Измерение основных характеристик пионов, каонов и протонов, рожденных в столкновениях тяжелых ядер при энергии 62,4 ГэВ

те ФЕНИКС |Текст| / Д.А. Иванищев, В.Г. Рябов, Ю.Г. Рябов //Ядерная физика,- 2009,- № 11(72).-С. 2005-2012.

3. Guzey, V. Observations on clA scattering at forward rapidities [Text] / V. Guzey, M. Strikman, W. Vogelsang // Phys. Lett. В.- 2004,-Vol. 603. -P. 173-183.

4. Cronin, J.W. Production of hadrons at large transverse momentum at 200, 300, and 400 GeV [Text] / J.W. Cronin, H.J. Frisch, M.J. Shochet |et al.| // Phys. Rev. D.- 1975,- Vol. 11,- P. 3105-3123.

5. Baier, R. Energy loss in perturbative QCD [Text| / R. Baier, D. Schiff, B. Zakharov // Ann. Rev. Nucl. Part. Sci.- 2000,- Vol. 50,- P. 37-69.

6. Adcox, K. PHEN1X detector overview [Text] / K. Adcox, Y. Berdnikov, V. Riabov |et al.| // Nucl. lnstrum. Meth. A.- 2003,- Vol. 499,- P. 469-479.

7. Aphecetche, L. The PHEN1X calorimeter [Text] / L. Aphecetche, T.C. Awes, J. Banning |et al.j // Nucl. lnstrum. Meth. A.- 2003,- Vol. 499,- P. 521-536.

8. Бердников, А.Я. Подавление выхода корот-коживущих нейтральных каонов в центральных столкновениях ядер золота при энергии 200 ГэВ [Текст] / А.Я. Бердников, Д.А. Иванищев, В.М. Самсонов [и др.j // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки,- 2011,- № 2(122).- С. 111-116.

9. Бердников, Я.А. Рождение короткоживущих нейтральных каонов в столкновениях ядер меди при энергии 200 ГэВ [Текст] / Я.А. Бердников, Д.А. Иванищев, В.М. Самсонов [и др.] // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки,- 2011,- № 2(122).- С. 116-121.

10. Brun, R. GEANT: Simulation program for particle physics experiments [Text] / R. Brun, R. Hagelberg, M. Hansroul |et al.| // Preprint CERN — 1978,- V.CERN-DD-78-2-REV.— P. 1-76.

11. Бердников, Я.А. Дифференциальные сечения рождения п, К, л, ю, л', ф-мезонов вр + р взаимодействиях при энергии Js = 200 ГэВ [Текст] / Я.А. Бердников, Д.А. Иванищев, Д.О. Котов [и др.] // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки,— 2008,— N° 6(67).— С. 65-70.

12. Glauber, R.J. High-energy scattering of protons by nuclei |Text| / R.J. Glauber, G. Matthiae // Nucl.

Phys. В.- 1970,- Vol. 21,- P. 135-157.

ф

кновениях ядер дейтерия и золота при энергии 200 ГэВ [Текст] / Я.А. Бердников, Д.А. Иванищев, Д.О. Котов [и др.] // Научно-технические ведомости СПбГПУ. Физико-математические науки,— 2010,- № 2(98).- С. 135-140.

14. Adler, S.S. Centrality dependence of п0 and л production at large transverse momentum in = = 200 GeV d + Au collisions |Text| / S.S. Adler, Y. Berdnikov, V. Riabov |et al.| // Phys. Rev. Lett.— 2007,—Vol. 98.-P. 172302-172309.

15. Adler, S.S. Nuclear effects on hadron production in d + Au collisions at ^¡SNN = 200 GeV revealed by comparison with p + p data [Text] / S.S. Adler, Y. Berdnikov, V. Riabov |et al.| // Phys. Rev. C.-2006.-Vol. 74.-P. 024904-024917.

16. Hwa, R.C. Final state interaction as the origin of the Cronin effect |Text| / R.C. Hwa, C.B. Yang // Phys. Rev. Lett.-2004.-Vol. 93.-P. 082302-082306.

