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

Дают, начиная уже с 3,7 Гэв/с. Возможные причины наступления такого раннего скейлинга обсуждали Чан и др. [46], Эрингорн и др. [47]. Для области фрагментации предположения Чана и др. находят подтверждение на опыте (см. § 7.5). Следует заметить, что сечения реакций л+р -> л+ и я~р -> я - совпадают при х > 0 и существенно расходятся в области х < 0, т. е. в области фрагментации протона — мишени. Такое различие не противоречит гипотезе предельной фраг­ ментации, поскольку в конечном состоянии мы рассматриваем раз­ личные частицы (л+ и я -). Возможная причина этого различна, а именно неупругая перезаряд­ ка протона в нейтрон будет рассмотрена ниже.

Рассмотрим теперь инклю­ зивные реакции, в которых происходит изменение знака заряда налетающего пиона, а именно

зивное сечение резко падает по обе стороны отточки х=-0,тогда как во втором сечение во всей области х > 0, меняется сравнительно слабо. Это проявление эффекта сохранения налетающей частицы. Из рис. 7.10 видно, что в реакции л+р ->■ л~ сечение при х — 0 моно­ тонно растет с увеличением энергии. При больших | х | (область фраг­ ментации) ситуация менее определенная из-за меньшей точности измерений. В пределах ошибок сечения при первичных импульсах 7 и 18,5 Гэв/с не отличаются. В реакции я ~р ->■ я+ при 40 Гэв сече­ ние в точке X = 0 совпадает с сечением я~р — я - . Равенство сече­ ний образования пионов разных знаков в центральной области

васимптотическом пределе не является неожиданным. В гл. 6 уже об­ суждался этот вопрос и было показано, что в pp-столкновениях при энергии встречных пучков в ЦЕРНе (т. е. при Ей ~ ІО3 Гэв) дости­ гается равенство сечений образования я+ и я - мезонов при х — 0. Объяснение этого состоит в том, что центральная область образуется

васимптотике в результате обмена полюсами Померанчука и, сле­ довательно, имеет нулевые квантовые числа. Поэтому при х = 0

число частиц и античастиц должно быть одинаково. Неожиданным является равенство сечений в реакциях я~р->- я~ и я -р -> я + уже при энергии 40 Гэв.

Общая картина стремления к единице отношения числа положи­ тельных и отрицательных пионов представлена на рис. 7.11.

239

Совокупность результатов по я -р-реакции показывает ее осо­ бые свойства, а именно достижение асимптотического поведения в центральной области при очень низких энергиях (^40 Гэв) 145].

Еще более отчетливо экспоненциальный характер проявляется в распределениях вторичных пионов по продольным импульсам в С-системе. Такое распределение представлено на рис. 7.12 [48] для

Рис. 7.12. Распределение продольных импульсов пио­ нов в реакции п~р-*-я~Х при 25 Гэв. Показан вклад неупругих процессов.

реакции п~р п~ при 25 Гэв. Так же как и на структурных функ­ циях, здесь отчетливо проявляется эффект сохранения первичной частицы.

Была поставлена задача измерить спектр продольных импульсов вновь образовавшихся частиц. Чтобы исключить влияние сохранив­ шихся отрицательных пионов в передней полусфере и примесь неидентифицированных сохранившихся протонов в задней полусфере, авторы работы [48] построили комбинированное распределение из я~-мезонов, летящих в заднюю полусферу, и л+-мезонов, вылетаю­ щих вперед.

Выяснилось, что распределение может быть аппроксимировано экспонентой (рис. 7.13) da/dp*\ ~ ехр [—Ь\р*\\].

Наилучшее согласие с опытом наблюдается при b = 3,2 + 0,2 (для р*\ < 0) и b = 2,4 + 0,2 (для р*\ > 0). Таким образом, на­ блюдается асимметрия распределения. Сечение в области положи-

240

тельных значений р*\ спадает более полого по сравнению с областью р*\ < 0. Еще большая асимметрия наблюдается в реакции

К +р п ~ Х

при 12 Гэв, где значения параметра b равны 4,4 + 0,4 для р*\ < 0

и 2,7 ± 0,3 для р*I >> 0.

