ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2004, том 67, № 4, с. 725-729
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
СВОЙСТВА ПРОТОННЫХ КЛАСТЕРОВ В НЕУПРУГИХ СС-ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ, СОПРОВОЖДАЕМЫХ РОЖДЕНИЕМ Л- И К0-ЧАСТИЦ ПРИ Р = 4.2 ГэВ/с НА НУКЛОН
© 2004 г. Р. Н. Бекмирзаев1)*, А. А. Кузнецов**, Э. Х. Шукуров1), Б. С. Юлдашев2)
Объединенный институт ядерных исследований, Дубна, Россия Поступила в редакцию 17.12.2002 г.; после доработки 03.06.2003 г.
В рамках нового релятивистски-инвариантного подхода в пространстве относительных 4-скоростей изучены свойства протонных кластеров, которые образуются совместно с Л- и К0-частицами в неупругих СС-взаимодействиях при Р = 4.2 ГэВ/ с. Показано, что обнаруженные протонные кластеры характеризуются высокими значениями средней кинетической энергии протонов в системе покоя кластеров: (Тр) = 100 ± 2 МэВ.
ВВЕДЕНИЕ
В инклюзивном подходе, традиционно применяемом для описания множественного рождения частиц, в большом числе экспериментальных работ используется только незначительная часть информации об этих процессах.
В настоящей работе для описания множественных процессов применяется метод [1—5], который, в отличие от инклюзивного подхода, дает возможность использовать всю доступную в эксперименте информацию. Новый метод позволяет также упорядочить сложные картины релятивистских ядерных взаимодействий.
Предлагаемая статья является продолжением цикла работ [1—5], посвященных исследованию свойств барионных кластеров в различных адрон-ядерных и ядро-ядерных взаимодействиях в широком интервале энергий с использованием релятивистски-инвариантных безразмерных величин:
bik — -
Pi
mi
тк
— -(Ui - Uk)2
(1)
Здесь Рг, Рк — 4-импульсы рассматриваемых частиц, а тг и тк — их массы.
В работе изучаются образование и свойства протонных кластеров в неупругих СС-взаимо-действиях с рождением Л- и К0-частиц(ССЛ/^).
^Джизакский государственный педагогический университет, Узбекистан.
2)Институт ядерной физики АН РУз, Ташкент. E-mail: bekmirzaev@land.ru E-mail: kuzn@sunhe.jinr.ru
1. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Экспериментальные данные получены с помощью 2-м пропановой пузырьковой камеры, облученной в пучке протонов и ядер на синхрофазотроне ЛВЭ ОИЯИ. Здесь необходимо отметить следующие методические особенности эксперимента. Нижняя граница, начиная с которой регистрировались протоны в камере, составила Рлс, & & 150 МэВ/с. По пробегу и ионизации протоны отличались от -мезонов до значений импульса Рлс, & 800 МэВ/c. Примесь п+-мезонов среди положительных частиц не превышала 10—15%. Примесь дейтронов и тритонов среди медленных протонов с Рл.с. < 800 МэВ/c по различным оценкам тоже не превышала 10—15% [6, 7]. Подробно методические вопросы обработки событий с V0-частицами рассмотрены в [8].
Выделение протонных кластеров из всех неупругих АС-взаимодействий производилось лоренц-инвариантным методом в пространстве 4-скоростей. Для этого в событиях с множественностью протонов np > 4 минимизировались следующие величины:
А — min [£(Ve - <)2 - Y(Vp - ив)2] , (2)
где Va и Ve — центры кластеров а и в, которые определяются как единичные 4-векторы Va(e) —
= ^2 ui/\/(52 иг)2 (полученные из условия минимума величины 52 bi — -52(Va(@) - Ui)2), а
uf — pa/mi, ив — рв/mi (3)
являются 4-скоростями вторичных барионов, относящихся к кластерам а и в соответственно.
2
(1/N)dN / dbaß
10-
10-
10-
6 8 10
20 baß
Рис. 1. Распределение протонных кластеров по переменной baß в неупругих СС-взаимодействиях. Линия — степенная аппроксимация вида (7).