УДК 539.1 25.1 7; 539.1 26.1 7

Я.А. Бердников, Д.А. Иванищев, Д.О. Котов, В.Г. Рябов, Ю.Г. Рябов, В.М. Самсонов

ИЗМЕРЕНИЕ ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПИОНОВ, КАОНОВ И ПРОТОНОВ, РОЖДЕННЫХ В СТОЛКНОВЕНИЯХ ТЯЖЕЛЫХ ЯДЕР

ПРИ ЭНЕРГИИ 62,4 ГЭВ

Процессы рождения частиц в элементарных протон-протонных (р + /?)-взаимодействиях на протяжении нескольких десятилетий привлекают внимание исследователей ввиду фундаментальности получаемых результатов. Данные процессы могут быть условно разделены на две группы по признаку величины поперечных им-

пульсов. Первая группа — мягких процессов — доминирует в области малых поперечных импульсов (р,<2 ГэВ/с). В области больших поперечных импульсов (р, > 2 ГэВ/с, вторая группа) механизмы рождения частиц определяются точечными жесткими процессами, например взаимодействиями токовых кварков размером по-

рядка 0,1 фм [1]. Вклад жестких процессов в сечение рождения большинства частиц в (р+р)-

взаимодействиях при энергии = 200 ГэВ не превышает нескольких процентов. На сегодняшний день не существует исчерпывающего теоретического описания области перехода между мягкими и жесткими процессами. Кроме этого, важной задачей является исследование зависимости данного перехода от энергии взаимодействия налетающих ядер и типа рождающихся частиц.

Начиная с 70-х годов прошлого века, исследования в данной области значительно продвинулись благодаря получению данных по рождению частиц в (р + /?)-взаимодействиях при

энергиях <31 ГэВ; эти данные поступали из экспериментов в ЦЕРН [2, 3]. Данные измерения показали [2,3], что жесткие процессы происходят между кварками и глюонами (на партон-ном уровне) внутри ядра и могут быть описаны в рамках пертурбативной квантовой хромодина-мики, поскольку константа сильного взаимодействия — становится мала в случае большой величины переданного импульса 02. Исследования при энергии = 62,4 ГэВ, доступной на сегодняшний день на коллайдере ЯН 1С [4], являются логическим продолжением измерений проведенных в ЦЕРН [2,3].

Подобное сканирование по энергии взаимодействия также необходимо проводить и для тяжелых ядер. Соударение релятивистских тяжелых ионов представляется наиболее перспективным методом получения кварк-глюонной плазмы (КГП) — состояния вещества, в котором цветные кварки и глюоны больше не пленены в адро-ны — в лабораторных условиях. Образующиеся в области столкновения ядер сжатие и нагрев материи могут оказаться достаточными для фазового перехода адронной материи в КГП. Сигнатурой образования КГП может являться так называемый эффект гашения струй, который был теоретически предсказан [5] и впервые обнаружен на коллайдере ЯН 1С [6]. Эффект заключается в подавлении выходов частиц в области больших поперечных импульсов при столкновениях тяжелых ядер и описывается в предположении энергетических потерь жестко рассеянных партонов, проходящих сквозь плотную и горячую ядерную материю или КГП. Подавление

выходов было обнаружено при энергиях взаимодействия ядер = 130 и 200 ГэВ, в то время как при энергиях меньше 31 ГэВ вместо подавления наблюдался избыточный выход частиц [2,

7]. Измерения при энергии = 62,4 ГэВ необходимы для того, чтобы изучить энергетическую зависимость эффекта гашения струй.

В настоящей статье представлены инвариантные спектры рождения по поперечному импульсу и факторы ядерной модификации для я0-, А'-мезонов и протонов, полученные в ядро-ядерных (Л-М)-взаимодействиях при энергии = = 62,4 ГэВ на основе данных эксперимента ФЕНИКС [8] на коллайдере ЯН 1С за 2004-2006 гг.

