ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
ХАРАКТЕРИСТИКИ ^-ВЗАИМОДЕЙСТВИЙ ПРИ ИМПУЛЬСЕ 4.2 ГэВ/с В ЗАВИСИМОСТИ ОТ СТЕПЕНИ ЦЕНТРАЛЬНОСТИ
СОУДАРЕНИЯ ПРОТОНА С ЯДРОМ УГЛЕРОДА. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВТОРИЧНЫХ ЧАСТИЦ
© 2004 г. А. С. Галоян1), Е. Н. Кладницкая*, О. В. Рогачевский2), Р. Тогоо3), В. В. Ужинский
Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия Поступила в редакцию 18.10.2002 г.; после доработки 03.03.2003 г.
Представлены средние значения импульсов и углов вылета -мезонов и протонов в л.с. как для полного ансамбля взаимодействий протонов с импульсом 4.2 ГэВ/с с ядром углерода, так и для шести групп событий с различной степенью центральности соударений. Приведены распределения по полному и поперечному импульсам, а также по продольной быстроте для изучаемых частиц. Экспериментальные данные сравниваются с предсказаниями каскадно-испарительной модели и двух вариантов модернизированной модели FRITЮE Показано, что с ростом центральности соударений средние импульсы и быстроты вторичных частиц уменьшаются, поперечные импульсы остаются практически постоянными, а средние углы вылета частиц увеличиваются. Это согласуется с картиной каскадирования частиц в ядрах. Однако значение (рг) протонов-участников, полученное в рамках каскадно-испарительной модели, уменьшается с ростом центральности соударений в отличие от экспериментальных данных. В модернизированной модели FRITЮF с учетом Д+- и Д0-изобар достигнуто удовлетворительное описание экспериментальных данных. Определена также тормозная способность ядра углерода для протонов с импульсом 4.2 ГэВ/с.
ВВЕДЕНИЕ
Исследованию взаимодействий протонов с ядром углерода (pC-взаимодействий) при импульсе 4.2 ГэВ/с в условиях 4--геометрии посвящен цикл работ [1—9]. В нашей предыдущей работе [9] представлен подробный анализ множественностей вторичных заряженных частиц при различных значениях прицельного параметра соударений протонов с ядром углерода. Настоящая работа является продолжением этого исследования. В ней даны кинематические характеристики вторичных частиц — импульсные, угловые и быстротные распределения ^-мезонов и протонов для шести групп pC-взаимодействий от периферических до центральных. Как и в [9], экспериментальные результаты сравниваются с предсказаниями каскадно-испарительной модели [10] и двух вариантов модифицированной модели FRITIOF. Отдельно рассматривается тормозная способность
!)оияи, Лаборатория высоких энергий, Дубна, Россия;
Ереванский физический институт, Армения.
2)ОИЯИ, Лаборатория высоких энергий, Дубна, Россия;
ПИЯФ РАН, Гатчина, Россия.
3)Институт физики и техники, Улан-Батор, Монголия.
E-mail: klad@sunhe.jinr.ru
ядра углерода для протонов с импульсом 4.2 ГэВ/с. Изучение указанных характеристик важно для выяснения пространственно-временной картины рС-взаимодействий при изменении параметра соударения, в частности, для выяснения роли перерассеяний частиц в ядре углерода, а также для понимания механизма адрон-ядерных взаимодействий.
Как известно, спектр быстрых лидирующих протонов в рА-взаимодействиях достаточно успешно описывается в рамках глауберовского подхода — в рамках картины последовательных столкновений налетающей частицы с нуклонами ядра [11, 12]. В центральной области быстрот и в области фрагментации ядра-мишени, где при энергиях в несколько ГэВ велик вклад нуклонов ядра-мишени, можно ожидать нарушения этой картины. Поэтому представляет интерес исследование характеристик лидирующих и нелидирующих адронов.
