Извлечение электромагнитных формфакторов нуклонных резонансов из анализа данных детектора clas в реакциях рождения пар заряженных пионов на протоне реальными и виртуальными фотонами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Исупов, Евгений Леонидович

• Исупов, Евгений Леонидович
• кандидат физико-математических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Исупов, Евгений Леонидович

Введение.

Глава 1. Электромагнитное возбуждение нуклонныхрезонансов.

Нуклонные резонансы в инклюзивных реакциях

Нуклонные резонансы в эксклюзивных реакциях

Глава 2. Экспериментальная установка.

Ускорительный комплекс ЛЬАВ

Детектор СЬАв

Тороидальный магнит

Дрейфовые камеры

Черенковский счётчик

Электромагнитный калориметр

Система времени пролёта

Система сбора данных

Реконструкция событий

Калибровка детектора

Окончательный процесс реконструкции

Реконструкция треков

Реконструкция времени отсчёта

Отбор событий

Идентификация заряженных частиц

Идентификация нейтральных частиц

Генератор событий для реакции электророждения двух пионов на протоне

Глава 3. Дальнейшее развитие феноменологической модели рождения заряженных пионов на основе данных С1Л8 по полной совокупности эксклюзивных наблюдаемых.

Обзор ранней версии модели рождения двух пионов на протоне

Включение нового изобарного канала ур—> я-+£)13(1520)

Прямое рождение пар пионов и дополнительная структура в канале ур—>лА

Включение новых изобарных каналов ур^> л"+/^5(1685), ур —» (1600)

Глава 4. Извлечение электромагнитных формфакторов пуклонных резонансов из данных С LAS на основе расширенной модели.

Обзор результатов полученных на основе ранней версии модели

Анализ данных CLAS на основе модели версии 2005 года

Объединенный анализ однопионного и двухпионного каналов.

Поиск "missing "резонанса.

Извлечение электромагнитных формфакторов и вкладов различных изобарных каналов.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Извлечение электромагнитных формфакторов нуклонных резонансов из анализа данных детектора clas в реакциях рождения пар заряженных пионов на протоне реальными и виртуальными фотонами»

В настоящее время проводятся многочисленные исследования структуры нуклона. Актуальность задачи связана во многом со следующим: с одной стороны в нашем распоряжении имеется квантовая хромодинамика - калибровочная теория сильного взаимодействия, но с другой стороны задача, состоящая в получении предсказаний этой теории в области больших расстояний, наталкивается на огромные трудности. Реакции, в которых рождаются нуклонные резонансы, не могут быть описаны на языке степеней свободы квантовой хромодинамики — кварков и глюонов. В этой области энергий используется другой язык - мезон-барионные степени свободы. Поэтому задача исследования свойств нуклонных резонансов формулируется следующим образом. Необходимо описать реакции в области промежуточных энергий адекватным набором механизмов на языке эффективных степеней свободы - барионов и мезонов. Для проверки адекватности набора механизмов необходимо использовать для анализа всю совокупность наблюдаемых распределений, одномерных и многомерных дифференциальных и интегральных сечений. Необходимо тестировать извлеченные параметры в совместном анализе нескольких эксклюзивных каналах. На этом пути - можно получить минимально зависящие от феноменологических моделей результаты. Используя эти результаты, можно пытаться найти доступ к фундаментальным степеням свободы КХД — кваркам и глюонам, и тем самым выяснить динамику сильного взаимодействия в области расстояний соответствующих конфайнменту. Развитию и усовершенствованию одной из таких феноменологических моделей[1], описывающей эксклюзивный канал рождения пар заряженных пионов на протоне и посвящена настоящая диссертация.

Цель работы.

Настоящая диссертация посвящена развитию начатого в [2] физического анализа первых данных коллаборации СЬАЯ по эксклюзивному каналу рождения пар заряженных пионов на протоне виртуальными и реальными фотонами.

Основные пункты исследования:

• Расширение феноменологической модели новыми изобарными каналами.

• Параметризация остаточных механизмов, дающих вклад в сечение рождения пар заряженных пионов

• Исследования в области обнаружения новых резонансных состояний

Актуальность работы связана с необходимостью построения феноменологических моделей различных эксклюзивных реакций, в которых участвуют сильновзаимодействующие частицы, в области промежуточных энергий.

Научная новизна работы и практическая значимость работы.

Существенно дополнена и усовершенствована развитая в [1] феноменологическая модель рождения пар заряженных пионов на протоне под действием реальных и виртуальных фотонов.

Подтверждено наличие обнаруженной раннее[2] резонансной структуры в зависимости интегральных л*л~ сечений от инвариантной массы конечной адронной системы при \У ~ 1.7 ГэВ.

На уровне мезон-барионных диаграмм осуществлена параметризация вкладов остаточных механизмов дающих вклад в двух-пионное сечение.

В рамках развитого в работе подхода были уточнены ()2 -зависимости электромагнитных формфакторов большинства высоколежащих нуклонных резонансов с массами более 1.6 ГэВ.

