивистской ядерной физике широко использовалась каскадно-испарительная модель (КИМ) [2] - [7]. Однако скоро выяснилось, что ее предсказания все более и более расходятся с экспери-

ментальными данными при увеличении масс сталкивающихся ядер. Многочисленные попытки усовершенствовать каскадно-испарительную модель не привели к существенному прогрессу. Потенциал ее развития был исчерпан. Требовался принципиально новый подход. К счастью в то время А. Капеллой и А.Б. Кайдаловым была предложена дуальная партонная модель или модель кварк-глюонных струн (см. обзор в [8]), в которой использовались современные кварковые представления. Дуальная пар-тонная модель предполагает вычисление амплитуды упругого рассеяния ядер, применение правил разрезания Абрамовского - Грибова - Канчели, определение числа кварковых систем и их характеристик. При умеренных энергиях амплитуду упругого рассеяния ядер обычно вычисляют в приближении Глаубера - Ситенко. Применить к ней ассимптотические правила разрезания Абрамовского - Грибова - Канчели не представляется возможным. Тем не менее это делают и сталкиваются с различными трудностями, которые до сих пор не преодолены.

Другой кварковый подход был предложен группой Лундского университета и нашел воплощение в всемирно известной программе ПИТЮГ [9]. В настоящее время она пользуется наибольшей популярностью. Ее основные положения легли в основу современных моделей таких, как модель релятивистской квантовой молекулярной динамики (ЫС^МВ) [10]- [12] и модель НиШС [13]. К сожалению, ряд недостатков модели ПИТЮГ не позволял использовать ее при энергиях дубненского синхрофазотрона. Часть из них была устранена в работах [14], [15], что сделало возможным впервые применить модель ПИТЮГ при энергиях порядка 3,2 - 3,5 ГэВ/нуклон. Результаты этой работы представлены в настоящей диссертации.

Широкую базу для анализа дают данные 2-х метровой пропановой пузырьковой камеры ЛВЭ ОИЯИ, облучаемой пучками ядер с импульсом 4,2 ГэВ/с, и данные однометровой водородной камеры ЛВЭ ОИЯИ,

облученной пучками нейтронов.

Надо отметить, что анализ адрон-ядерных и ядро-ядерных взаимодействий в рамках тех, или иных теоретических подходов существенно осложняется влиянием ядерной среды на процессы множественного рождения частиц. Думается, что характеристики отрицательно-заряженных частиц в наименьшей степени подвержены этом}' влиянию. В то же время характеристики протонов в значительной мере отражают сугубо ядерные эффекты. Поэтому раздельное изучение 7г~-мезонов и протонов позволяет анализировать различные аспекты "мягких" взаимодействий и проверить различные аспекты модели FRITIOF.

Исходя из вышесказанного, цели: и задачи исследования формулируются следующим образом:

1. Анализ данных о нейтрон-протонных взаимодействиях при рп = 1,25-1-5,1 ГэВ/с с целью уточнения параметров модели FRITIOF. Эта задача имеет самостоятельный интерес поскольку позволяет проверить основные положения модели на границе области применимости модели;

2. Анализ существующих данных о процессах множественного рождения 7г~-мезонов в ядро-ядерных взаимодействиях в рамках каска дно-испарительной модели и модели FRITIOF;

3. Получение и анализ в рамках модели FRITIOF экспериментальных данных о 7г~-мезонах и протонах, полученных с помощью 2-х метровой пропановой камеры ЛВЭ ОИЯИ с учетом последних методических, экспериментальных достижений.

В первой главе диссертации дано описание двухметровой пропановой пузырьковой камеры ДППК-500 ЛВЭ ОИЯИ. Приведены: система

фотографирования, характеристики магнитного поля камеры, процедуры обработки и корректировки экспериментальных данных.

Во второй главе диссертации рассматриваются используемые теоретические модели: каскадно-испарительная модель и модель ИИТЮР. Основные положения КИМ, изложенные в §2.1, хорошо известны. В §2.2 представлены основные положения модели ИИТЮР [9].

В третьей главе диссертации анализируются данные однометровой водородной камеры - исследуется возможность описания в рамках модели ПИТЮР характеристик 7г~-мезонов и протонов, рождающихся в нейтрон-протонных взаимодействиях при />п=1,25-5,1 ГэВ/с.

