книги из ГПНТБ / Мурзин В.С. Множественные процессы при высоких энергиях

Т а б л и ц а 5.24

Сечения образования резонансов в шестилучевых я - р-взаимодействиях

при 6 и 10 Гэв. Авторы обнаружили, что в каждом взаимодействии образуется один резонанс или более. Результаты [132] представле­ ны в табл. 5.25.

В реакциях К~р-^- К°рп+я~я~ и К 'р -> К°ря+л^л-п° нет нере­ зонансных событий, а в канале пК°п+л +л~п~ 41% нерезонансных случаев.

На основании данных, содержащихся в компиляции [118], можно определить нерезонансный вклад в /С+р-столкновениях с различным числом пионов в конечном состоянии при энергиях около 3—5 Гэв. Оказалось, что для взаимодействий с числом пионов от 1 до 5 нере­ зонансные каналы составляют 37%. Данные при меньших энергиях и для других каналов реакции, имеющиеся в литературе, мало добав­ ляют к этой картине.

5.6.4. Доля вторичных частиц, генерируемых через резонансы

Результаты, приведенные выше, дают возможность оценить долю пионов, возникающих через резонансы.

В pp-столкновениях при 10 Гэв с четырьмя заряженными пио­ нами и не более чем одним нейтральным в конечном состоянии 64% всех пионов образуется через резонансы [118]. В /С+р-взаимодей- ствиях при 12,7 Гэв с двумя, тремя и четырьмя пионами в конеч­ ном состоянии 13% jT-мезонов и 28% каонов являются потомками резонансов, главным образом Kho, К*420 и со0 [133]. В шестилу­ чевых звездах при энергии /(-мезонов 16 Гэв вклад резонансов в

178

число пионов достигает 29%. Следует напомнить, что эти величины могут оказаться заниженными. В малочастичных взаимодействиях вклад резонансов больше. В я+р-взаимодействиях с тремя пиона­ ми в конечном состоянии через распад р0 и /0 образуется около по­ ловины всех пионов.

не меняется в рассматриваемом интервале энергий. Сравнительно

V — рр; • — п-р; О — п+р; □ — р7я; Л — р8я.

большой вклад, главным образом двухчастичных резонансов, дол­ жен отражаться на флюктуациях множественности. Возможно, что обнаруженный Вонгом [135] двухчастичный характер флюктуаций связан с сильным влиянием резонансов*.

В ряде работ были рассмотрены квазидвухчастичные реакции. Имеющиеся данные относятся главным образом к четырехлучевым

конечным состояниям (япо 1). Некоторые данные о роли бинар­ ных реакций представлены в табл. 5.26.

* Вонг дает иное обоснование своей двухчастичной модели (см. гл. 6).

179

В упомянутой ранее работе Александера и др. [127] сделан вывод, что 58% всех шести-и восьмилучевых аннигиляций антипро­ тона при 7 Гэв происходит через квазидвухчастичные каналы с об­ разованием тяжелых А0-резонансов. В области более высоких энергий данные о сечениях квазидвухчастичных реакций отсут­ ствуют.

Таким образом, на вопросы, поставленные в начале данного параграфа, можно дать лишь ориентировочные ответы. Можно счи­ тать установленным, что до энергий 20 Гэв около 50% пионов гене­ рируются через резонансы и квазидвухчастичные реакции состав­ ляют значительную, но не подавляющую часть всех процессов.

§ 5.7. Т О ПО Л О ГИ ЧЕСКИ Е СЕЧЕНИЯ

Сечение образования опреде­ ленного числа заряженных час­ тиц называется топологическим сечением. Оно описывает сум­ марное сечение всех каналов реакции, приводящих к данному числу заряженных

180

Мультипериферическая модель дает иную картину, в которой сечение при каждой множественности проходит через максимум, после чего убывает с ростом энергии [93]. Положение максимума с увеличением nch смещается в область все более высоких энергий. Если рассмотреть комбинацию дифракционной диссоциации и мультипериферического механизма, то при высокой энергии будет про­ являться структура в распределении nch. Один максимум при малых nch имеет одинаковую форму при всех энергиях, а второй сдвигается

Рис. 5.23. Зависимость топологических сечений crn от энергии в С-системе для

п= 4,6,..., 22.

вобласть все больших nch с ростом энергии s. Этот эффект может достаточно четко проявиться лишь при наблюдении полной множе­ ственности, если измерения вести в области невысоких энергий. При высоких энергиях, когда второй максимум, сдвигается в область очень больших множественностей, двухмаксимумовая структура будет наблюдаться и в распределении nch (см. гл. 6). Таким образом, изучение энергетического хода топологических сечений дает возмож­ ность проверять различные теоретические модели.

