научная статья по теме НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ N* В РЕАКЦИЯХ РОЖДЕНИЯ π +π --ПАР ПОЛЯРИЗОВАННЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ НА НЕПОЛЯРИЗОВАННОМ ПРОТОНЕ Физика

Текст научной статьи на тему «НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ N* В РЕАКЦИЯХ РОЖДЕНИЯ π +π --ПАР ПОЛЯРИЗОВАННЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ НА НЕПОЛЯРИЗОВАННОМ ПРОТОНЕ»

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2004, том 67, № 10, с. 1940-1944

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ

НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ Я* В РЕАКЦИЯХ РОЖДЕНИЯ п+п--ПАР ПОЛЯРИЗОВАННЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ НА НЕПОЛЯРИЗОВАННОМ ПРОТОНЕ

© 2004 г. В. Буркерт1), А. А. Болучевский2), В. И. Мокеев1),2), М. Рипани3), М. Ангинольфи3), М. Баттальери3), Е. Н. Головач2), Р. Де Вита3), Л. Елоудрхири1), Б. С. Ишханов2)'4), М. В. Осипенко2)-3), Дж. Рикко3)-5), М. Таюти5), Г. В. Федотов2), Е. Л. Исупов4), Н. С. Марков4), Н. В. Шведунов4)

Поступила в редакцию 05.05.2003 г.; после доработки 27.01.2004 г.

В рамках разработанной ранее феноменологической модели вычислена разность сечений электророждения п+п--пар при рассеянии электронов противоположной спиральности на неполяризованном протоне. Электромагнитные формфакторы нуклонных резонансов М* и параметры нерезонансных процессов взяты из анализа последних данных Коллаборации CLAS по рождению пар заряженных пионов на протоне виртуальными фотонами. Исследовалось влияние продольных возбуждений Рц(1440)- и Р1з(1520)-состояний на разность спиральных компонент сечений. Чувствительность этой величины к вкладу нуклонных резонансов открывает возможность для ее использования как в целях извлечения кулоновских формфакторов N *, так и для поиска новых барионных состояний. Сигналы от одного из них, возможно, наблюдались в последних данных Коллаборации CLAS.

1. ВВЕДЕНИЕ

Анализ первых данных Коллаборации CLAS по рождению п+п--пар виртуальными фотонами в кинематической области W < 2.1 ГэВ, Q2 < < 1.5 ГэВ2 [1—3], выполненный в рамках подхода [4—6], позволил впервые получить информацию об электромагнитных формфакторах высоколежа-щих нуклонных резонансов N * (MN * >1.6 ГэВ), большинство из которых распадается на многопи-онные конечные состояния. Впервые обнаружена структура при W ~ 1.7 ГэВ, не наблюдавшаяся ранее в исследованиях эксклюзивных каналов взаимодействия реальных и виртуальных фотонов с протоном [1, 7]. Эта структура в сечении [1—3] может быть либо проявлением нового барионного состояния Piз(1720) (I — величина изоспина, равная 1/2 или 3/2, которую нельзя определить однозначно при исследовании единственного зарядового канала в рождении пар пионов фотонами), либо обусловлена возбуждением известного состояния Pi3(1720), но с совершенно иными долями распадов по каналам пД и рр, сильно отличающимися от установленных в настоящее время из анализа

!)TJNAF, Newport News, USA.

2)НИИ ядерной физики МГУ, Россия.

3)Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, Sez. di Genova, Italy.

4)Физический факультет МГУ, Россия.

5)Universita di Genova, Italy.

реакций nN ^ nnN. Для нуклонных резонансов N * с массами менее 1.6 ГэВ данные по электромагнитным формфакторам получены в нескольких эксклюзивных каналах: рождение одного пиона, рождение пар пионов, рождение ^-мезона. Таким образом, в результате исследований различных эксклюзивных каналов электророждения мезонов, выполненных Коллаборацией CLAS [1—3, 7—10], впервые имеется информация об электромагнитных формфакторах для большинства резонансов N * с массами до 2 ГэВ.