Считается, что модель внутриядерного каскада [13] хорошо описывает выходы частиц в адрон-ядерных взаимодействиях при рассматриваемой энергии. В нашей работе [9] показано, что эта модель воспроизводит распределения по множественностям рожденных частиц в
рС-взаимодействиях. В то же время модель значительно завышает множественность п--мезонов в многонуклонных соударениях. Можно ожидать, что в импульсных распределениях п--мезонов, особенно в многократных соударениях, наиболее ярко проявятся недостатки каскадной модели.
В глауберовском подходе, как и в каскадной модели, предполагается, что адрон-ядерные и ядро-ядерные соударения можно представить в виде совокупности взаимодействий элементарных частиц.
Модель же РШТЮР [14, 15] предполагает двухчастичную кинематику неупругих нуклон-нуклонных взаимодействий: а + Ь — а' + Ь', где а' и Ь — возбужденные состояния исходных нуклонов. Возбужденные состояния характеризуются массой. Масса налетающей частицы в результате последовательных соударений в ядре возрастает, что приводит к увеличению множественности рожденных частиц при ее распаде. В существующем варианте модели РШТЮР считается, что возбужденные нуклоны ядра-мишени покидают ядро без дополнительных соударений и распадаются вне ядра. Для имитации процессов каскадирования в ядре в модернизированной модели РШТЮР используется модель реджеонного каскада [16]. Более полное описание модели можно найти в [17,18].
В нашей предыдущей работе [9] мы исследовали возможность описания множественностей рожденных частиц в рС-взаимодействиях при рр =
= 4.2 ГэВ/с в рамках модели РШТЮР и модели внутриядерного каскада. Было показано, что использованная нами каскадно-испарительная модель [10] завышает множественность п--мезо-нов в многонуклонных взаимодействиях, а модель РШТЮР занижает множественность рожденных пионов. Поскольку в эксперименте было замечено, что множественность п+ -мезонов пропорциональна множественности протонов-участников, возникла идея учесть в модели РШТЮР переходы типа р — п + п+, п — р + п-, обусловленные существованием или возникновением в ходе редже-онного каскада виртуальных Д+- и А0-изобар в ядрах. При этом было достигнуто удовлетворительное описание зависимости множественностей рожденных частиц от центральности соударений протонов с ядром углерода.
Представленные в настоящей работе кинематические характеристики частиц в событиях, различающихся степенью центральности соударений, позволяют выявить те области фазового пространства, в описании которых модели испытывают наибольшие трудности. Прежде всего анализ периферических взаимодействий дает возможность проверить правильность моделирования
элементарных взаимодействий. В многонуклонных взаимодействиях можно ожидать проявления коллективных эффектов. Если они существуют (например, в центральных соударениях возникает файербол, содержащий все сталкивающиеся нуклоны), то кинематические характеристики частиц должны слабо зависеть от степени центральности. Так ли это, будет показано ниже.
В разд. 1 дано краткое описание особенностей использованных нами экспериментальных данных. В разд. 2 представлены кинематические характеристики п±-мезонов, а в разд. 3 — характеристики протонов-участников.
В разд. 4 определяется тормозная способность ядра углерода. В физике прохождения быстрых частиц через вещество под тормозной способностью понимается средняя потеря кинетической энергии частицы при прохождении единицы пути. При этом предполагается, что эти потери малы и направление движения частицы почти не отличается от прямолинейного. В физике ядерных соударений потери энергии велики, и налетающую сохранившуюся частицу трудно отличить от частиц, выбитых из мишени. Поэтому в физике высоких энергий чаще говорят об изменении быстрот взаимодействующих нуклонов [19, 20]. Систематика тормозной способности ядер, определенной таким образом, дана в работе [21]. Для определения, близкого к классическому, как правило, используют модельные расчеты. Мы используем модель РШТЮР, учитывающую Д-изобары. В предыдущей работе [9] нами было показано, что в области импульсов р > 1.4 ГэВ/с доминируют сохранившиеся протоны, а нуклоны, выбитые из ядра-мишени, имеют импульсы меньше 1.4 ГэВ/с. В разд. 4 мы отдельно рассматриваем характеристики лидирующих (р > > 1.4 ГэВ/с) и нелидирующих (р < 1.4 ГэВ/с) протонов; там же приводятся данные о распределении энергии между различными типами вторичных частиц.