Эксперимент ФЕНИКС и методика измерений

Эксперимент ФЕНИКС на коллайдере ЯН 1С создавался для широкого круга измерений в нук-лон-нуклонных и в ядро-ядерных взаимодействиях. В состав установки входят два центральных плеча (западное и восточное), расположенные в области малых быстрот, и два мюонных плеча, которые находятся в области передних быстрот. Центральные плечи предназначены для регистрации электронов, фотонов и заряженных частиц в области быстрот |у| < 0,35. Основными трековыми детекторами спектрометра являются дрейфовые и падовые камеры [9, 10]. Поперечный импульс заряженных частиц измеряется путем восстановления их трека в азимутальной плоскости. Полный импульс частицы вычисляется из величин поперечного импульса и полярного угла, который измеряется падовыми камерами [10].

Времяпролетная система эксперимента ФЕНИКС [11] является основной детекторной системой для идентификации заряженных частиц и представляет собой набор из 9600 органических сцинтилляционных детекторов. Чувствительные элементы детектора находятся на радиальном расстоянии около пяти метров от точки взаимодействия двух ядер в пучковой трубе. Временное разрешение системы ат составляет 115 пс, что позволяет проводить уверенное разделение А'-мезонов и протонов вплоть до значения поперечного импульса 4,5 ГэВ/с.

В настоящем анализе использовались только треки частиц, вызвавших срабатывание в дрейфовых и падовых камерах. Для того чтобы

осуществить привязку данного трека к сработавшему сцинтиллятору во времяпролетной системе, он экстраполируется до пересечения с плоскостью времяпролетной системы. В анализе используются треки, пересечения которых с плоскостью времяпролетной системы находятся в интервале ± 2а по азимутальному углу и координате I с реально сработавшим каналом детектора.

Время лета частицы определяется с помощью времяпролетной системы и пучковых счетчиков. При известном импульсе частицы р и расстоянии Ь от вершины взаимодействия до проекции трека на плоскость времяпролетной системы можно оценить квадрат массы частицы:

Р

т = —

' t л2 'л

А/с

-1

Идентификация заряженных частиц производится путем введения критериев отбора по вы-

2

численному квадрату массы т и поперечному импульсу р, идентифицируемого адрона.

Инвариантный выход частиц в каждом промежутке по поперечному импульсу для заданной центральности столкновений определяется как

1 с12М

N

поперечных импульсов являются суперпозицией (р + /^-столкновений (Я^ ~ 1). В противном случае факторы ядерной модификации могут принимать значения, отличные от единицы, что говорит о подавлении или избытке выхода частиц по отношению к (р + /?)-взаимодействиям.

Результаты измерений

На рис. 1 представлены инвариантные спектры рождения по поперечному импульсу, измеренные для я1-, А^-мезонов и (анти)протонов в (р + /?)-взаимодействиях при энергии 62,4 ГэВ. Измерения проведены в диапазоне от 0,3 до 4,0 ГэВ/спо поперечному импульсу рг

На рис. 2, а представлены факторы ядерной модификации, измеренные для нейтральных и заряженных пионов во взаимодействиях тяжелых ядер при энергиях 22,4 и 62,4 ГэВ.

В центральных столкновениях ядер меди

я

зонов существенно меньше единицы во всем диапазоне измерений по поперечному импульсу, что свидетельствует о наличии сильного подавления я

ях при энергии 62,4 ГэВ. Данное наблюдение разительно отличается от поведения нейтральных пионов во взаимодействиях тяжелых ядер при энергии 22,4 ГэВ, где их выходы находятся в из-

2прг ¿ргс!у 2я^собеаксД/?гДу

где N— измеренный выход частиц, еакс — эффективность восстановления данного типа частиц в экспериментальной установке ФЕНИКС, ^соб ~~ число обработанных событий.

Величина эффективности восстановления еакс оценивается путем полного моделирования Монте-Карло экспериментальной установки ФЕНИКС.

Коллективные эффекты в (Л-М)-взаимодей-ствиях изучаются при помощи фактора ядерной модификации ЯАА, определяемого как

столки

где dNAA, (¡Ирр — выходы частиц в (А+А)- и (Р + /^-столкновениях в заданном интервале по поперечному импульсу; (Л^столки) —число парных неупругих нуклон-нуклонных столкновений в (Л-М)-взаимодействии.