Фрагменты мишени (Рл.с. < 300 МэВ/с) и снаряда (Рл.с. > 3 ГэВ/с и 9л.с. < 4°) из анализа исключались. Для нахождения величины А2 с целью выделения двух (или одного) кластеров в каждом событии с множественностью отобранных протонов пр > 4 рассматривались все возможные разбиения частиц на две группы. Считалось, что в событии образовались два кластера или один кластер и одна положительно заряженная частица, если расстояние между выделенными группами барионов в пространстве 4-скоростей Ьав было не менее единицы, т.е. выполнялось условие
baß = -(Va - Vß)2 > 1.
(4)
XIcl
xIIcl =
m"iß) (Vg(ß)Uii) m^-uun)
m^ (Va(ß)U{)
(5)
(6)
тп(щии)
В качестве величин т^ и тц бралась масса протона: mI = тц = тр = 0.931 МэВ.
Область больших значений переменных хцй соответствует области фрагментации мишени, а область больших значений переменных х^ — области фрагментации налетающего ядра. В частности, считалось, что если х^ > ж^ь то кластеры образуются в области фрагментации пучка. В настоящей работе изучались кластеры в области фрагментации мишени, т.е. в области, где х^ > х^.
На рис. 1 показано распределение двух кластеров а и в, образованных в СС-столкновениях, в зависимости от расстояния между кластерами в пространстве 4-скоростей Ьар. Можно видеть, что представленное распределение в области Ьав > 3 хорошо описывается степенной зависимостью типа
сШ А
db,
aß
bm
baß
с параметром т = 3.72 ± 0.07, что согласуется с ожидаемым поведением нуклонных кластеров [3]. Такой универсальный характер зависимости ранее наблюдался в экспериментах [9, 10], в которых изучалось распределение струй адронов в мягких адрон-адронных, адрон-ядерных, глубоконеупру-гих ^Ж-соударениях и в е+е--аннигиляции. Величина параметра оказалась равной т & 3 и не зависела ни от типа, ни от энергии взаимодействия для всех соударений.
2. СВОЙСТВА ИНВАРИАНТНЫХ Г(Ьк)-РАСПРЕДЕЛЕНИЙ ПРОТОНОВ В КЛАСТЕРАХ И Г(Ьш)-РАСПРЕДЕЛЕНИЙ КЛАСТЕРОВ ОТНОСИТЕЛЬНО ЯДРА-МИШЕНИ
Для изучения свойств барионных кластеров нами анализировались инвариантные Г (Ьк)-распределения в них протонов, которые можно записать таким образом:
F(bk) =
1 2
1
dN
N m
Для определения области образования кластеров использовались релятивистски-инвариантные переменные х^ и х^ь характеризующие долю уносимых ими 4-импульсов сталкивающихся частиц
[1-5]:
NJ фк + Ь2к/А
dbk dü
dQ. (8)
Эти распределения обладают следующим свойством: в системе покоя кластера Уа = 0 средняя величина {Ьк), получаемая из (8), однозначно связана со средней кинетической энергией протонов в кластере
(bk) =
2 Ек \ = 2 (Тк)
mk
mk
(9)
где Ек и Тк — полная и кинетическая энергия протонов в системе покоя кластеров.
Таким образом, анализируя распределения (8), можно определить среднюю "температуру" протонов в кластерах.
В работах [5] и [10] были изучены зависимости Г (Ьк)-распределений для АС- и АТа-взаимодей-ствий при Ра = 4.2 ГэВ/с на нуклон. В рС(Та)- и ^С(Та)-столкновениях распределения протонов в кластерах по переменной Ьк описываются экспоненциальной зависимостью вида
Г (Ьк ) = а: exp(-Ьk/{Ьк )1). (10)
1
2
4
СВОЙСТВА ПРОТОННЫХ КЛАСТЕРОВ В НЕУПРУГИХ СС-ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ 727 Средние характеристики протонов в кластерах
Тип взаимодействия Импульс, ГэВ/с Кластер типа 1 Кластер типа 2
(Ък) 1 (Т^ьМэВ (Ък}2 <Т*>2) МэВ
рС 4.2 0.133 ±0.004 62 ±2 - -
¿С 4.2 А 0.147 ±0.002 67 ± 1 - -
аС 4.2 А 0.147 ±0.008 67 ± 1 0.248 ±0.022 118 ± 10
СС 4.2 А 0.154 ±0.014 72 ±7 0.288 ±0.028 135 ± 13
рС 10 0.158 ±0.005 74 ±2 - -
СС(мн) 4.2 А - - 0.256 ±0.005 120 ±2
ССА/К 4.2 А - - 0.213 ±0.004 100 ±2
Примечание. мн — многонуклонное.