В четвертой главе диссертации анализируются процессы множественного рождения частиц в адрон-ядерных и ядро-ядерных взаимодействиях. Представлены расчеты средней множественности 7г~-мезонов в рА-взаимодействиях при высоких энергиях. Показано, что модель ПИТЮР воспроизводит множественности рожденных частиц в пределах 7%.

В §4.2 рассматриваются распределения по множественности 7г~-мезо-нов в ядро-ядерных взаимодействиях, а в §4.-3 анализируются распределения 7г~-мезонов по кинематическим переменным (по данным стриметной камеры ЛВЭ ОИЯИ).

В §4.5 анализируются данные пропановой пузырьковой камеры ЛВЭ ОИЯИ, полученные при участии автора диссертации. Рассмотрение начинается с изучения характеристик тт~ мезонов. Далее рассматриваются экспериментальных данных о выходе протонов. По результатам анализа делаеться вывод о качественном согласии предсказаний модели с экспериментальными данными.

В заключении диссертации кратко сформулированы основные результаты, опубликованные в работах [16]-[24].

Список цитируемой литературы находится в конце диссертации.

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Ганхуяг Батмунхийн

Заключение

Анализ процессов множественного рождения частиц в ядро-ядерных взаимодействий при энергиях 3+3,6 ГэВ/нуклон в основном, ограничивался выяснением эмпирических закономерностей и анализом данных в рамках каскадно-испарительной модели (КИМ) и модели кварк глюонных струн (МКГС). Как показано в гл. 4, каскадно-испарительная модель, также как и МКГС, значительно завышают множественность мезонов с Рт < 0, 2 + 0, 4 ГэВ/с во взаимодействиях налетающих а частиц и ядер углерода с тяжелыми ядрами. Можно полагать, что это обусловлено некорректной трактовкой поведения А-изобар в ядрах.

По результатам сравнения расчетов, выполненых в рамках КИМ, с экспериментальными данными можно сказать, что предположение о малом времени жизни резонансов в ядре и малом времени формирования вторичных частиц не находит подтверждения в эксперименте.

Модифицированная модель ПИТЮГ, пренебрегающая распадом резонансов в ходе быстрой стадии взаимодействий, наиболее адекватно воспроизводит экспериментальные закономерности.

Для корректного сопоставления расчетов по модели ГШТЮГ с экспериментальными данными по ядро-ядерным взаимодействиям выполнен анализ нейтрон-протонных (пр) взаимодействий при £>„=1,25+5,1 ГэВ/с (см. гл. 3). Показано, что модель ПИТЮГ с необходимыми изменениями хорошо воспроизводит характеристики тг~ мезонов и протонов в пр-взаимодействиях. Модель описывает среднюю множественность ж~ мезонов в рр—,рп—, и nn-взаимодействиях в пределах (9, 6, 7)% соответственно, при импульсах налетающих частиц рлаб > 3 ГэВ/с.

Модель FRITIOF хорошо описывает экспериментальные данные двухметровой пропановой пузырьковой камеры ЛВЭ ОИЯИ о средней множественности 7г~-мезонов в рС—, dC—, аС—, и СС'-взаимодействиях при импульсе 4,2 ГэВ/с в пределах 8%. Кинематические характеристики тг~- мезонов воспроизводятся в пределах 4% . Наибольшие расхождения между расчетными значениями и экспериментальными данными наблюдаются в областях фрагментаций ядер-модель несколько завышает выход 7г~- мезонов, что связано с недостаточно корректной трактовкой процессов, происходящих в ядрах-остатках.

Указанный недостаток модели FRITIOF наиболее ярко проявляется в распределениях протонов по кинематическим переменным в рС, dC, аС и СС взаимодействиях, хотя средние множественности протонов-участников описываются в пределах 10%. Таким образом дальнейшее экспериментальное и теоретическое изучение процессов, происходящих в ядрах-остатках, представляется крайнее необходимым и желательным.

В целом, модифицированную модель FRITIOF с учетом поправок, предложенных в настоящей диссертации, можно использовать для анализа существующих экспериментальных данных и при планировании новых экспериментальных исследований.

Работа, представленная в диссертации, была бы невозможна без помощи и поддержки многих людей.

