Экспериментальное исследование адронных распадов Z0 на установке DELPHI на ускорителе LEP CERN и поиск закономерностей в образовании частиц в процессах е + е--ангиниляций и в адронных взаимодействиях

Несмотря на несомненные достижения в квантовой хромодинамике (КХД) — общепризнанной теории сильных взаимодействий, она все еще не в состоянии описать «мягкие» процессы фрагментации (или адронизации) цветных партонов (кварков и глюонов) в наблюдаемые бесцветные адроны. В попытках понять эти процессы в последние десятилетия проведены многочисленные эксперименты, в которых инклюзивное образование частиц исследовалось в сильных, слабых и электромагнитных взаимодействиях в широком диапазоне энергий. При отсутствии фундаментальной теории задача этих экспериментов состояла в установлении эмпирических закономерностей в образовании частиц, которые позволили бы создать и отъюстировать феноменологические модели процессов адронизации, постоянно развиваемые по мере накопления новых экспериментальных данных.

Совершенствование таких феноменологических моделей важно не только с теоретической точки зрения, как этап на пути создания фундаментальной теории адронизации, но и практически. Современные экспериментальные установки в физике высоких энергий, особенно на действующих или создаваемых ускорителях на встречных пучках, состоят из многочисленных сложных детекторов и характеризуются отнюдь не идеальными аксептансом и эффективностями в регистрации частиц. Достаточно, например, упомянуть о «мертвых зонах» вдоль направления сталкивающихся пучков на коллайдерах. Поэтому восстановление сечений и тех или иных распределений из полученных «сырых» экспериментальных данных возможно только путем их корректировки с помощью сложнейших компьютерных программ моделирования установок. От качества этих программ, включающих в себя те или иные феноменологические модели, описывающие процессы образования частиц в конечных состояниях в исследуемых реакциях, от их способности как можно более детального воспроизводства данных зависит степень достоверности полученных поправленных данных.

К концу восьмидесятых годов большинство экспериментов по изучению инклюзивного образования частиц было проведено на ускорителях протонов. Широкий диапазон энергий в системе центра инерции (с.ц.и.), от нескольких ГэВ до сотен ГэВ в р±р-реакциях, эксперименты в пучках различных частиц, тоже в достаточно широком диапазоне энергий, позволили накопить обширный материал о механизмах и динамике образования частиц в адронных реакциях, выявить роль валентных кварков сталкивающихся частиц в этих процессах. Некоторые из результатов таких исследований в К+ри 7г+р-экспериментах, проведенных с участием автора, будут фрагментарно затронуты и в настоящей диссертации.

Разработанные для описания адронных реакций феноменологические кварк-партонные модели позволили воспроизвести многие закономерности как в выходах частиц, так и в их инклюзивных распределениях (см., например, [1]-[6] и приведенные там ссылки). Использование для интерпретации экспериментальных данных разработанного Фейнманом партонного подхода [7] позволило существенно продвинуться, по крайней мере, в качественном объяснении многих закономерностей в образовании частиц в адронных реакциях. Достигнутый прогресс особенно очевиден по сравнению с ситуацией, существовавшей в шестидесятые и начале семидесятых годов, когда для интерпретации данных использовалась модель полюсов Редже.

Конечно, значительно более удобным полем деятельности для изучения процессов фрагментации партонов в адроны, по сравнению с адронными реакциями, являются процессы образования частиц в е+е~-аннигиляции. Процесс е+е~ —> qq с очень высокой точностью описывается современной версией электрослабой теории — так называемой стандартной моделью, а последующее развитие кварк-глюонного каскада неплохо воспроизводится КХД (о современной ситуации с экспериментальной проверкой КХД смотри, например, [8]-[11]). Таким образом, в е+ е~-аннигиляции не описывается теорией только последняя фаза этого процесса — превращение партонов пертурбативной (относящейся к теории возмущения) КХД в реально наблюдаемые в эксперименте частицы, т. е. фрагментация или адронизация. Хорошо известной и очень популярной попыткой обойти эту проблему является так называемая гипотеза локальной партон-адронной дуальности (ЛПАД) [12], фактически констатирующая неспособность КХД на сегодня решить эту проблему и просто предполагающая, что характеристики адронов в среднем воспроизводят (с некоторым, вообще говоря, неизвестным нормировочным коэффициентом) характеристики партонов на последней стадии эволюции кварк-глюонного каскада КХД. Гипотеза ЛПАД действительно оказалась полезной для описания некоторых явлений в процессах е+е~-аннигиляции в адроны, таких, например, как эффекта струны (см. [13] и приведенные там ссылки) и, может быть, эффекта когерентного излучения мягких глюонов [14]. Однако и в этих случаях отнюдь не все проблемы еще полностью решены (подробности см. в главе 5 настоящей диссертации). В большинстве же других случаев, таких, например, как определение выходов частиц или их фрагментационных функций, гипотеза ЛПАД оказывается беспомощной. Так что и в процессах е+е~-аннигиляции поиск закономерностей в образовании адронов все еще остается актуальной задачей экспериментальной физики. Но и здесь положение к концу восьмидесятых годов выглядело не блестящим из-за достаточно ограниченной статистики выполненных к тому времени е+е~-экспериментов и сравнительно небольшого интервала доступных энергий.