В условиях отсутствия коллективных эффектов (Л-М)-взаимодействия в области больших

Рис. 1. Инвариантные спектры рождения по поперечному импульсу рр измеренные для я--, -мезонов и (анти)протонов в (р + />)-взаимодействиях при энергии 62,4 ГэВ

б)

б 5 4 3

1,5 2,0 2,5 /у, ГэВ с

1,0

3,0 Р(,Т?Ъ!С

Рис. 2. Зависимости факторов ядерной модификации, измеренных для яг-мезонов (а) и протонов (б) в ядро-ядерных взаимодействиях при энергиях 22,4 (/) и 62,4 (2, 3) ГэВ,

от поперечного импульса р, адрона. Представлены столкновения ядер меди (1, 2) и ядер золота (3): класс событий по центральности 0—10 %.

Условные обозначения на точках в виде вертикальных «усов» и «прямоугольников» соответствуют статистическим и систематическим ошибкам измерений соответственно. Вертикальные прямоугольники вблизи оси ординат соответствуют величине неопределенности

бытке. Измерения, выполненные для я -мезонов во взаимодействиях тяжелых ядер при энергии 62,4 ГэВ, однозначно указывают на то, что превалирование эффекта гашения струй над эффектом Кронина происходит в области энергий взаимодействия между 22,4 и 62,4 ГэВ.

На рис. 2, б'представлены факторы ядерной модификации, измеренные для протонов во взаимодействиях тяжелых ядер при энергиях 22,4 и 62,4 ГэВ.

В отличие от поведения факторов ядерной модификации, измеренных для заряженных пионов, поведение факторов ядерной модификации протонов в области р,> 1,5 ГэВ/с указывает на наличие избытка выхода частиц при энергии взаимодействия ядер 62.4 ГэВ. Данное наблюдение может быть объяснено, привлечь рекомби-национные модели, описывающие рождение частиц через рекомбинацию тепловых и ливневых партонов [12]. В таком случае протон, состоящий из трех валентных кварков, при рекомбинации получает большую прибавку к поперечному импульсу, чем пион, имеющий в составе только два кварка.

Итак, в работе представлены инвариантные

я

нов и (анти)протонов по поперечному импульсу рг измеренные в (р + р)-взаимодействиях при энергии 62,4 ГэВ, а также факторы ядерной моя

тральных (Си+Си)- и (Аи+Аи)-столкновениях при энергии 62,4 ГэВ.

Значения факторов ядерной модификации Км я

(Аи+Аи)-столкновениях существенно меньше единицы, что указывает на наличие сильного подавления выхода пионов во взаимодействиях тя-желыхядер при энергии 62,4 ГэВ. Подобное поведение факторов ядерной модификации разительно отличается от поведения факторов, измеренных я

22,4 ГэВ. Результаты измерений, представленные в данной статье, однозначно указывают на то, что превалирование эффекта гашения струй над эффектом Кронина происходит в области энергий сталкивающихся ядер между 22,4 и 62,4 ГэВ.

Выход протонов в области промежуточных поперечных импульсов р,> 1,5 ГэВ/с находится в избытке при энергии взаимодействующих ядер 62,4 ГэВ. Данное наблюдение может быть объяснено в предположении рекомбинации тепловых и ливневых кварков [12] как одного из основных механизмов рождения частиц в данной области поперечных импульсов. Протоны, состоящие из трех валентных кварков, при рекомбинации получают большую прибавку к поперечному импульсу, чем мезоны, что приводит к их избыточному выходу

Работа поддержана в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009—2013 годы.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Bennau, S.M. Inclusive processes at high transverse momentum |Text| / S.M. Berman, J.D. Bjorken, J.B. Kogut // Phvs. Rev. D.- 1971,- Vol. 4,- P. 3388— 3418.

2. Akesson, T. Inclusive vector-meson production in the central region of p+p collisions at s**(l/2) = 63 GeV |Text| / T. Akesson, M.G. Albrow, 0. Botner |et al.| // Nucl. Phys. B.- 1982,- Vol. 203,- P. 27-39.

