ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2004, том 67, № 12, с. 2193-2199
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
общие особенности односпиновои асимметрии инклюзивного рождения п-мезонов в экспериментах с
фиксированной мишенью
© 2004 г. А. Н. Васильев, В. В. Мочалов*
Институт физики высоких энергий, Протвино, Россия Поступила в редакцию 26.11.2003 г.
Проведен анализ результатов различных экспериментов по измерению односпиновой асимметрии в инклюзивном рождении п-мезонов в диапазоне энергий от 13 до 200 ГэВ. Обнаружен экспериментальный факт, что односпиновая асимметрия начинает возрастать при одном универсальном значении энергии п-мезона в с.ц.м.
ВВЕДЕНИЕ
В эксперименте ПРОЗА-М в ИФВЭ были проведены измерения односпиновой асимметрии АN в реакциях п- + р^ — п0 + X и п- + ^ — п0 + X при энергии пучка 40 ГэВ в центральной области при значении скейлинговой переменной Фейнмана |жр| < 0.15 [1]. Было обнаружено, что при поперечном импульсе рт < 1.6 ГэВ/с асимметрия сравнима с нулем, тогда как при рт > 1.6 ГэВ/с асимметрия линейно возрастает по абсолютной величине и достигает —40% при рт & 2.5 ГэВ/с (рис. 1, слева). Если фитировать асимметрию линейной функцией, то прямая пересекает ось абсцисс при значении поперечного импульса рТ & 1.7 ГэВ/с [1]. Асимметрия в реакции п- + р| — п0 + X была также измерена в области фрагментации поляризованной мишени [2] (рис. 1, справа). Обнаружено, что асимметрия при —0.8 < XF < —0.4 и рт в диапазоне от 1 до 2 ГэВ/с существенна, тогда как при малых значениях |хр| и рт асимметрия сравнима с нулем. Оказалось, что асимметрия начинает возрастать при значении энергии п0-мезона в с.ц.м. &
& 1.7 ГэВ [2]. Аналогичное поведение асимметрии было обнаружено и в реакции р + р^ — п0 + X при энергии 70 ГэВ [3]. Таким образом, можно предположить, что до некоторого порогового значения асимметрия не возникает, потом линейно растет и, наконец, на некотором уровне выходит на насыщение, хотя бы потому, что она ограничена величиной 100%.
Исходя из этого зависимость асимметрии от
энергии можно описать функцией
An =
0 при E < E0, k ■ (E - E0) при E > E0,
(1)
E-mail: mochalov@mx.ihep.su
где Е — энергия рожденного п0-мезона в с.ц.м., Е0 — пороговое значение. п0-Мезоны регистрируются в достаточно узком угле относительно оси пучка, поэтому для каждого эксперимента зависимость асимметрии от энергии отражает на самом деле зависимость от поперечного импульса рт (эксперимент в центральной области) или зависимость от XF (эксперимент в области фрагментации поляризованной частицы). Насыщение может достигаться при больших значениях рт или XF, где ошибки измерений достаточно велики, вследствие чего эти точки не сильно меняют результат. Так как нет критерия, позволяющего определить, в какой момент асимметрия начинает выходить на насыщение, при фитировании использовались все точки.
В результате фитирования по формуле (1) значения точки Е0, в которой асимметрия начинает возрастать, соответственно равны: Ец^ = 1.67 ± ± 0.11 ГэВ — в центральной области и
ЕСШ =
= 1.76 ± 0.16 ГэВ — в области фрагментации поляризованной мишени. Заметим, что реальные ошибки несколько выше, так как не учтена точность определения энергии, и для каждой точки происходит интегрирование по поперечному импульсу и XF. Изменение среднего значения переменной XF на 0.01 приводит при 200 ГэВ, например, к изменению значения точки излома на 0.1 ГэВ.
Таким образом, в реакции п- + р^ — п0 + X асимметрия начинает расти при одной и той же энергии п0-мезона в с.ц.м. в двух различных кинематических областях. Однако данный результат не дает ответа на вопрос, по какой кинематической
2194
Ам, %
ВАСИЛЬЕВ, МОЧАЛОВ Аы, %
-50
-100
-20
-40
Е
смэ
, ГэВ
Рис. 1. Зависимость Лм от энергии п0-мезона в с.ц.м. в реакции п + р| в области фрагментации мишени (справа) [2] при энергии пучка 40 ГэВ.