Я выражаю искреннюю благодарность директору ЛВЭ ОИЯИ проф. А.И. Малахову, академику Российской АН A.M. Балдину, академику Б. Чадраа - президенту Монгольской АН, Ц. Баатару, X. Намсрай (ИФТ АН Монголии) за предоставленную возможность проводить исследования в ОИЯИ.

Я глубоко признателен моему научному руководителю доктору физикоматематических наук B.B. Ужинскому, который много сделал для моего образования и становления.

Я очень признателен проф. A.A. Кузнецову за постоянное внимание и поддержку моей работы в Дубне и ценные обсуждения.

Я благодарен моим коллегам и друзьям за многочисленные обсуждения и полезные советы - доктору физико-математических наук А.И. Бонда-ренко, кандидатам физико-математических наук Р.Г. Бадаляну Ю. А. Трояну, E.H. Кладницкой, М.К. Сулейманову, A.C. Хорозову, А.П. Иерусалимову.

Я благодарен лаборантам НЭКО ЛВЭ за сотрудничество по обработке и измерению экспериментальных материалов с 2-х метровой пропановой пузырьковой камеры.

Автор признателен группе по исследованию нейтрон-протонных взаимодействий Ю.А. Трояна за предоставленные экспериментальные данные.

Я благодарен жене Юли и дочере Энхбилэгу за предоставленную мне возможность работать над диссертацией.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Ганхуяг Батмунхийн, 1999 год

Литература

[1] Балдин A.M.// ЭЧАЯ, 1977, т. 8, с. 429.

[2] Барашенков B.C., Тонеев В.Д //"Взаимодействия высокоэнергетических частиц и атомных ядер с ядрами", М., Атомиздат, 1972.

[3] Bertini N.W. et al. //Phys. Rev. C9 (1974) 522.

[4] Bertini N.W. et al. //Pliys. Rev. C14 (1976) 590.

[5] Bondorf J.P. et al. //Phys. Lett. 65B (1976) 217.

[6] Bondorf J.P. et al. //Zeit. Phys. A279 (1976) 385.

[7] Toneev V.D., Gudima K.K. //Nucl. Phys. A400 (1983) 173.

[8] Capella A, Sukhatme U, Tan C.I., Tran Thanh Van J// Phys. Rep., 1994, v. 236, p. 227.

[9] Andersson B. et al.// Nucl. Phys. 281B (1987) 289; Nilsson-Almquist В., Stenlund E.// Сотр. Phys. Comm. 43 (1987) 387.

[10] Sorge H., Stoker H., Greiner W.// Ann. of Phys. (N.Y.) 192 (1989) 266; Nucl. Phys. A498 (1989) 567c.

[11] Sorge H., Keitz A.V., Mattiello R., Stoker H., Greiner W. // Zeit. fur Phys. C47 (1990) 629.

[12] Sorge H., Winckelmann L.A., Stoker H., Greiner W. //Zeit. fur Phys. C59 (1993) 85.

13

14

15

16

17

18

19

20 21

22

23

24

25

26

27

Wang X.N., Gyulassy M, //Phys. Rev. D44 (1991) 3501.

Uzhinskii V.V. //JINR prepr., Б2-96-192, 1996, Dubna.

Adamovich A.I. et al.//(EMU-01 Collab.) Zeit, fur Phys. A 358, (1997) 337.

Ганхз/яг Б, Ужинский B.B.// Сообщ. ОИЯИ, Р2-96-419, 1996.

Ganhuyag В, Uzhinskii V.// Czechoslovak Journal of Physics, 47 (1997) 913.

Ганхуяг Б., Ужинский B.B.// Сообщ. ОИЯИ, Pl-97-315, 1997.

Ганхуяг Б., Ужинский В.В.// Сообщ. ОИЯИ, Р2-97-397, 1997.

Ганхуяг Б.// Сообщ. ОИЯИ, Р2-98-26, 1998.

Ganhuyag В., Badalian R.// In proc.: European School on High Energy Physics, 1995 CERN 96-04., 1996.

Ganhuyag В., Uzhinskii V.// Abst., XIII Int. Sem. High Energy Phys. Problems, Dubna, Russia, 1996, p. 141

Ganhuyag В., Uzhinskii V., et al.// Abst., XIV Int. Sem. High Energy Phys. Problems, Dubna, 1998, p. 93.