3. Straub, P.B. Nuclear dependence of high-xr hadron and high-x hadron-pair production in p-A interactions at vs = 38.8 GeV |Text| / P.B. Straub, D.E. Jaffe, H.D. Glass let al.| // Phys. Rev. Lett.- 1992.— Vol. 68,- P. 452-455.

4. Baym, G. RH1C: From dreams to beams in two decades |Text| / G. Bavm // Nucl. Phvs. A.- 2002.— Vol. 698,- P. 23-32.

5. Gyulassy, M. Gluon shadowing and jet quenching

in A +A collisions at -JsNN = 200 GeV |Text| /

M. Gyulassy X. Wang // Phys. Rev. Lett.- 1992.— Vol. 68,- P. 1480-1483.

6. Adler, S. High ^charged hadron suppression in Au + Au collisions at s(VWV)**(l/2) = 200 GeV / S. Adler, V. Riabov, Y. Berdnikov |et al.| // Phys. Rev.

C.- 2004,- Vol. 69,- P. 034910-034930.

7. Adcox, K. Formation of dense partonic matter in relativistic nucleus-nucleus collisions at RH1C: Experimental evaluation by the PHEN1X collaboration [Text] / K. Adcox, V. Riabov, Y. Riabov, Y. Berdnikov |et al.| // Nucl. Phys. A- 2005,- Vol. 757,- P. 184-283.

8. Adcox, K. PHEN1X detector overview [Text] / K. Adcox, V. Riabov, Y. Berdnikov |et al.| // Nucl. lnstram. Meth. A- 2003,- Vol. 499,- P. 469-479.

9. Ryabov, V. Drift chambers for the PHEN1X central tracking system |Text| / V. Ryabov // Nucl. lnstram. Meth. A.- 1998,- Vol. 419."- P. 363-369.

10. Adcox, K. Construction and performance of the PHEN1X pad chamber [Text] / K. Adcox, V. Riabov, Y. Berdnikov |et al.| // Nucl. lnstram. Meth. A.— 2003,- Vol. 497,- P. 263-293.

11. Aizawa, M. PHEN1X Central arm particle l.D. detectors |Text| / M. Aizawa, Y. Akiba, R. Begay |et al.| // Nucl. lnstram. Meth. A- 2003,- Vol. 499,-P 508-520.

12. Hwa, R. Recombination of shower partons at high pr in heavy-ion collisions |Text| / R. Hwa, C. Yang // Phvs. Rev. C.- 2004,- Vol. 70,- P. 024905024916.

УДК 539.1 25.4, 539.143.42

Ф.Ф. Павлов

ОЦЕНКА РЕЛЯТИВИСТСКОМ ПОПРАВКИ К СРЕДНЕЙ СПИРАЛЬНОСТИ ПРОТОНА В ДЕЙТРОНЕ

Рассмотрение дейтрона в привычном нерелятивистском приближении не применимо к эффектам, связанным с наличием больших внутриядерных импульсов в дейтроне, и не может дать описания всей совокупности экспериментальных данных. П оэтому учет релятивистских эффектов, связанных с высокоимпульсным компонентом в дейтроне , является весьма актуальным и требует адекватного теоретического описания.

Как известно, в релятивистской ядерной физике волновая функция дейтрона представляется в виде фоковского столбца:

|2)) = |МУ) + |МУя) + |лЯУ^ + | М) + ...,

и полное описание составной системы требует учета всех компонентов.

В данной работе волновая функция дейтрона будет аппроксимироваться протон-нейтронным фоковским состоянием. Не исключена возможность, что на очень малых межнуклон-ных расстояниях вместо двух нуклонов следует рассматривать шестикварковое состояние, хотя однозначных экспериментальных указаний на такой шестикварковый кластер нет. Поэтому также представляется возможным описание дейтрона с учетом кварковых степеней свободы, чему посвящено обширное количество публикаций [ 1 — 4]. Тем не менее, следует исчерпать возможности двухнуклонного приближения, особенно с релятивистским рассмотрением области больших относительных импульсов в дейтроне. В работе используются развитые ранее методы