Ситуация изменилась в лучшую сторону после запуска в 1989 г. в ЦЕРН нового ускорителя LEP со встречными пучками электронов и позитронов. Новая область энергий и высокая светимость LEP, большая скорость набора данных и улучшенные, по сравнению с предшествовавшими экспериментами, возможности в регистрации частиц в четырех экспериментальных установках (ALEPH, DELPHI, L3 и OPAL), наконец, чистое, хорошо определенное начальное состояние е+е~-аннигиляции (Z°-6o3oh) сделали LEP 1 идеальным инструментом для детального исследования конечных адронных состояний и попыток описания адронных распадов Z°-6030Ha феноменологическими моделями, построенными на базе кхд.

Институт Физики Высоких Энергий (ИФВЭ) в Протвино принял активное участие в эксперименте DELPHI, включая проработку его концепции, разработку и создание установки. В ИФВЭ создан передний мюонный годоскоп (HOF), проведена основная работа по разработке и созданию прецизионного детектора светимости — электромагнитного калориметра в области малых углов (STIC) и, совместно с ОИЯИ, сооружены структуированное ярмо магнита и адронный калориметр (HCAL). Группа ИФВЭ в DELPHI много сделала для создания, развития и поддержания базового on-line и off-line программного обеспечения ЭВМ (включая такие его основные элементы, как создание базы данных и лент суммарных результатов), для успешного проведения эксперимента на ускорителе LEP 1 в 1989 — 1995 гг., в ходе которого зарегистрировано около 4,5 миллионов распадов Z°-6030Ha, внесла серьезный вклад в обширную и разнообразную программу исследований по физике.

Целью диссертационной работы является представление результатов экспериментальных исследований характеристик инклюзивного образования частиц и резонансов при адронных распадах Z°-6030Ha, полученных автором в эксперименте DELPHI на ускорителе LEP [15]-[26], и результатов поиска закономерностей в образовании частиц и их сопоставления в процессах е+ е~-аннигиляции и в адронных реакциях, также полученных автором [27]-[34]. В диссертации также фрагментарно (из-за ограничений на объем) представлены некоторые из результатов, полученных автором в К+р-эксперименте при 32 ГэВ/с на пузырьковой камере Мирабель в ИФВЭ [35, 36] и в К+ри 7г+р-экспериментах при 250 ГэВ/с на Европейском Гибридном Спектрометре (ЕГС) в ЦЕРН [37]-[42].

Актуальность и научная новизна затронутых в диссертации проблем определяются, прежде всего, получением основанных на большой статистике результатов исследований адронных распадов Z0−6o3OHa в эксперименте DELPHI на ускорителе LEP в ЦЕРН [15]-[26].

В работах по исследованию характеристик множественного образования заряженных частиц в е+е~-столкновениях [16]-[21], в отличие от результатов, полученных в р±р-реакциях, обнаружено выполнение KNO-скейлинга [43] в широком диапазоне энергий от 14 — 22 до 91 ГэВ, проявляющегося в независимости от энергии отношения (nch)/D (средней множественности заряженных частиц к дисперсии) и более высоких нормированных моментов распределения по множественности. Впервые в е+е~-реакциях получены и проанализированы распределения по множественности заряженных частиц в ограниченных интервалах быстрот и для событий с фиксированным числом струй. Показано, что обнаруженная структура (плечо) в распределениях по множественности в центральных интервалах быстрот связана с наложением распределений для двухструйных событий с относительно небольшими множественностями и для трехи четырехструйных событий с большими множественностями.

