ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2004, том 67, № 3, с. 519-527
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ВРАЩЕНИЯ СПИНА В УПРУГОМ р-РАССЕЯНИИ ПРИ ИМПУЛЬСЕ 1.62 ГэВ/с И КАЛИБРОВКА УГЛЕРОДНОГО ПОЛЯРИМЕТРА
© 2004 г. Ю. А. Белоглазов1), А. И. Ковалев1^ С. П. Круглов1), Д. В. Новинский1)*, В. В. Сумачев1), В. Ю. Траутман1), В. А. Щедров1), И. Г. Алексеев2), П. Е. Будковский2), В. В. Журкин2), В. П. Канавец2), Л. И. Королева2), Б. В. Морозов2), В. М. Нестеров2), В. В. Рыльцов2), Д. Н. Свирида2), А. Д. Сулимов2), Н. А. Бажанов3), Э. И. Бунятова3)
Поступила в редакцию 03.04.2003 г.; после доработки 14.07.2003 г.
Представлены экспериментальные данные по параметрам вращения спина А и К в упругом п+р-взаимодействии, впервые полученные при импульсе рп = 1.62 ГэВ/с. Эти данные необходимы для однозначного восстановления амплитуды пион-нуклонного рассеяния и, следовательно, для получения правильного спектра нестранных барионных резонансов. Для получения результатов по поляризационным параметрам А и К с минимально возможной систематической погрешностью предварительно, в отдельном эксперименте, была выполнена калибровка углеродного поляриметра: измерена анализирующая способность протон-углеродного рассеяния в интервале энергий протонов Тр = 0.7—1.3 ГэВ. Экспериментальные данные получены на протонном синхротроне ИТЭФ Коллаборацией ПИЯФ— ИТЭФ.
1. ВВЕДЕНИЕ Основной целью настоящей работы является однозначное восстановление амплитуды пион-нуклонного (пЫ) рассеяния путем экспериментального изучения поляризационных параметров вращения спина А и К (КА-эксперимент) с целью получения правильного спектра пЫ-резонансов, состоящих из и- и й-кварков. Опыты по измерению параметров вращения спина являются ключевыми при изучении пЫ-рассеяния, так как в отсутствие данных по параметрам А и К, даже при наличии огромного количества экспериментальной информации по полным (а^), дифференциальным (йа/йО) сечениям и по поляризационному параметру Р, восстановление амплитуды пЫ-взаимодействия производится с точностью до дискретных неоднозначностей [1]. Именно такая ситуация имела место во второй резонансной области п±р-рассеяния (рп ~ 1—2 ГэВ/с) до 1995 г. при полном отсутствии данных по параметрам вращения спина во всех каналах пЫ-рассеяния, что проявлялось в существенных расхождениях между предсказаниями глобальных парциально-волновых анализов (ПВА).
''Петербургский институт ядерной физики РАН, Гатчина.
2)Институт теоретической и экспериментальной физики, Москва, Россия.
3)Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия.
E-mail: dimanov@pnpi.spb.ru
В самом деле, амплитуду пр-рассеяния можно представить следующим образом [2]:
M = f - ig(a ■ n),
о:
где f и д — комплексные амплитуды рассеяния соответственно без переворота и с переворотом спина; а — матрица Паули; п — единичный вектор нормали к плоскости упругого пр-рассеяния.
Наблюдаемые в пЫ-рассеянии определяются через амплитуды f и д [2]:
йа/йО = Ц |2 + \д\2, (2)
P
2R е(/*<7)
1/12 + Ы2'
(3)
A =
R
-(\f |2 - \g\2) sin 0с.цм. + 2Im(f *g) cos d.
с.ц.м.