Автор защищает:

• Включение в феноменологическую модель новых промежуточных квазидвухчастичных изобарных каналов ур->л+Аз(1520) , ур-^1г+^°(1685) , ур -> л"(1600).

• На уровне мезон-барионных диаграмм осуществлена параметризация вкладов остаточных механизмов дающих вклад в двухпионное сечение, тем самым произведено четкое разделение резонансной и нерезонансной частей двухпионного сечения.

• В рамках развитого в работе подхода были уточнены О2 -зависимости электромагнитных формфакторов большинства высоколежащих нуклонных резонансов с массами более 1.6 ГэВ.

• Подтверждено наличие обнаруженной раннее[2] резонансной структуры в зависимости интегральных сечений рождения пар заряженных пионов от инвариантной массы конечной адронной системы при \У ~ 1.7 ГэВ

• Уточнены данные о вкладах резонансной и нерезонансной частей в сечение эксклюзивного рождения л+л~ пар виртуальными фотонами, а также извлечены сечения квазидвухчастичных каналов уур-> л+А°,уур рр, ур -> л-+Д°3(1520), ур -> я-^°(1685) ур ->

Апробация работы. Основные результаты были представлены на следующих конференциях:

• международной конференции по возбужденным барионам «./V* 2002» (Питсбург, 9-12 октября 2002)

• международной конференции по возбужденным барионам « лг* 2004» (Гренобль, 24-27 марта 2004)

• международной конференции по возбужденным барионам « лг* 2005» (Флорида, 10-15 октября 2005)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 4 печатные работы(статьи в журналах и трудах конференций). Ссылки на работы приведены в списке литературы

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из оглавления, введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Объем диссертации - 110 е., рисунков - 48, таблиц - 6, наименований в списке литературы - 50.

Во введении обоснована актуальность темы, выбор методов и объектов исследования, сформулированы цель, новизна, научная и практическая значимость работы, основные положения, выносимые на защиту, кратко изложено содержание диссертации по главам.

В первой главе дается экспериментальный обзор инклюзивных и эксклюзивных реакций, в которых проявляются вклады от возбуждений нуклонных резонансов.

Во второй главе описывается экспериментальная установка Лаборатории Джефферсона.

В третьей главе непосредственно описана феноменологическая модель рождения пар заряженных пионов на протоне.

В четвертой главе даются результаты анализа данных СЬА8 по рождению пар заряженных пионов виртуальными и реальными фотонами на основе расширенной версии модели. Обсуждается сигнал от возможного нового состояния.

В заключении кратко сформулированы основные результаты.

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Исупов, Евгений Леонидович

Заключение

I. Усовершенствована и существенно дополнена модель описания рождения пар заряженных пионов реальными и виртуальными фотонами в области \У < 2.5 ГэВ и переменных О2, I несколько ГэВ2.

Модель хорошо воспроизводит имеющиеся данные и позволяет из условия наилучшего описания измеренных сечений рождения пар заряженных пионов извлечь информацию о:

- электромагнитных формфакторах нуклоных резонансов Л2(б2),4,2(б2)А/2(е2); вкладе различных двухчастичных каналов с формированием нестабильных частиц в промежуточном состоянии;

- вкладе резонансных и нерезонансных процессов;

Модель не имеет мировых аналогов и принята Международной Коллаборацией СЬА8 в качестве основного подхода для анализа экспериментальных данных по рождению пар заряженных пионов.

2. На уровне мезон-бар ионных диаграмм осуществлена параметризация вкладов остаточных механизмов дающих вклад в двух-пионное сечение тем самым произведено четкое разделение резонансной и нерезонансной частей.

3. В рамках развитого в работе подхода были уточнены О2 -зависимости электромагнитных формфакторов большинства высоколежащих нуклонных резонансов с массами более 1.6 ГэВ.

4. Подтверждено наличие обнаруженной раннее[2] резонансной структуры в зависимости интегральных сечений от инвариантной массы конечной адронной системы при XV ~ 1.7 ГэВ, Полученные из условия наилучшего описания данных квантовые числа этого состояния - 3/2+ (1720).

5. Уточнены данные о вкладах резонансной и нерезонансной частей в сечение эксклюзивного рождения п+п~ пар виртуальными фотонами, а также извлечены сечения квазидвухчастичных каналов уур^>л~Д++, уур^л+А°,уур^рр,ур^ ; (1520), ур (1685), ур (1600).

Автор выражает благодарность своим научным руководителям проф. Ишханову Б. С. и с. н. с. Мокееву В. И за постоянною поддержку и помощь в подготовке данной диссертации. Также выражаю благодарность всем сотрудникам отдела электромагнитных процессов и взаимодействий атомных ядер и Лаборатории Джефферсона, особенно профессору В. Д. Буркерту за постоянное внимание и полезные обсуждения.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Исупов, Евгений Леонидович, 2006 год