Экспериментальные данные о топологических сечениях в настоя­ щее время охватывают интервал энергий от нескольких гигаэлек-

тронвольт до 300 Гэв в pp-взаимодействиях и до 60 Гэв в яр- и я/г-реакциях. Эти экспериментальные данные представлены на рис. 5.23 и в табл. 5.27.

Сейчас установлено, что сечения <т2 и а4 уменьшаются с ростом энергии, остальные остаются постоянными или растут. Однако нет оснований сомневаться в том, что при дальнейшем возрастании энер-

181

гии поведение других сечений ап будет таким же, как для сг4.

Таким образом, наблюдается по крайней мере качественное согла­ сие с мультипериферической моделью. Чисто дифракционная модель не согласуется с опытом.

3.Соловьев Л. Д. Материалы второго совещания по нелокальной теории поля. ОИЯИ. Дубна, 1970, с. 93.

4.Номофилов А. А., Ситник И. М., Струнов Л. Н. В сб.: Бинарные реакции ОИЯИ, Дубна, 1972, с. 192.

182

5.Amaldi U. e. a. Phys. Lett., 1973, v. 43B, p. 231.

6.Hansen I. Compilation of cross—sections. V. 1, CERN, HERA 70—2 1970.

7.Горин Ю. П. и др. Препринт ИФВЭ 71—49, Серпухов, 1971.

8.Бартенев В. и др. Phys. Rev. Lett., 1972, v. 29, p. 1755.

9.Galbraith W. e. a. Phys. Rev., 1965, v. 138B, p. 913.

10.Belletini G. Phys. Lett., 1966, v. 19, p. 705.

11.Almeida S. e. a. Phys. Rev., 1968, v. 174, p. 1638.

12.Folley K. e. a. Phys. Lett., 1967, v. 19, p. 857.

13.Belletini G. Phys. Lett., 1965, v. 14, p. 164.

14.Breitenlohn P. e. a. Phys. Lett., 1963, v. 7, p. 73.

15.Chapman J. e. a. Phys. Rev. Lett., 1972, v. 29, p. 1686.

16.Charlton G. e. a. Preprint ANL/HEP7225, 1972.

17.Dao F. e. a. Proc. XVI Int. Conf. on High Energy Phys., Batavia, 1972.

18. Amaldi U. e. a. Phys. Lett., 1973, v. 43B, p. 231; v. 44B, p. 112.

19.Amendolia S. R. e. a. Phys. Lett., 1973, v. 44B, p. 119.

20.Allaby J. e. a. Phys. Lett., 1969, v. 30B, p. 500.

21.Von Dardel. Phys. Rev. Lett., 1962, v. 8, p. 173.

22.Foley K.. e. a. Phys. Rev. Lett., 1967, v. 19, p. 330.

23.Lindenbaum S. Phys. Rev. Lett., 1961, v. 7, p. 185.

24.Allaby J. V. e. a. Phys. Lett., 1972, v. 29B, p. 198.

25.Birmingham —Glasgow—Oxford Collaboration. Preprint 121. CERN, 1968.

26.Barker W. F. e. a. Phys. Rev., 1963, v. 129, p. 2285.

27.Денисов С. П., Дмитриевский Ю. П., Донское С. В. Phys. Lett., 1971, 36В, p. 415.

28.Engler J. e. a. Phys. Lett., 1968, 27B, p. 591.

29. Амальди и др. В сб.: Бинарные реакции. ОИЯИ, Дубна, 1972,

с. 117.

30.Glauber R. I. Lectures on Theor. Phys. V. 1, Ed. Britten W. and Dun­ ham L., Interscience. Publ. London, 1959, p. 315.

31.Бабаев А. и др. Доклад на XVI Международной конференции по физике

35.Амосов В. А., Саврин В. И., Тюрин Н. Е. В сб.: Бинарные реакции.

ОИЯИ, Дубна, 1972, с. 324.

36.Тер-Мартиросян К- А. В сб.: Бинарные реакции. ОИЯИ, Дубна, 1972,

с. 446.

37.Померанчук И. Я. «Ж- эксперим. и теор. физ.», 1958, т. 34, с. 725.

38.Eden R. I. Phys. Rev., 1970, v. 2D, p. 529.

39.Логунов А. А., Нгуен Ван Хьеу. ТМФ, 1969, т. 1, с. 375.

40.Нгуен Ван Хьеу. В сб.: Бинарные реакции. ОИЯИ, Дубна, 1972, с. 363.

42.Jones L. W. е. a. Phys. Rev. Lett., 1970, т. 25, р. 1679.

43.Бартенев В. Д. и др. «Ядерная физика», 1972, т. 16, с. 96.

44.Jones L. W. е. a. Nucl. Phys., 1972, v. В43, р. 477.

45.Holder М. е. a. Phys. Lett., 1971, ѵ. 35В, р. 361.