В то же время выполненный в [2, 3] анализ показал, что если база экспериментальных данных ограничена одними неполяризованными дифференциальными сечениями, то оказывается возможным извлечь только электромагнитные формфакторы A]_/2 и A3/2 нуклонных резонансов, используя ad hoc-предположения об их прoдоль-ных (кулоновских) возбуждениях С\/2.

Для извлечения информации о кулоновских формфакторах N* требуется расширение базы анализируемых экспериментальных данных. Одним из путей исследования кулоновских возбуждений N * является измерение разности дифференциальных сечений Ada = (da+i — da-{), отвечающих рассеянию электронов противоположной спиральности на протоне. Эта величина определяется интерференцией продольного и поперечного адронных токов и, следовательно, может позволить извлечь величины кулоновских

1940

НОВЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ N*

1941

формфакторов С/ N * из данных по разности Ada. В работе [11] дано дальнейшее развитие феноменологической модели рождения п+п--пар фотонами, позволяющее выполнить расчеты Ada, исследована чувствительность этой величины к кулоновскому возбуждению резонанса Р11 (1440).

В настоящей работе исследуются возможности извлечения информации о кулоновских возбуждениях N* в случае возбуждения продольными фотонами нескольких состояний, исследуется чувствительность Ada к вкладу нового барионного состояния Pjз(1720) [1-3].

2. ОПИСАНИЕ РАЗНОСТИ СПИРАЛЬНЫХ КОМПОНЕНТ СЕЧЕНИЙ ЭЛЕКТРОРОЖДЕНИЯ п+п--ПАР ПОЛЯРИЗОВАННЫМИ ЭЛЕКТРОНАМИ

В модели, представленной в работах [4-6], рождение п+п--пар на протоне фотонами описывается суперпозицией квазидвухчастичных механизмов:

YP — п - A++ — п+п p, (1)

YP — п+A0 — п+п P,

0+ YP — р p — п п+p.

Оставшиеся механизмы параметризуются комплексной амплитудой С(W, Q2), величина которой не зависит от кинематических переменных конечного состояния и от спинов участвующих в реакции частиц, но является функцией от величины энергии W сталкивающихся фотона и протона в системе центра инерции и квадрата 4-импульса фотона Q2. Абсолютная величина этой амплитуды предполагается одинаковой для всех спиральных состояний, а ее фаза выбрана равной фазе суммы амплитуд квазидвухчастичных процессов (1). Как показано в [ 11 ], подобная параметризация отвечает приближению трехчастичного фазового объема, а приведенный выше выбор фазы обеспечивает надлежащее преобразование полной амплитуды при пространственной инверсии, следующее из сохранения четности. Каждый из квазидвухчастичных механизмов (1) описывается в виде суперпозиции нерезонансных процессов и возбуждений N * в s-канале при столкновении фотона и протона с последующим распадом на состояния п- A++, п+A0 и р0р. В модель включены все N * с массами < 2.0 ГэВ, PDG-статусом "четыре звезды" и наблюдаемыми распадами по пА- или рр-каналу. Нерезонансные механизмы в каналах пА описываются совокупностью реджезованных борновских членов с восстановленной после ред-жезации калибровочной инвариантностью [5, 6]. Учтены эффекты взаимодействий в начальном и

конечном состояниях в квазидвухчастичных каналах YvP — п-А++ и YvP — п+А0 [4]. Описание нерезонансных процессов в квазидвухчастичном

канале YvP — P0P проведено в дифракционном приближении [5, 6]. Модель [4-6, 11] связывает между собой электромагнитные формфакторы N * и измеренные дифференциальные сечения, a также поляризационную асимметрию пучка для реакции YP — п+п-р и позволяет извлечь электромагнитные формфакторы N* из условия наилучшего воспроизведения экспериментальных данных.

Возбуждения N* продольными и поперечными фотонами с суммарной спиральностью в системе "фотон-протон" 1/2 (Ai/2, С\/2) дают одинаковые угловые распределения продуктов распада. Это сильно затрудняет разделение силы возбуждения N* с полной спиральностью системы "фотон-протон" 1/2 между продольной и поперечной компонентами, когда база данных ограничена только дифференциальными сечениями реакции YP -

— п+п-р на неполяризованном пучке электронов и неполяризованной мишени.