Таким образом, избыток я-мезонов, вылетающих вперед, воз­ никает не только из-за сохранения первичной частицы, но обуслов­ лен и дополнительным механизмом (эффект асимметричного рож­ дения).

7.4.3. Сохранение первичной частицы

Одним из важнейших качественных выводов, полученных при исследовании взаимодействий космических частиц, является вывод о сохранении первичного нуклона при неупругом столкновении, что обычно связывают с периферическим характером взаимодействия. Измерения показали, что спектр вторичных «сохранившихся» нук­ лонов одинаков в широком интервале энергий от 10 до 5 • 103 Гэв, а может быть и еще более высоких энергий. Другое описание этого явления можно дать с помощью коэффициентов неупругости. Дей­ ствительно, коэффициент неупругости, определяемый как доля пер­ вичной энергии, переданной во взаимодействии всем вновь рожден­ ным частицам, равен (в /.-системе)

К = 1—EJE0 = 1—Up, Up = Ez/E0,

241

Где Ё0 и Ё2 — энергия нуклона до и после взаимодействия соответ­ ственно.

Очевидно, что постоянство спектра протонов означает автомати­ чески постоянство коэффициента неупругости и постоянство сред­ ней доли энергии, уносимой вторичным сохранившимся нуклоном. Отметим, что в космических лучах в понятие «сохранения» вклады­ вается более широкий смысл, чем в нашем определении, так как в это понятие включена и неупругая перезарядка р-+ п или п -ѵ р, а так­ же возбуждение до изобарного состояния или образование лиди­ рующего гиперона.

Если рассматривать сохранение в таком расширенном смысле (т. е. как сохранение бариона), то в L-системе существует одна со­ хранившаяся лидирующая частица независимо от энергии. В этом случае неинвариантное сечение

d2aldpу dp —Fp (х, р±)

не меняется с увеличением энергии [здесь отсутствует множитель Е — сравнить с формулой (4.8)]. Такая форма скейлинга была назва­ на Михейдой [49] «наивным скейлингом». Существование наивного скейлинга приводит к сохранению формы энергетического спектра космических нуклонов на различных глубинах в атмосфере и экспо­ ненциальному поглощению нуклонов в атмосфере с определенным (и независящим от энергии) коэффициентом поглощения [см. фор­ мулу (4.45)]. В дальнейшем было обнаружено сохранение пиона в пион-нуклонных столкновениях [см. [П.1]).

В настоящее время установлено, что сохранение первичной ча­ стицы — весьма общее свойство адронных столкновений при высо­ ких энергиях. На рис. 7.14, а, б представлены данные по я+ р-столк- новениямпри 16 Гае [50]. Распределение по переменной х —р\\!р\\ макс для частиц различной природы иллюстрирует эффект сохранения. Из рис. 7.14, видно, что в я+р-столкновении при х ~ + 1 преобла­ дают я+-мезоны, а в я _р-столкновении — лг-мезоны. При х ~ —1 наблюдаются почти исключительно протоны, которые в основном сохраняют направление своего движения (назад в С-системе). Лишь небольшая часть протонов изменяет направление своего движения и вылетает в переднюю полусферу. Причины вылета протонов в проти­ воположную полусферу требуют специального исследования. К та­ кому эффекту могут приводить рождение нуклон-антинуклонных пар в центральной области, обмен барионом в мультиперифериче­ ской цепочке или вклад статистического механизма, в котором разлет протонов при низких энергиях изотропен. Первый механизм при рассматриваемой энергии заведомо не играет роли, так как барионов рождается слишком мало. Однако при энергии встречных пучков его роль возрастает и для получения спектра сохранившихся прото­ нов из общего спектра нужно вычесть спектр антипротонов. Подобная картина наблюдается и в /(-/^-столкновениях при 10 Еэв (рис. 7.14,

242

йб/dx, мВарн

üN число случаев

Рис. 7.14. Спектры пионов (а), протонов (б) и каонов (0) в различных

реакциях.