Во второй с начала эксперимента работе DELPHI [15] по измерению распределений по таким переменным, как траст, сферисити и т. д., характеризующим общую форму адронного события в целом, сделан первый важный шаг на пути к дальнейшему использованию этих переменных для точной юстировки фрагментационных моделей и для измерения энергетической зависимости константы связи сильных взаимодействий as.

Исследование угловых ориентаций струй в трехструйных адронных событиях [22], в результате которого было получено хорошее согласие экспериментальных распределений с предсказаниями КХД, позволило исключить теорию со скалярным глюоном.

Применение разработанной автором для экспериментов на камере Мирабель и на ЕГС методики определения сечений образования (выходов) резонансов (см. [35]-[42] и приведенные там ссылки) и ее развитие для существенно более сложных условий эксперимента DELPHI (с использованием корректных процедур учета несовершенства установки и остаточных корреляций Бозе — Эйнштейна) позволили измерить полные выходы и дифференциальные сечения нескольких ме-зонных резонансов и А++(1232)-изобары при адронных распадах Z0 [23]-[25]. При этом выходы таких векторных мезонов, как К*±-(892), К*°(892), /(770) и .

В диссертации представлены результаты измерения матриц спиновой плотности /(770)-, К*°(892)~ и <�£(1020)-мезонов в системе спиральности [26], полученные на полной статистике, накопленной DELPHI на LEP 1. Вместе с результатом OPAL для самых энергичных <�£(1020)-мезонов [46] — это первое измерение матриц спиновой плотности векторных мезонов в е+е~ -столкновениях. В результате этого исследования обнаружена заметная выстроенность спинов этих векторных мезонов с предпочтительной спиральностью, А = 0, когда они образуются при фрагментации первичных кварков в процессах Z° —у qq. Впервые проведено сравнение выстроенностей спинов векторных мезонов в е+е~ -аннигиляции и в адронных реакциях К+р -«• К*°(892) +1итг+рЧ р°(770) + X при 250 ГэВ/с, также исследованных автором диссертации в эксперименте на ЕГС [42]. Оно показало наличие качественно одинаковой — поперечной — выстроенности спинов К*°(892) — и /5° (770) -мезонов, образующихся в области фрагментации первичных кварков в процессах е+е~-аннигиляции и в области фрагментации валентных кварков налетающих мезонов в адронных реакциях.

К числу актуальных результатов диссертации следует отнести и установление нескольких достаточно общих закономерностей в образовании адронов в е+ е~-аннигиляции и в адронных реакциях.

Экспериментальное обнаружение сравнительно больших сечений образования барионов, а также приблизительного подобия форм инклюзивных распределений мезонов и барионов в реакциях при больших энергиях часто приписывается исследованиям, выполненным в е+е~-экспериментах на ускорителе РЕР. В действительности, этот вывод был впервые сделан в К+р-эксперименте на камере Мирабель при сравнении характеристик инклюзивного образования странных Ли Ё±-(1385)-антибарионов и странных Кди К*(892)-мезонов [36]. Близкие по форме инклюзивные спектры этих частиц (несмотря на некоторые их отличия, обусловленные ограничениями на фазовый объем и разными вкладами диф-фракционных процессов) свидетельствовали о практически одинаковом механизме их образования при фрагментации странного валентного 5-кварка налетающего К±мезона. Вообще, вся совокупность данных по инклюзивному образованию частиц, полученных в экспериментах на камере Мирабель и на ЕГС (см. [35]-[42] и приведенные там ссылки), показала, что инклюзивные распределения частиц, образующихся при фрагментации одного и того же валентного кварка (диквар-ка), очень близки по форме. Неудивительно, что такие же свойства наблюдаются и при фрагментации кварков, образующихся в процессах е+е~ —)¦ од.

В диссертации показана идентичность зависимостей от энергии в с.ц.и. (л/й) средней множественности заряженных частиц в е+е~- и р^р-реакциях [29]. На первый взгляд, эти зависимости весьма разные. Однако это связано с тем, что в р±р-взаимодействиях заметная доля энергии уходит на так называемые лидирующие частицы — фрагменты первичных протонов (антипротонов), а не на образование новых частиц, как это происходит в процессах е+е-аннигиляции. Соответствующий учет доли энергии, расходуемой в р^р-взаимодействиях на лидирующие частицы, привел к установлению универсальности энергетических зависимостей средней множественности заряженных частиц в е+е~- и р^р-реакциях. Этот замечательный результат (в силу большого отличия механизмов образования частиц в е+е~- и р±р-реакциях), по-видимому, означает, что средние множественности заряженных частиц в разных типах взаимодействий почти не зависят от их механизмов образования, а в основном определяются доступной энергией. Следует отметить, что такая же универсальность была предсказана теоретиками ИФВЭ [47] и для глубоконеупругих лептон-нуклонных процессов (см. также обзор [48]).