Ganhuyag В., Uzhinskii V.// Abst., Int. Nucl. Phys. Conf., Paris, France. Vol.1, p.237

Баландин М.П. и др. //Nucl. Instr. and Methods V. 20 (1963) 110. Ангелов H. и др. //Препр. ОИЯИ, N1-12424, Дубна, 1979. Маркова Н.Ф. и др. //ОИЯИ, Р10-3768 , Дубна, 1968 г. Граменицкий И.М. и др. //ОИЯИ, Р1-2146, Дубна, 1965.

[29] Вишневская К.П. и др. //ОИЯИ, Р1-5978, Дубна, 1971.

[30] Гаспарян А.П., Григалашвили Н.С.// ОИЯИ, Р1-11335, Дубна, 1978.

[31] Агакишиев Г.Н. и др. //Препр. ОИЯИ, N1-83-662, Дубна, 1983.

[32] Aksinenko V.D. et al. //Nucí. Pliys. A348 (1980) 518.

[33] Aksinenko V.D. et al., //Nucí. Pliys. A234 (1979) 266.

[34] Gazdzicki M., Rohrich D. // Zeit. fur Pliys. C65. (1995) 215.

[35] Blann M. // Ann. Rev. Nucí. Sci. 17 (1966) 478.

[36] Blann M. // Ann. Rev. Nucí. Sci. 25 (1975) 123.

[37] Weisskopf V. // Pliys. Rev. 52 (1937) 295.

[38] Friedman W.A. // Phys. Rev. C28 (1983) 16.

[39] Барашенков B.C., Жереги Ф.Г., Мусульманбеков Ж.Ж. //препр. ОИЯИ, Р2-83-117, Дубна, 1983.

[40] Bertch G.F., Das Gupta S. //Pliys. Rep. 160 (1988) 189.

[41] Cassing W., Metag V., Mosel U., Ñuta K. // Phys. Rep. 188 (1990) 363.

[42] Aichelin J. // Phys. Rep. 202 (1991) 233.

[43] Амелин H.C., Гудима K.K., Тонеев В.Д. //ЯФ 51 (1990) 1730.

[44] Амелин Н.С., Гудима К.К., Сивоклоков С.Ю., Тонеев В.Д. // ЯФ 52 (1990) 272.

[45] Toneev V.D., Amelin N.S., Gudima К.К. //preprint GSI-89-52, Darmstadt, 1989.

[46] Toneev V.D., Gudima K.K. //preprint GSI-93-52, Darmstadt,

1993.

[47] Gudima K.K., Murin Yu.A. //Phys. Lett. B234, (1990) 1.

[48] Mashnik S.G. //In "Proceedings of a Specialists Meeting - Intermediate Energy Nuclear Data: Models and Codes". Paris, 1994, P. 107.

[49] Blann M.B., Gruppelaar H., Nagel P., Rodens J. //Report "International Code Comparison for Intermediate Energy Nuclear Data", NEA, OECD, Paris, 1994.

[50] Shmakov S.Yu., Slavin N.V., Uzhinskii V.V. //prepr. JINR, E2-88-792, Dubna, 1988.

[51] Боресков K.P., Кайдалов A.B., Киселев С.Т., Смородинская Н.Я. // ЯФ 53 (1991) 569.

[52] El-Waged Kh., Uzhinskii V.V. //preprint JINR E2-94-126, Dubna,

1994.

[53] Shmakov S.Yu., Uzhinskii V.V., Zadorozhny A.M. //Comp. Phys. Comm. 54 (1989) 125.

[54] Абдивалиев А. и др. //ОИЯИ, Pl-82-507, Дубна, 1982.

[55] К. Бешлиу и др., ЯФ, 1986, т. 43, с. 888.

[56] Golokhvastov A.I. //JINR Report, E2-89-364, Dubna, 1989.

[57] Бекмирзаев P.H. и др. // ЯФ 58 (1995) 1822.

[58] Agakishiyev H.N. et al. //Zeit, fur Phys. C27 (1985) 177.

[59] Агакишиев Г.Н. и др. //ЯФ 45 (1987) 1373.

[60] Агакишиев Г.Н. и др. //ЯФ 51 (1990) 758.

- 101 -

[61] Бекмирзаев Р.Н. и др. //ЯФ 58 (1995) 1863.

[62] Бекмирзаев RH. и др., ЯФ 58 (1995) 1642.

\