\f \2 + \g\2
(4)
(\f\2 - \g\2) cos 0с.ц.м. + 2Im(f *g) sin 0с.ц.м
\f\2 + \g\2
(5)
где 0с.ц.м. — угол рассеяния в с.ц.м. Просуммировав квадраты величин Р, А и К явным образом, получаем:
Р2 + А2 + К2 = 1. (6)
Ранее было показано [1, 3], что при измерении только дифференциального сечения и параметра
Таблица 1. Характеристики [массы и ширины (последние указаны в скобках)] резонансов с изоспином I = 3/2 по результатам предсказаний ПВА БМ90 [5], КН80 [6], СМВ80 [7] и БМ95 [8]
Резонанс ¿3,2J Статус КН80 СМВ80 SM90 SM95
А(1900) S31 ** 1908(140) 1890(170) Нет Нет
Д(1905) F35 * * * * 1905(260) 1910(400) 1794(230) 1850(294)
Д(1910) Р31 * * * * 1888(280) 1910(225) 1950(400) 2152(760)
Д(1920) Рзз * * * 1868(220) 1920(300) Нет Нет
Д(1930) D35 * * * 1901(195) 1940(320) 2018(400) 2056(590)
Д(1940) D33 * Нет 1940(200) Нет Нет
Д(1950) F37 * * * * 1923(224) 1950(320) 1884(240) 1921(232)
P невозможно однозначно определить амплитуды f и g, так как, например, одному и тому же значению P можно приписать различные комбинации величин f и g. Только экспериментальное исследование параметров вращения спина A и R позволяет устранить подобные неоднозначности, которые неопределимы из измерений da/dQ и P, и, следовательно, дает принципиально новую информацию об амплитуде пр-рассеяния.
Впервые выполненные измерения параметров вращения спина для упругого п+р-рассеяния при импульсе рп = 1.43 ГэВ/c [4] показали, что результат для параметра A совпал с предсказанием ПВА Вирджинского политехнического института SM90 [5] и противоречил (на уровне трех стандартных отклонений) предсказаниям ПВА групп университетов Карлсруэ—Хельсинки (KH80) [6] и Карнеги-Меллон-Беркли (CMB80) [7]. Эти три ПВА предсказывают различающиеся спектры и характеристики Д-резонансов с массами п+р-системы M = = л/s ~ 2 ГэВ. Спектр и основные параметры указанных резонансов приведены в табл. 1. Видно, что в ПВА Вирджинской группы (SM90 [5], SM95 [8]) не найдены резонансы S31(1900) и P33(1920), имеющие достаточно высокий рейтинг в двух других анализах, предсказания которых не подтвердились в эксперименте [4]. И хотя с 1998 г. редакция PDG (Particle Data Group) [9] снизила рейтинг S31 (1900)-резонанса с *** до **, тем не менее именно на основе анализов KH80 и CMB80 до сих пор составляется таблица Д-резонансов с массами M(п+р) - 2 ГэВ.
Для того чтобы проверить выводы предыдущего эксперимента [4] о правильности предсказаний ПВА Вирджинского политехнического института, было необходимо выполнить новые измерения параметров вращения спина в упругом п+р-взаимодействии в той же области кинематических переменных. В ходе планирования
эксперимента было отдано предпочтение измерению параметра вращения спина А, так как для него разница в предсказаниях ПВА существенно больше, чем для параметра Я.
2. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА
На рис. 1 показана принципиальная схема эксперимента по измерению параметров вращения спина в так называемой А-геометрии: пучок п+-мезонов налетает на поляризованную протонную мишень, при этом вектор поляризации протонов мишени коллинеарен направлению пионного пучка. Регистрируются треки рассеянного пиона и протона отдачи. Опыт состоит в измерении поляризации протонов отдачи Р(р+соц) с помощью их повторного рассеяния на углероде при известной величине поляризации протонов мишени Рт (рис. 1).
Поперечная компонента вектора поляризации протонов отдачи в плоскости рассеяния соответствует параметру А, продольная компонента — параметру Я. Компонента вдоль нормали к плоскости рассеяния равна величине нормальной поляризации Р. Параметр вращения спина А определяется по асимметрии е\ протон-углеродного (рС) рассеяния в вертикальной плоскости, а поляризационный параметр Р — по асимметрии е2 в горизонтальной плоскости (рис. 1).