Рассмотрение завершается Заключением, в котором перечислены основные результаты.
1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ МАТЕРИАЛ
Экспериментальный материал получен на основе обработки стереофотографий с двухметровой пропановой пузырьковой камеры ЛВЭ ОИЯИ, помещенной в магнитное поле с напряженностью 1.5 Тл и облученной в пучке протонов с импульсом 4.2 ГэВ/с на синхрофазотроне ОИЯИ.
Методические вопросы, связанные с выделением событий неупругих рС-взаимодействий из полного ансамбля взаимодействий протонов с пропаном (С3Н8), введением поправок на число вторичных частиц и их импульсные и угловые
Таблица 1. Средние множественности частиц в рС-взаимодействиях при 4.2 ГэВ/с в зависимости от степени центральности взаимодействия Q (э — эксперимент, м — модель FRITЮF с учетом Д-изобар)
Я N,06 (%) ("-7Г-) ("-7Г+) (пр-уч) (п-р-уч), 0.3 <р< 1.4 ГэВ/с (np-уч), р > 1.4 ГэВ/с
1 э 2289 (27.3) 0.522 ±0.013 0.416 ±0.010 1.054 ±0.015 0.466 ±0.011 0.588 ±0.020
м 28457 (28.4) 0.479 ±0.004 0.379 ±0.003 1.088 ±0.005 0.303 ±0.003 0.785 ±0.006
2 э 3814(45.6) 0.321 ±0.007 0.660 ±0.008 1.743 ±0.010 1.003 ±0.010 0.740 ±0.018
м 37635(37.6) 0.321 ±0.003 0.662 ±0.004 1.658 ±0.004 0.864 ± 0.004 0.794 ±0.005
3 э 1477(17.6) 0.423 ±0.016 0.965 ±0.020 2.526 ±0.024 1.863 ±0.025 0.664 ±0.027
м 16675(16.7) 0.424 ±0.005 0.787 ±0.006 2.624 ±0.007 1.912 ±0.007 0.712 ±0.007
4 э 575 (6.9) 0.476 ±0.027 1.22 ±0.04 3.22 ±0.04 2.65 ±0.05 0.57 ±0.04
м 9551 (9.6) 0.448 ±0.006 0.857 ±0.008 3.54 ±0.01 2.927 ±0.010 0.62 ±0.01
5 э 164(2.0) 0.43 ±0.05 1.40 ±0.08 4.02 ±0.09 3.55 ±0.10 0.47 ±0.06
м 5166(5.2) 0.45 ±0.01 0.89 ±0.01 4.46 ±0.02 3.923 ±0.016 0.54 ±0.01
>6 э 52(0.6) 0.36 ±0.07 1.58 ±0.16 5.10 ±0.18 4.54 ±0.21 0.56 ±0.11
м 2516(2.5) 0.46 ±0.01 0.93 ±0.02 5.75 ±0.03 5.316 ±0.024 0.44 ±0.01
Все э 8371(100) 0.407 ±0.006 0.706 ±0.007 1.860 ±0.010 1.192 ±0.011 0.668 ±0.012
события м 100000(100) 0.406 ±0.002 0.640 ±0.002 2.085 ±0.004 1.346 ±0.004 0.739 ±0.003
Примечание. В скобках представлена доля событий с данным Q в %.
характеристики, а также введением "весов" на положительно заряженные частицы с импульсом выше 0.5 ГэВ/с, рассмотрены в работах [1, 2, 22
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.