+ X в центральной области (слева) [1] и
0
0
1
2
3
1
2
3
4
4
—> п
переменной поведение асимметрии универсально. Большинство существующих моделей рассматривает асимметрию как функцию хр или рт в зависимости от кинематической области, в которой проведены измерения.
А„, %
40 -
А„, %
20 -
0к
40 -
20
0Ь
2.5 2
Е см\ ГэВ
Рис. 2. Зависимость Лм от хр (вверху) и от энергии в с.ц.м. (внизу) в реакции р| + р ^ п+ + X в области фрагментации поляризованного пучка в экспериментах Е925 при 22 ГэВ [4] (слева) и Е704 при 200 ГэВ [5] (справа).
В настоящей работе проанализированы результаты измерения односпиновой асимметрии инклюзивного образования п
+
-мезонов во всех
поляризационных экспериментах с фиксированной мишенью в разных кинематических областях при энергиях пучка от 13 до 200 ГэВ, при этом рассматривались только результаты измерений при значениях поперечного импульса рт > 0.5 ГэВ/с.
1. ОДНОСПИНОВЫЕ АСИММЕТРИИ ИНКЛЮЗИВНОГО ОБРАЗОВАНИЯ п-МЕЗОНОВ
1.1. Односпиновые асимметрии инклюзивного образования п+ -мезонов
Измерения АN инклюзивного рождения п+-ме-зонов были проведены в БНЛ при энергиях пучка 13.3, 18.5 и 22 ГэВ, в ИФВЭ при 40 ГэВ и во ФНАЛ при 200 ГэВ.
Сначала проанализируем результаты двух экспериментов Е925 [4] и Е704 [5] в области фрагментации поляризованного пучка в реакции р^ + + р — п+ + X в одинаковых кинематических областях переменных рт и хр, но при существенно разных энергиях пучка: 22 [4] и 200 ГэВ [5]. В обоих экспериментах при значениях рт > 0.7 ГэВ/с и хр > 0.7 асимметрия достигает 40%. В то же время асимметрия начинает возрастать при существенно разных значениях переменной хр. При фитировании экспериментальных данных по формуле (1) зависимостью от хр получаем, что точка начала роста асимметрии в эксперименте Е925 равна хр = 0.46 ± 0.01, а в эксперименте Е704 — хр = 0.16 ± 0.02 (см. рис. 2, вверху). В области
ОБЩИЕ ОСОБЕННОСТИ ОДНОСПИНОВОЙ АСИММЕТРИИ 2195
Ам, %
Рис. 3. Зависимость Лм от ЕСМ8 в реакции р-\ + р ^ п+ + X при энергии пучка 13.3 (слева) и 18.5 ГэВ (справа) и хр га 0.2 [7].
фрагментации поляризованного пучка асимметрия практически во всех моделях зависит в основном от хр (см., например, [6]), что противоречит экспериментальным данным.
Во Введении и ранее в работе [2] было отмечено, что в реакции п~ + р-\ — п0 + X для двух разных кинематических областей (в области фрагментации поляризованной частицы и в центральной области при хр ~ 0) абсолютное значение асимметрии начинает возрастать при одном и том же значении энергии п0-мезона в с.ц.м. Для каждого эксперимента найдем зависимость асимметрии от энергии в с.ц.м. ЕСМ8 (см. рис. 2, внизу). Точки начала роста асимметрии ЕСМ8 = 1.57 ± 0.04 ГэВ для эксперимента Е925 и ЕСМ = 1.68 ± 0.22 ГэВ для Е704 совпадают в пределах ошибок. Удивительно, но это значение совпадает и с результатами, полученными ранее для п0-мезона.
Для всех остальных экспериментов далее сразу анализировалась зависимость асимметрии от полной энергии п-мезона в с.ц.м. функцией (1), тогда как в оригинальных работах асимметрия изучалась как функция поперечного импульса рт или скей-линговой переменной Фейнмана хр.