К интересному результату диссертации относится обнаружение универсальной зависимости от массы выходов частиц в процессах е+е~-аннигиляции [33]. Из квантовой механики следует, что для частицы со спином J число возможных состояний с разными проекциями спина равно 2 J + 1. Поэтому можно предположить, как это было впервые последовательно сформулировано в аддитивной кварковой модели Анисовича и Шехтера [1], что выходы векторных и псевдоскалярных мезонов (членов декуплета и октета барионов) должны соотноситься как их спиновые факторы 2J + 1, т. е. как 3:1 (4:2). Между тем, несмотря на это, казалось бы, очевидное утверждение, экспериментальная ситуация на протяжении вот уже нескольких десятилетий оставалась неясной. Экспериментальные значения отношения сечений инклюзивного образования векторных и псевдоскалярных мезонов оказывались примерно одинаковыми, хотя и высказывались предположения, что это может быть связано с отличием в массах векторных и псевдоскалярных частиц [32]. Поэтому в большинстве современных моделей образования частиц, в том числе и основанных на КХД, предполагалось, что вероятности образования qq-пар (q = и, d, s) со спинами 1 и 0 практически не отличаются. Еще более сильной предполагалась подавленность |±декуплета барионов по сравнению с | -октетом. Так, в наиболее популярной и распространенной модели Jetset [49]1 подавленность дикварка со спином 1 по отношению к дикварку со спином 0 составляет: ^(qqi/qqo) — 0,05, где фактор | представляет спиновый множитель. В диссертации экспериментально доказано, что, напротив, спиновый фактор 2 J + 1 хорошо работает (может быть, за исключением пионов) при соответствующем учете отличий в массах частиц. Выходы частиц, принадлежащих мезонным 0~- и 1~-нонетам и барионным |±октету и |±декуплету, просуммированные по всем проекциям изотопического спина (модифицированного для странных мезонов и мезонных изосинглетов) и взвешенные с фактором 1/(2J+1), в процессах е+е~-аннигиляции описываются (за исключением пионов) как функция массы (М) одной универсальной зависимостью — простой экспоненциальной функцией, а ¦ ехр (—ЬМ2) с не зависящим от энергииy/i параметром наклона Ь. Обнаружение этой экспериментальной закономерности вызвало большой интерес и широко комментировалось (см., например, [9, 10, 11, 50]). Более того, такая же закономерность была впоследствии обнаружена и в р±р-реакциях, и в столкновениях тяжелых ионов [51]-[54] (см. раздел 4.6).

Одним из результатов диссертации является обнаружение приблизительного подобия энергетических зависимостей средней множественности заряженных частиц ((nch)) и выходов различных частиц и резонансов ({part}) в процессах е+е~-аннигиляции, т. е. приблизительного скейлинга относительных выходов частиц и резонансов ((part)/(псн)) в диапазоне энергий PEP-PETRA — LEP 1 [34]. Это позволило сделать оценки выходов частиц при энергиях LEP 2.

Наконец, актуальной проблемой в физике адронных распадов Z°-6030Ha.

1 Представляющей струнную модель [2], реализованную в виде компьютерной программы, использующей метод Монте-Карло. является и обсуждаемый в диссертации вопрос о применимости гипотезы ЛПАД и степени проявления эффекта когерентного излучения мягких глюонов в экспериментальных импульсных распределениях частиц [31].

Практическая ценность диссертационной работы определяется тем, что полученные экспериментальные данные и обнаруженные закономерности позволили глубже понять динамику образования частиц и резонансов в процессах е+е-аннигиляции и в адронных реакциях, стимулировали дальнейшие исследования в этих направлениях в данных и в других экспериментах, способствовали развитию и проверке многих теоретических моделей. Результаты этой работы использовались при планировании е+ е~ -экспериментов при более высоких энергиях на ускорителе LEP 2 в ЦЕРН, а также для юстировки параметров феноменологических моделей, используемых для расчета эффективностей и аксептанса экспериментальных установок.