46.Charlton G. е. a. Phys. Rev. Lett., 1972, v. 29, p. 515.

47.Holder M. e. a. Phys. Lett., 1971, v. 35 B, p. 355.

48.Holder M. e. a. Phys. Lett., 1971, v. 36 B, p. 400.

49.Barbiellini G. e. a. Phys. Lett., 1972, v. 39 B, p. 663.

50.Akimov V. V. e. a. Acta Phys. Scient. Hungaricae 29, Suppl., 1970, v. 3, p. 211.

51.Belletini G. e. a. Nucl. Phys., 1966, v. 79, p. 609.

52.Перфилов H. А., Ложкин О. В., Остроумов В. И. Ядерные реакции под

действием частиц высоких энергий. М., Изд-во АН СССР, 1962. 53. Frahn W. Е., Wiechers М. Ann. Phys., 1967, v. 41, р. 442.

183

54.Балашов В. В., Каневский Б. Л., Коренман Г. Я. «Изв. АН СССР. Сер.

физ.», 1972, т. 36, р. 1677.

55.Chyz W., Lesniak L. Phys. Lett., 1967, v. 24В, p. 227.

56.Abul-Magd. А. Y. Nucl. Phys., 1968, v. B8, p. 638.

57.Igo G. e. a. Nucl. Phys., 1967, v. B3, p. 181.

58.Coor T. e. a. Phys. Rev., 1955, v. 98, p. 1369.

59.Atkinson I. e. a. Phys. Rev., 1961, v. 123, p. 1850.

60. Пантуев В. С., Хачатурян M. X. «Письма ЖЭТФ», 1962, т. 15, с. 626.

61.Engler I. е. а. Phys. Rev., 1968, ѵ. 28В, р. 64.

62.Jones L. е. a. Phys. Lett., 1970, ѵ. 36В, p. 250.

63. Parker E. e. a. Phys. Lett., 1970, v. 31 B, p. 250.

64.Lakin W. e. a. Preprint Stanford. Univ. HELP—627, 1970.

65.Антипов H. К. и др. Nucl. Phys., 1971, v. B31, p. 253.

66. Abul-Magd A. Y. AlberiG., Bertocchi L. Phys. Rev., 1969, v. 30B, p. 182.

67.Hofstadter R. Ann. Rev. Nucl. Sei., 1957, v. 7, p. 231.

68.Еорин Ю. П. и др. Препринт ИФВЭ СЭФ—71—100, Серпухов, 1971.

69.Abers F. S., е. а. Nuovo cimento, 1966, v. 42, р. 363.

70.Барашенков В. С. Сечение взаимодействия элементарных частиц. М., «Наука», 1966.

71.Барашенков В. С., Тонеев В. Д. Взаимодействия высокоэнергетических

частиц и атомных ядер с ядрами. М., Атомиздат, 1972.

72. Fernbach S., Serber R., Taylor T. В. Phys. Rev., 1949, v. 75, p. 1352.

73.Бабаян X. П. и др. «Изв. АН СССР. Сер. физ.», 1965, т. 29, с. 1652.

74.Довженко О. И. и др. В кн.: Труды конференции по космическим лучам.

Т. 2. М., Изд-во АН СССР, 1960, с. 114.

75.Бабаян X. П. и др. В кн.: Труды международной конференции по кос­ мическим лучам. Т. 1. М., Изд-во АН СССР, 1960, с. 176.

76.Башинджагян F. Л. и др. Proc. Int. Conf. on Cosmic Rays, Hobart V. 6,. 1971, p. 2211.

77.Ерофеева И. H. Диссертация МГУ, М., 1971.

78.Reeder D. е. a. Proc. of XV. Int. Conf. High Energy Phys. Ilia — 60, Kiev, 1972.

79.Басилова P. H. и др. «Изв. АН СССР. Сер. физ.», 1966, т. 30, с. 1610.

80.Kaufman L., Mongan Т. R. Phys. Rev., 1970, v. Dl, p. 988.

81.De Meester G. Tesis Univ. of Michigan; V. M. HE—71—5. 1971.

82.Bugg D. e. a. Phys. Rev. Lett., 1969, v. 23, p. 1402.

83.Söding P. Phys. Rev. Lett., 1964, v. 8, p. 285.

84.Carter A., Bugg D. Phys. Lett., 1966, v. 20, p. 203.

85.Бинон Ф. и др. Препринт ИФВЭ. СЭФ 69—104, Серпухов, 1969.

86.FaldtG., Pilkun Н. Preprint CERN TH. 1064, 1969.

87.Барашенков В. С., Тудима К. К-, Тонеев В. Д. «-Ядерная физика», 19691,

т. 10, с. 760.

88.Горин Ю. П. и др. «Ядерная физика», 1971, т. 13, с. 345.