1.1.1. Измерения в БНЛ при 13.3 и 18.5 ГэВ
В БНЛ при энергии поляризованного протонного пучка 13.3 и 18.5 ГэВ ассимметрия исследовалась при (хр) = 0.2 в зависимости от поперечного импульса. Результаты, взятые из работы [7], приведены на рис. 3. Асимметрия начинает возрастать в точке ЕСШ = 1.26 ± 0.04 ГэВ при энергии 13.3 ГэВ и в точке ЕСМ = 1.46 ± 0.08 ГэВ при 18.5 ГэВ.
1.1.2. Измерения в ИФВЭ при 40 ГэВ
Асимметрия инклюзивного рождения п+-мезонов была также измерена в эксперименте ФОДС, Протвино [8]. Авторы сделали вывод, что асимметрия пересекает нуль при фитировании данных прямой линией при хт = 0.37 ± 0.02, что соответствует при хр = 0 значению энергии в с.ц.м. = 1.62 ± 0.10 ГэВ (хт = 2рт/у/И). К
сожалению, в работе [8] не приведены значения хр для каждого интервала по поперечному импульсу. В то же время там указано, что среднее значение хр менялось от 0.02 до 0.1. Значение хр = 0.1 для каждого интервала по продольному импульсу означает пересечение оси при ЕСМ = 1.66 ГэВ. Поэтому с хорошей точностью получаем Е^8 = = 1.64 ± 0.15 ГэВ.
1.2. Односпиновые асимметрии инклюзивного образования п0 -мезонов
Асимметрия инклюзивного рождения п0-мезо-нов исследовалась в ЦЕРН при 24 ГэВ в рр-р рассеянии, в Протвино в реакции п~ + р^ — п0 + + X при 40 ГэВ и в реакции р + р^ — п0 + X при 70 ГэВ, а также во ФНАЛ при 200 ГэВ в р^р- и р^р-взаимодействиях. Результаты анализа асимметрии в реакции п~ + р^ — п0 + X при 40 ГэВ рассмотрены ранее.
1.2.1. Измерения в реакции р + р^ — п0 + X
Результаты измерения асимметрии в реакции р + р\ — п0 + X при энергии 24 ГэВ [9] приведены
2196
ВАСИЛЬЕВ, МОЧАЛОВ
An, % 0.5 г
0-
-0.5 -
-1.0 -
-1.5
ANW %
J\
J\
70 ГэВ
2.5 1 2 3
ЕСШ, ГэВ
Рис. 4. Зависимость Лм от ЕСМБ в реакции р + р| ^ п0 + X в центральной области при 24 ГэВ [9] (слева) и в области фрагментации поляризованной частицы при 70 ГэВ [3] (справа).
ECMS, ГэВ
Рис. 5. Зависимость асимметрии AN ^0-мезонов от ECMS в p-fp- (слева) и pjp-взаимодействиях (справа) в области фрагментации пучка при 200 ГэВ (ФНАЛ) [10].
на рис. 4 (слева). Асимметрия возрастает, начиная с е£м = 1.70 ± 0.07 ГэВ.
Предварительные результаты измерения AN в реакции р + р^ — п0 + X при энергии 70 ГэВ опубликованы в работе [3]. В центральной области измеренная асимметрия близка к нулю, тогда как в области фрагментации мишени "сырая" асимметрия достигала —3%, что соответствует величине —30% физически наблюдаемой AN (рис. 4, справа). Точка начала роста асимметрии ЕдМ = = 1.93 ± 0.12 ГэВ.
1.2.2. Измерения в реакции р](р>]) +р — п0 + X при 200 ГэВ
Асимметрия AN в реакции р-](р-])+ р — п0 + X при 200 ГэВ измерена в эксперименте Е704 [10]
(рис. 5). Асимметрия в реакции р^ + р — п0 + + X начинает расти при ЕдМ =2.16 ± 0.26 ГэВ, а в реакции р^ + р — п0 + X — при ЕдМ = 0.9 ± ± 0.6 ГэВ.
В центральной области в реакции р^ + р — п0 + + X асимметрия совпадает с нулем во всем диапазоне измерений [11].
1.3. Односпиновые асимметрии инклюзивного образования п- -мезонов
Подобные же исследования были проведены для реакции р^ + р — п- + X при энергии 22 [4] и 200 ГэВ [5]
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.