Структура диссертации: диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложения.

Основные результаты диссертации можно сформулировать следующим образом.

1. Проведены экспериментальные исследования распределений по множественности заряженных частиц при адронных распадах Z°-6030Ha, в ходе которых:

— разработана процедура восстановления распределений по множественности заряженных частиц из «сырых» данных;

— при сравнении данных DELPHI с данными других экспериментов при меньших энергиях обнаружено в е+е~-столкновениях в диапазоне энергий y/s от 14 — 22 до 91 ГэВ выполнение KNO-скейлинга, проявляющегося в энергетической независимости: отношения (псд)/D, нормированных моментов Сi распределения по множественности и KNO-функции ф (г)].

— проведено сравнение распределений по множественности заряженных частиц и энергетической зависимости средней множественности этих частиц с различными параметризациями и предсказаниями моделей. Показано, что модифицированное отрицательное биномиальное распределение описывает данные DELPHI лучше, чем обычное отрицательное биномиальное распределение, и что модель Эллиса и др. не совместима с этими данными;

— обнаружена структура (плечо) в распределениях по множественности заряженных частиц в центральных интервалах быстрот, которая объясняется наложением распределений для двухструйных событий (с относительно небольшими множественностями) и для трехи четырехструйных событий (с большими множественностями);

— проанализированы распределения по множественности заряженных частиц в ограниченных интервалах быстрот и при фиксированном числе струй в событии в рамках модели кланов. Показано, что полученные значения параметров этой модели ставят под сомнение физическую интерпретацию понятия клана;

— изучены корреляции между множественностями заряженных частиц в передней и задней полусферах в с.ц.и. Показано, что (как и в адрон-адронных реакциях) наиболее сильные корреляции наблюдаются в центральных областях быстрот и между частицами противоположного заряда.

2. Проведены экспериментальные исследования инклюзивного образования мезонных резонансов и Д++ (1232)-гьзобары при адронных распадах Z°-6030Ha, в ходе которых:

— разработана методика определения сечений образования (выходов) резонансов непосредственно из «сырых» спектров эффективных масс, в которой несовершенство детектора и использованные при отборе треков и событий ограничения учитываются с помощью корректировки аппроксимирующих функций;

— разработана методика учета остаточных корреляций Бозе — Эйнштейна, возникающих при энергиях LEP из-за большой множественности частиц в струях и приводящих к заметным изменениям формы Брейта — Вигнера резонансных сигналов и смещению центральных значений их масс. Развита методика учета отражений резонансов из-за неидеальной идентификации частиц;

— измерены полные выходы и дифференциальные сечения (1/сгл) • da/сх.р (жр-распределения) векторных р°(770)-, К*±-(892)-, К*0(892) — и ф (1020)~ мезонов. Полные выходы и Жр-распределения К*±-(892) — и К*°(892)-мезонов оказались одинаковыми в пределах ошибок. Проведено сравнение измеренных Жр-распределений векторных мезонов с предсказаниями моделей Jetset и Herwig. Показано, что модель Jetset хорошо описывает эти распределения, тогда как модель Herwig при хр > 0,4 предсказывает более жесткие распределения, чем в эксперименте;

— измерены полные выходы скалярного fo (980) — и тензорных /2 (1270)-, К^ (ЦЗО) — и (ЦЗО)-мезонов, а также ау-распределения /О (980) — и /2(1270)-мезонов. Из полученных данных следует, что:

— хр-распределения /о (980) — и /Э°(770)-мезонов имеют приблизительно одинаковую форму, что делает сомнительным предположение об особой роли /О (980)-мезона в динамике конфайнмента кварков;

— Жр-распределение тензорного /2(1270)-мезона оказалось более жестким, чем векторного /?°(770)-мезона. Отношение полных выходов этих мезонов, (/2(1270))/(р°(770)) = 0,24±0,07, согласуется в пределах ошибок со средним значением отношения полных выходов тензорных мезонов к векторным, 0,25±0, 03, измеренным в адрон-адронных реакциях;

— измеренный выход К2°(1430)-мезона втрое меньше значения, найденного в эксперименте OPAL, и вдвое меньше значений, предсказываемых моделями Jetset и Herwig, но согласуется с предсказаниями других недавно разработанных моделей;

