Новые методы исследования взаимодействия нестабильных мезонов с ядрами

УДК 539.126

НОВЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕСТАБИЛЬНЫХ МЕЗОНОВ С ЯДРАМИ*

A.C. Игнатов, А. Н. Мушкаренков, В. Г. Недорезов1

Приводятся недавние результаты эксперимента GRAAL и моделирования, процессов фоторождения, мезонов на, ядрах.

Ключевые слова: фотон, мезон, нуклон, мечение мезонов, фотоядерные реакции.

В последние годы фотоядерные исследования в области НАКЛОННЫХ рбЗОНсШСОВ (от порога рождения мезонов до 2 ГэВ) вышли на качественно новый уровень. Во-первых, это связано с высоким качеством пучка (монохроматические поляризованные фотоны с низким уровнем фона). Во -вторых 5 благодаря большому телесному углу, близкому к 4п, и высокому разрешению детекторов стало возможным однозначно идентифицировать различные каналы реакции. В результате стали возможны новые методы исследований процессов фоторождения мезонов в ядрах. Первый метод касается изучения взаимодействия нестабильных мезонов с ядрами ("меченые мезоны"). Второй позволяет выполнить безмодельный учет ферми-движения нуклонов в ядре при измерении сечений фоторождения мезонов. Разумеется, влияние ядерной среды на фоторождение мезонов исследовалось и ранее. Однако это сводилось, как правило, к учету остаточных взаимодействий в конечном состоянии. Новые методы позволяют изучать как упругие, так и неупругие каналы взаимодействия нестабильных мезонов с ядрами, когда в конечном состоянии могут образовываться разные частицы, что принципиально расширяет возможности исследований.

В настоящей работе приведены результаты эксперимента и моделирования, полученные в рамках указанной тематики в коллаборации GR.AAL [1] на дейтронной ми-тттени. При этом использовался пучок гамма-квантов, полученный методом обратного комптоновского рассеяния лазерных фотонов на накопителе электронов ESRF в Гренобле (Франция). Хотя дейтерий является слишком легким ядром для изучения влияния ядерной среды на характер элементарных процессов типа фоторождения мезо-

Институт ядерных исследований РАН, Москва.

* Для GRAAL коллаборации. По результатам эксперимента GRAAL. 1 E-mail: vladimir@cpc.inr.ac.ru

нов, он является хорошим объектом для отработки метода, особенно для учета ферми-движения нуклонов в ядрах.

Рис. 1: Уширение распределения импульса нуклона отдачи (по X, У, Z) за счет ферми-импульса нуклона мишени.

В качестве примера на рис. 1 и 2 показано влияние ферми-движения нуклонов на импульсные распределения нуклонов отдачи для реакции фоторождения ^-мезонов на дейтроне. Вычисление эффективной энергии Е; налетающего фотона производится по энергии и импульсу продуктов реакции, что автоматически и безмодельно учитывает ферми-движение нуклонов в ядре:

ч2 = Еп + е* )2 - р+Р* )2, Е; = .

1 2т*

Наличие спектатора практически не влияет на вычисление эффективной энергии налетающего фотона.

В этой связи следует отметить проблему поиска экзотических узких нуклонных ре-зонансов (дибарионов и пентакварков). Для ее решения необходим корректный учет ферми-движения, которое размазывает резонансы по ширине. Следует отметить, что ферми-эффекты не являются тривиальными хотя бы потому, что с ростом энергии резонанса, даже в полных сечениях фотопоглощения, они растут с ростом энергии фотонов, хотя отношение энергии Ферми к энергии фотона уменьшается (см., напр., обзор [2]).

Более общей проблемой является в этой связи изучение взаимодействия нестабильных мезонов с ядрами. Особенно это касается и ^-мезонов, у которых время жизни достаточно велико, благодаря чему средняя длина свободного пробега превышает меж-нуклонное расстояние.

0.5

0.4

0.3

0.2

0.1

о

0.01

0.02

0.03 0.04 0.05

Рис. 2: Энергетический спектр нуклона-спектатора. Сплошные и пунктирные линии соответствуют связанному и свободному нуклону, соответственно.

Поскольку нельзя сделать пучки нестабильных мезонов, то важным результатом следует считать разработку нового метода "меченых мезонов" [3], позволяющего подойти к решению этой проблемы. Идея этого метода основана на том, что различие в массах п, п и более тяжелых мезонов существенно больше, чем кинематическая неопределенность их образования. Под кинематической неопределенностью здесь понимаются как физические факторы, главным из которых является ферми-движение нуклонов в ядре, так и методические (экспериментальное разрешение и др.). Благодаря этому нуклоны отдачи могут служить меткой, по которой можно определить тип образующегося мезона без его регистрации в конечном состоянии, например, если он в результате взаимодействия с ядром превратился в другую частицу.

Каскадная модель позволяет определить вероятность вторичных процессов, когда мезон или нуклон отдачи взаимодействует с нуклонами ядра [3]. В этой работе показано, что вероятность вылета нуклонов отдачи вперед, когда им передается большая часть импульса налетающей частицы, близка к 100%. При этом вероятность вторичных взаимодействий нуклона отдачи с ядром при этих кинематических условиях довольно

Рис. 3: Корреляция между углом и импульсом нуклона отдачи при энергии фотона 710 МэВ (слева - моделирование, справа - эксперимент).

мала, следовательно, этот нуклон несет однозначную информацию о типе происшедшей реакции.

Результаты моделирования по модели внутриядерного каскада в сравнении с результатами эксперимента С11ААЬ, выполненного на дейтроне [4], для кинематических переменных (угол вылета - импульс нуклона) для дейтрона показаны на рис. 3. Видно, что кинематические области отчетливо разделяются для разного типа образующихся мезонов. Аналогичные результаты можно получить и для других кинематических переменных.

Предварительные результаты по отбору событий, когда на квазисвободном протоне образуется ^-мезон, который затем конвертируется в п°, показывают, что в экспериментальном спектре таких событий примерно в 2 раза больше, чем в моделированном, который учитывает распад только свободного ^-мезона.

Авторы выражают благодарность А. И. Львову и Г. А. Соколу за полезные обсуждения. Работа выполнена при поддержке РФФИ, грант N 08-02-00648-а.

ЛИТЕРАТУРА

[1] О. Bartalini et al., Phys. Atom. Xucl. 71, 75 (2008); Yad. Fiz. 71, 76 (2008).

[2] В. Г. Недорезов и др., УФН 174(4), 353 (2004).

[3] V. G. Xedorezov et al., Proc. IX Int. Seminar EMIX-2000, Moscow (IXR, Moscow, 2000), p. 170.

[4] A. Ignatov et al., Prog. Part. Xucl. Phys. 61, 253 (2008).

Печатается по материалам конференции "II Черенковсковские чтения: Новые методы в экспериментальной ядерной физике и физике элементарных частиц" (Москва, ФИАН, Ц апреля 2009 г.).

Поступила в редакцию 4 ноября 2009 г.