Новые возможности для извлечения величин кулоновских формфакторов N * открывает измерение разности поляризационных компонент сечений Ada, определяемой соотношением

Ada/d<^n- = da+\/dpn- — da-l/d^n-, (2)

где da+l--l/dyn- - угловые распределения п--мезонов вне плоскости рассеяния в реакции YP —

— п+п-р, отвечающие спиральностям падающего электрона h = ±1 и проинтегрированные по всем кинематическим переменным конечного состояния, представленным в [11], за исключением угла -эмиссии п--мезона. Величина Ada/dpn- связана со спиральными амплитудами реакции YP —

— п+п-р, входящими в интерференционный член от продольного Jz и поперечного Jy адронных токов [11], соотношением:

Ada/d<^n- =2Ch sin(^n-), (3)

Ch= f 4?Ш (4)

J AKLMNV M K '

x ( 2Im ( Ap'пп\Т|A7 = 0, Ap)* x V \\p\p/

x ({Ap>пп\Т\A7 = 1,Ap) —

где {Apпп\Т\A7Ap) - спиральные амплитуды со спиральностями фотона и протона в начальном состоянии A7 и Ap и спиральностью протона в

1942 БУРКЕРТ и др.

скт) 0.2

0

-0.2

_I_I_I_I_I_I

1.4 1.6 1.8 ГэВ

Рис. 1. Вычисленные Ш-зависимости коэффициентов ) (см. (3)) для различного разделения полной силы возбуж-

дения состояния П13(1520) со спиральностью 1/2 между поперечной и продольной составляющими. Сила кулоновского возбуждения Р11 (1440) и электромагнитные формфакторы всех других N * взяты из данных Коллаборации CLAS [1—3] в предположении возбуждения нового состояния Р/3(1720). Каждому типу кривой соответствует определенный набор значений а и в (см. (5)): сплошная жирная кривая — а = 1.0, в = 0.0; штриховая — а = 0.8, в = 0.2; точечная — а = 0.6, в = 0.4; штрихпунктирная — а = 0.4, в = 0.6; сплошная тонкая — а = 0.2, в = 0.8.

конечном состоянии ; V — энергия, переданная виртуальному фотону в л.с.; Кь = (Ш2 — — )/(2Ых); а = 1/137; еь, е являются параметрами поляризации виртуального фотона [11]; йт' — дифференциал, составленный переменными, описывающими конечные состояния [5, 6, 11] за исключением .

3. ВЛИЯНИЕ ВОЗБУЖДЕНИЙ НУКЛОННЫХ РЕЗОНАНСОВ

НА РАЗНОСТЬ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ КОМПОНЕНТ

В рамках описанного выше подхода выполнены расчеты Ш-зависимости коэффициентов Сн(Ш) (см. (3), (4)) реакции 7р ^ п+п-р для О2 = 0.95 ГэВ2. Для всех входящих в модель [4—6] нуклонных резонансов, за исключением Б13 (1520), использовались величины электромагнитных формфакторов А^2, А3/2, полученные из данных Коллаборации CLAS [1—3] в предположении о возбуждении нового барионного состояния Р1 з(1720).

В настоящей работе исследованы возможности получения информации о кулоновских формфакто-рах С1/2 N * при наличии продольных возбуждений

у двух состояний Р11 (1440) и Б\3 (1520). Величина продольного формфактора С1/2 для Рц(1440)

выбрана равной —0.135 ГэВ-1/2, что отвечает наилучшему воспроизведению данных CLAS [1—3] при О2 = 0.95 ГэВ2. Для исследования чувствительности Ш-зависимости коэффициентов Сн к кулонов-скому возбуждению состояния 013 (1520) выполнены расчеты при нескольких значениях электромагнитного формфактора С1/2. В проведенном расчете полная сила электромагнитного возбужде

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.

Показать целиком