— наиболее вероятным объяснением различия между отношением выходов странных тензорного и векторного мезонов, (К^ 1430))/(К*0 (892)), и отношениями (/2(1270))/(w (782)) и (/?(1525))/(</>(1020)) является разница в массах этих частиц;

— впервые в е+ е~-столкновениях измерены матрицы спиновой плотности р°(770)~, К*°(892) — и ф (1020)-мезонов в системе спиральности. Значения роо (диагонального элемента матрицы спиновой плотности) К*0(892) — и <^>(1020)-мезонов в области х, р < 0,3 оказались близкими к величине что свидетельствует об отсутствии выстроенности спинов и объясняется тем, что в этой области хр значительная часть К*°(892) — и 0(1О2О)-мезонов образуется в результате распадов многочисленных резонансов и тяжелых частиц. Из полученных значений роо следует, что отношение выходов псевдоскалярных мезонов к векторным составляет P/V ~ | и согласуется с отношением их спиновых множителей 2 J + 1. При значениях хр > 0,3, хр > 0,4 и Хр > 0,5, т. е. когда векторные мезоны в основном образуются при фрагментации первичных кварков в процессах Z0 ->• qq, обнаружена заметная выстроенностъ спинов р° (770) — и К*0 (892)-мезонов с преобладанием состояний со спиральностью, А = 0. Для </>(1020)-мезона такой же результат был получен только при значениях хр > 0, 7. Обнаруженная в области фрагментации выстроенность спинов векторных мезонов (роо > |) не согласуется с некоторыми теоретическими моделями. Недиагональные элементы матриц спиновой плотности р°(770)-, К*°(892) — и 0(1020)-мезонов оказались совместимыми с нулем во всех интервалах хр, что противоречит теоретическим ожиданиям в случае сильного влияния эффекта когерентности;

— проведено сравнение выстроенностей спинов векторных мезонов в е+е~-столкновениях и в адронных реакциях К+р —> К*°(892) + X и 7г+р —>• р°(770) + X при 250 ГэВ/с, которое показало, что К*°(892) — и />°(770)~ мезоны, образующиеся в области фрагментации первичных кварков в процессах е+ е~-аннигиляции и в области фрагментации валентных кварков налетающих мезонов в адрон-адронных реакциях, обладают качественно одинаковой — поперечной — выстроенностью спинов;

— измерены полный выход и хр-распределение Д++ (1232)-изобары. Форма этого распределения неплохо воспроизводится моделями Jetset и UCLA, а модель Herwig сильно переоценивает относительный выход этого резонанса при больших значениях хр. Предсказанные в этих моделях значения полного выхода А++(1232)-изобары (а также полученное значение в эксперименте OPAL) втрое превышают измеренное нами значение, которое, однако, хорошо согласуется со значением, предсказанным из универсальной зависимости от массы выходов частиц.

3. Проведено экспериментальное исследование распределений событий по коллективным переменным при адронных распадах Z°-6030Ha и их сравнение с различными основанными на КХД моделями.

4. Проведено экспериментальное исследование угловых ориентаций струй в трехструйных событиях при адронных распадах Z°-6030Ha. Получено хорошее согласие экспериментальных данных с предсказаниями КХД, исключена теория со скалярным глюоном.

5. Сравнение средних множественностей заряженных частиц, а также сравнение их энергетических зависимостей в процессах е+е~-аннигиляции и р^р-столкновениях показало, что их различие обусловлено только тем, что в р±р-столкновениях заметная доля энергии уносится лидирующими частицами — фрагментами первичных протонов (антипротонов). Показано, что если в е+е~-аннигиляции энергетическая зависимость средней множественности описывается некоторой функцией {nch) = f (y/s), то в р±р-столкновениях она трансформируется в зависимость (псд) = n0 + f (y/s/k), где параметр к переопределяет энергию, расходуемую на образование вторичных частиц, а параметр п0 представляет среднюю множественность лидирующих частиц. При таком переопределении одновременная аппроксимация энергетических зависимостей средней множественности в е+е~- и р±р-данных показала их полную идентичность при слабой зависимости результатов от конкретного вида выбранной функции f (y/s) и при разумных, с точки зрения физической интерпретации, значениях параметров к и п0.

6. Показано, что энергетические зависимости ширины распределения заряженных частиц по быстроте в процессах е+ е~-аннигиляции и в р±р-столкновениях описываются логарифмической функцией, А = е ¦ ln (^/s/m) с близкими значениями параметра наклона: е — 0,558 ± 0,014 для р^ри е = 0,497 ± 0,023 для е+е~-данных.