89.Aliaby I. V. е. а. Proc. Int. Conf. on Elem. Part. Lund., 1969.

90.Фейнберг E. Л. «Успехи физ. наук», 1971, т. 104, р. 539.

91.Berger Е., Oh В., Smith G. Prepint ANL/HEP—7132—1971.

92.Charlton G. e. a. Proc. XVI Int. Conf. on High Energy Phys., Batavia, 1972.

93.Morrison D. R. O. CERN/D Ph. II Phys. 72—19, 30.6.1972.

98.Baker W. F. e. a. Phys. Rev. Lett., 1961, v. 7, p. 10.

99.Боос Э. Г. и др. В сб.: Физика высоких энергий. Алма-Ата, «Наука»,. 1971, с. 57.

100.Sens J. С. Raporteur talk at IV Int. Conf. on High Energy Coll. Oxford

1972.

101.Charlton G. e. a. ANL Report No. AN/HEP 7245, 1972.

102.Aliaby I. e. а. Цитируется no [93].

103.Бинон Ф. и др. Препринт ИФВЭ СЭФ 69—78, Серпухов, 1972.

184

Глава 6

МНОЖЕСТВЕННОСТЬ ВТОРИЧНЫХ ЧАСТИЦ

§ 6.1. ВВЕДЕНИЕ

Характерной особенностью адронных взаимодействий при высо­ ких энергиях является множественное образование вторичных ча­ стиц. Вторичные частицы имеют адронную природу, по крайней мере в области энергий Ео^ \ 0 3Гэв. Однако и в области более высо­ ких энергий нет надежных доказательств прямого рождения частиц неадронной природы.

До недавнего времени множественным процессом в опытах на ускорителях не уделялось достаточного внимания. Сейчас, в связи с развитием инклюзивного подхода, поток информации о многочас­ тичных реакциях быстро увеличивается. Интерес к множественным процессам вызван, в частности, появлением ряда теоретических мо­ делей, предсказывающих определенный ход средней множествен­ ности в зависимости от энергии, флюктуаций множественности, кор­ реляций между числом нейтральных и заряженных частиц. При ана­ лизе проблемы множественности важно учитывать, что большин­ ство предсказаний относится к полному числу вторичных частиц, тогда как на опыте в большинстве случаев определяется число заря­ женных частиц. Поэтому мы будем различать полную множествен­ ность л, множественность заряженных частиц nch, а также множе­ ственность частиц различного сорта (лг — индекс і может принимать

значения я - , я+, я 0, р, р, у, К и т. д.). Символом ns мы будем, как это принято, обозначать число релятивистских частиц.

Как уже упоминалось в гл. 4, средняя множественность связа­ на с интегралом от структурной функции для простейшей нетриви­ альной инклюзивной реакции

а + Ь с + все остальное,

а именно

<n(s)> = — [f{x, pj_, s)d3ple.

§ 6.2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ М О Д Е Л И

Изучение множественности вторичных частиц в адронных взаи­ модействиях — весьма благодарная задача как для экспериментато­ ра, так и для теоретика. В экспериментах с помощью сравнительно

186

простых технических и методических средств можно получить об­ ширную информацию, пригодную для непосредственного анализа и сопоставления с теоретическими моделями. С теоретической точ­ ки зрения средняя множественность и распределения по множествен­ ности (топологические сечения) являются важнейшими пробными камнями различных моделей множественного рождения частиц, причем, как правило, теоретические модели дают четкие предска­ зания относительно распределения множественности и зависимо­ сти средней множественности от энергии.

В этом отношении существующие модели можно разделить на группы по типу ожидаемых закономерностей.

6.2.1. Средняя множественность

Первая группа моделей объединяет статистические, термодинами­ ческие, гидродинамические теории. Все эти теории предсказывают степенную зависимость средней множественности от энергии. Ха­ рактерной чертой процесса в этом случае является образование ком­ паунд-системы, достигающей той или иной степени равновесия [1 —7]. При этом для получения зависимости средней множественности от энергии несущественны детали поведения системы при распаде. Например, модель Ферми [3], в которой не учитывается взаимодей­ ствие частиц в стадии разлета, и гидродинамическая модель Ландау [5] с учетом такого взаимодействия дают асимпотически одинако­ вые предсказания

где s — квадрат энергии в С-системе; М — масса нуклона. Это про­ исходит потому, что множественность определяется энтропией сис­ темы, которая остается неизменной при расширении и распаде сис­

вариант статистической теории, предложенный Померанчуком [4]. В этой модели отсутствует ускорение частиц из-за «гидродинами­ ческого давления». Взаимодействие вторичных частиц друг с другом прекращается, когда они разойдутся на расстояние порядка радиуса действия ядерных сил. В этот момент каждая частица занимает объем

и, следовательно, сечение образования п

187