По условиям опыта, когда вектор поляризации протонов мишени коллинеарен начальному импульсу, непосредственно измеряются, как показано в работе [10], только два параметра (А, Р), абсолютное значение Я извлекается из соотношения (6). Данный эксперимент, в котором рассматривается двойное рассеяние, относится к категории экспериментов повышенной сложности, так как он требует наличия поляризованной протонной мишени с горизонтально ориентированным спином протонов и высокоэффективного углеродного поляриметра, измеряющего поляризацию протонов
Рис. 1. Схема эксперимента по измерению параметров вращения спина в упругом п+р-рассеянии. Пион (п+) с импульсом pi налетает на поляризованную мишень с горизонтальным вектором поляризации протона Pт. Далее отбираются упругорассеянные на углы вр и вп протон отдачи и п-мезон. Поляризация протонов отдачи определяется с помощью углеродного поляриметра (С) путем измерения асимметрии рассеяния в вертикальной и горизонтальной плоскостях, врс — угол рассеяния на углеродном анализаторе.
A
Рис. 2. Значения параметра вращения спина A в упругом п+р-рассеянии в области импульсов pn ~ 1—2 ГэВ/с для углов 0с.ц.м. = 127° и 133°. Приведены предсказания фазовых анализов SM90 [5], KH80 [6], CMB80 [7] и SM95 [8] и экспериментальные результаты ПИЯФ—ИТЭФ при импульсе рп = 1.43 ГэВ/с [4]. Вертикальная линия соответствует значению импульса рп = 1.62 ГэВ/с.
отдачи в требуемом диапазоне энергий и углов рС-рассеяния. Необходимо знать величину анализирующей способности рС-рассеяния с погрешностью, позволяющей сделать выбор между решениями ПВА на уровне трех стандартных отклонений (3а).
На рис. 2 приведена импульсная зависимость предсказаний трех глобальных ПВА для параметра вращения спина А при двух углах рассеяния пиона в с.ц.м. в упругом п+р-взаимодействии. Показаны предсказания ПВА БМ90 [5], КН80 [6], СМВ80 [7] и БМ95 [8] и результат измерений при импульсе рп = 1.43 ГэВ/c [4]. Видно, что экспериментальные данные работы [4] совпадают с предсказани-
ями ПВА БМ90, БМ954) и сильно расходятся с предсказаниями ПВА КН80 и СМВ80. Вертикальная линия на рис. 2 соответствует импульсу рп = = 1.62 ГэВ/c, при котором выполнены настоящие измерения. Выбор реакции и кинематической области измерений (рп = 1.62 ГэВ/c, А0с.ц.м. ~ 120°— 140°) осуществлялся исходя из следующих соображений. Во второй резонансной области пр-рассеяния измерения параметров вращения спина ранее были выполнены только при одном импульсе рп = 1.43 ГэВ/c. Однако для окончательного выбора между существующими ПВА необходимо
4)Результаты работы [4] включены в анализ БМ95.
Ape(9) 0.3
0.2
0.1
0.72 ГэВ
0
Рис. 3. Результаты измерений ПИЯФ—ИТЭФ анализирующей способности углерода АрС(0) для энергий протонов Тр = 0.72, 0.92, 1.07 и 1.28 ГэВ при толщине анализатора 36.5 г/см2. Сплошная кривая — результат фитирования данных, штриховыми кривыми показан коридор ошибок.
было провести новые измерения параметров А и Я, поскольку имелись:
а) серьезные расхождения между предсказаниями ПВА в выбранной области именно для параметра А;
б) "чистое" изоспиновое состояние (упругое п+р-рассеяние), что заметно облегчает физическую интерпретацию результата;
в) приемлемая величина сечения (~0.7 мбн/ср в середине интер
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.