Средние значения (Ък)1 и соответствующие им средние значения температуры приведены в таблице.
В отличие от рС(Та)- и йС(Та)-столкновений в аС- и СС-событиях зависимость Г(Ък) описывается выражением, состоящим из суммы двух экспоненциальных функций:
Г (Ък) = а^^к/(Ък )1) + a2exp(-Ъfc / (Ък Ь)
(11)
со средними значениями (Ък)1 и (Ък)2, отличающимися друг от друга почти в 2 раза (см. таблицу). Полученные результаты указывают на то, что в ядро-ядерных аС- и СС-столкновениях наблюдается образование двух типов протонных кластеров: один из них (тип 1) имеет такую же температуру, как кластеры, образующиеся в рС(Та)-и йС(Та)-столкновениях, а другой (тип 2) — более высокую (см. таблицу).
Ниже проанализированы зависимости Г (Ък) для ССЛ/К-событий, в которых обязательно рождается либо Л-гиперон, либо К0-мезон. Зависимости Г (Ък), полученные в экспериментах для такого рода СС-взаимодействий, представлены на рис. 2. Из рисунка видно, что в ССЛ/К-событиях распределения протонов в кластерах по переменной Ък описываются экспоненциальной зависимостью, подобной (10), со средними значениями (Ък)2 = = 0.213 ± 0.004 и соответствующей температурой (Тк) = 100 ± 2 МэВ.
Таким образом, в отличие от всех неупругих СС-взаимодействий, где, как было сказано ранее, образуются два типа кластеров с разной температурой [5], в событиях типа ССЛ/К образуется в основном один тип протонных кластеров с высокой температурой, что обусловлено совместным с ними рождением странных частиц.
Для более детального изучения особенностей образования протонных кластеров, сопровождаемых рождением странных (либо Л-гиперон, либо К0-мезон) частиц, было изучено поведение инвариантного сечения Ей3а/йр3 в зависимости от переменной Ъ^ь где Ъ^ = —(Уа — ип)2 (здесь индекс II относится к ядру-мишени). Функция Г(Ъцй) записывается аналогично выражению (8).
В работе [5] было установлено, что кластеры, образующиеся в ядро-ядерных взаимодействиях с разной температурой, характеризуются различным распределением (или расстояниями в пространстве 4-скоростей) их относительно ядра-мишени или разной зависимостью по переменной Ъ^ь Ниже приводятся результаты, характеризующие поведение инвариантных функций Г(Ъцй) для кластеров, образованных в СС Л/К-взаимодействиях.
Рис. 2. Инвариантная функция Е(Ък) для протонов в кластерах, образующихся в -столкновениях.
Линия — экспоненциальная аппроксимация вида (10).
Р Х)
10-
10-
10
1-3
г
4 ♦
л
и
_|_I_I_I_I_I_I_I
4
Хк
Рис. 3. Инвариантные функции Е(хк) для протонов в кластерах, образующихся в аС (□), СС (о) и ССЛ/К -взаимодействиях (Л).
0
1
2
3
Установлено, что среднее значение величины Ьпй для протонных кластеров, образованных в ССЛ/К-взаимодействиях, равняется {ЬпС1) = = 0.58 ± 0.02, это в пределах экспериментальных ошибок хорошо совпадает со значениями {Ь11с1) =0.51 ± 0.05, полученными ранее [5, 11] для высокотемпературных протонных кластеров, образующихся в аС- и СС-взаимодействиях.
Таким образом, можно
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.