1. M. Ripani, V.D. Burkert, V. I. Mokeev, et al, Phys Rev. Lett. 91, 022002(2003)

2. F. W. Brasse, e. a. Nucl. Phys. В110 413 (1976)

3. M. Osipenko etal.(CLKS collaboration), Phys.Rev.D67:092001,2003

4. G. Ricco et a/.,Nucl. Phys. B555, 306(1999) ; G. Ricco et al.,Phys. Rev, C57, 356

5. A. Bodek et tf/.,Phys.Rev. D20, 1471(1979) ;S.Stein et tf/.,Phys.Rev. D12, 1884(1975)

6. L.W. Whitlow et al.,Phys. Lett. B282, 475 (1992).

7. В. Adeva et al.,Phys.Rev. D58, 112001(1998)

8. A. Milsztajn et al.,Z. Phys. C49, 527 (1991).

9. Герасимов С. Б., Ядерная Физика , 2 , 598(1965)1 l.Drell S. D., Hearn A. C., Phys. Rev. Lett., 17, 616(1966)

10. R. Fatemi et o/.(CLAS collaboration), Phys. Rev. Lett. 91, 222002(2003)

11. J. Yun etal.(CLAS collaboration), Phys. Rev. C67, 055204(2003)

12. A. Deur etal., Phys. Rev. Lett. 93, 212001(2004)

13. X. Ji, C. W. Kao, J. Osborne. D63, 097904(2001)

14. V. D. Burkert, Phys. Rev. D 63, 097904(2001)

15. M. Anselmino, B. L. Ioffe and E.Leader, Sov. J. Nucl. Phys. 49 136(1989)

16. V. D. Burkert and B. L. Ioffe, Phys. Lett. B 296, 223(1992); V. D. Burkert and Zh.Li, Phys. Rev. D 47, 46(1993); V.D Burkert and B.L.Ioffe, J. Exp. Theor. Phys. 78, 619(1994)

17. J.Soffer and O.V. Teryaev, Phys. Rev D 51, 25 (1995); J.Soffer and O.V. Teryaev, Phys. Lett. B545, 323(2002)

18. A. Buchmann and E. Henley, Phys. Rev. D 65,073017(2002)

19. A. Buchmann and E. Henley, Phys. Rev. C 62, 015202(2001)

20. A. Buchmann and E. Henley, Phys. Rev. D 65,021317(2002)

21. C. Alexandrou et al., Phys. Rev. D 69 114506

22. C. Alexandrou et o/.,hep-lat/0409122

23. K. Joo, etal.(CLAS collaboration), Phys. Rev. Lett. 88, 122001(2002)

24. V.D. Burkert, T.-S. Lee, International. Journal of Modern Physics E, Vol 13, No. 6(2004) 1035-1111

25. G. Aznauryan, et al. To be published in Phys. Rev. C, arXiv: nucl-th/0407021

26. S. Capstic and B. Keister, Phys. Rev. D 51, 3598(1995)

27. E. Pace, G. Salme, and S. Simula, Few Body Syst. Suppl. 10:407,1999

28. M. Warns, H. Schroder, W. Pfeil, and H. Rollnik, Z.Phys. C 45, 627(1990)

29. M. Aiello, M.M. Giannini, and E. Santopinto, J.Phys. G 24:753, 1998

30. F. Cano and P.Gonzales, Phys. Lett. B431:270(1998)

31. M. D. Mestayer et. al. Nucl. Instr. and Meth. A449,81 (2000).

32. D. S. Carman et. al. Nucl. Instr. and Meth. A419,315 (1998).

33. G. Adams et al. Submitted to Nuclear Instruments and Methods 7/28/2000

34. M. Amarian et al. Submitted to Nuclear Instruments and Methods 9/27/2000

35. M. Anghinolfi et. al. Nucl. Instr. and Meth. A447,424 (1998).

36. E. S. Smith et. al. Nucl. Instr. and Meth. A432,256 (1999).

37. V. Blobel et. al. The BOS system for the CLAS detector: Dynamic Memory Management 1995.

38. Particle Data Group, Phys. Rev. D54, 1(1996).

39. M. Giannini, Rep. Prog. Phys. 54, 453 (1990).

40. D. M. Manley, E. M. Salesky, Phys. Rev. D45, 4002 (1992).

41. R. G. Newton, Scattering theory of waves and particles. McGraw-Hill (1969).

42. J. M. Batt, W. F. Waisskopf, Theoretical Nuclear Physics, New York-London (1952).

43. I.G. Aznauryan et. al., submitted to Phys. Rev. C., hep-ph/0508057

44. F.James. MINUIT Minimization package reference manual. CERN Program Library Long Writeup D506

45. I.G. Aznauryan, V. D. Burkert, H. Egiyan, et. al, Phys. Rev. C71, 015201(2005)

46. В.Д. Буркерт,В И Мокеев, JI Елуадхрири, A.A. Болучевский, Г.В Федотов, Е. Л Исупов, Б.С. Ишханов, Н.В. Шведунов НОВЫЕ

47. ВОЗМОЖНОСТИ В ИЗУЧЕНИИ НУКЛОННЫХ РЕЗОНАНСОВ в РОЖДЕНИИ Л-+Л■- ПАР ПОЛЯРИЗОВАННЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ НА НЕПОЛЯРИЗОВАННОМ ПРОТОНЕ. Ядерная физика 2004 67 Юстр 1918-1922