7. Показано, что измеренные в экспериментах на LEP выходы частиц ((-particle)), принадлежащих мезонным 0~- и 1-нонетам и барионнымоктету и |±декуплету, просуммированные по всем проекциям модифицированного изотопического спина (1т) и взвешенные со спиновым фактором 1/(2J + 1), описываются (за исключением пионов) как функция массы (М) универсальной зависимостью:

2 /то + 1 jj^Y (particle) = а ¦ ехр (—ЪМ2).

Такая же закономерность обнаружена и при энергиях PEP-PETRA, и с тем же (в пределах ошибок) значением параметра наклона Ь, что и для данных на.

LEP. Предсказанные на основе этой закономерности выходы Д++(1232)-изобары и О «-гиперона при энергиях LEP впоследствии были подтверждены измерением выхода Д++(1232)-изобары в эксперименте DELPHI и более точными измерениями выхода П~-гиперона в экспериментах DELPHI и OPAL. Обнаружение приблизительно одинаковых (с точностью до нормировки) энергетических зависимостей: параметра, а и средней множественности заряженных частиц (nch) — позволило установить наличие приблизительного скейлинга относительных выходов 22J+1 ^п^)^ И (пУтем экстраполяции зависимости {nch) от y/s в область более высоких энергий) оценить выходы частиц при энергиях LEP 2.

8. На основе анализа искусственно сгенерированных трехструйных событий реакции е+е~ —У Z° —> qqg —У hadrons показано, что применяемые алгоритмы нахождения струй приписывают заметное число частиц, образующихся с большими углами и большими поперечными импульсами по отношению к направлению истинной струи, другим струям и тем самым заметно искажают истинную композицию струй. Оценено влияние соответствующей систематики на распределения по множественности частиц в кварковых и глюонных струях и на потоки частиц и энергии между струями.

9. Показано, что некоторые качественные свойства импульсных спектров адронов в е+е~-реакциях, часто интерпретируемые как доказательство проявления эффекта когерентного излучения мягких глюонов и, следовательно, подтверждающие гипотезу локальной партон-адронной дуальности, являются также простым следствием влияния фазового объема. Так, «горбатая» структура^{-распределения} частиц, имеющая приблизительно гауссовскую форму (которая, как показано, наблюдается и в р±р-реакциях), и смещение положения максимума этого распределения (^тах) к меньшим значениям для частиц с большей массой определенно следуют из фазового объема. Менее однозначные выводы следуют из наклона энергетической зависимости £тах, так как, согласно модели Jetset, для первичных и вторичных глюонов энергетические зависимости^{-распределений} оказываются разными и, кроме того, для первичных глюонов они зависят от аромата первичных кварков.

В заключение мне приятно поблагодарить: дирекцию ИФВЭ, в первую очередь академика A.A. Логунова и профессора Н. Е. Тюринаглавного научного сотрудника профессора П. В. Шляпниковаруководителей отделов ОНФ, ОЭИ-УНК и ОЭФ член-корреспондента РАН С. П. Денисова, профессора A.M. Зайцева и член-корреспондента РАН В. Ф. Образцова — за предоставленную возможность участия в совместных с ЦЕРН экспериментах, прежде всего в эксперименте DELPHI, за выделенные для этого участия ресурсы и за предоставленную возможность работы над диссертацией.

Я особенно благодарен профессору П. В. Шляпникову, в плодотворном сотрудничестве с которым были выполнены все вошедшие в диссертацию работы, за постановку ряда задач в проведенных исследованиях и за ценные советы и помощь при написании диссертации.

Мне приятно поблагодарить руководителей эксперимента DELPHI профессоров У. Амалди, Ж.-Ю. Агустена, Д. Трейа, В. Венуса, всех других своих коллег в ИФВЭ и в сотрудничестве DELPHI за огромную работу по созданию установки, ее успешную эксплуатацию на ускорителе LEP, обработку полученных данных и за бескомпромиссную, но благожелательную критику работ, выполненных в DELPHI с моим непосредственным участием.

Заключение

.

В диссертации представлены результаты экспериментальных исследований адронных распадов Z0-бозона, проведенных автором в 1989 — 1997 гг. в эксперименте DELPHI на ускорителе LEP в ЦЕРН [15]-[26]. Фрагментарно затрагиваются некоторые из результатов, полученных автором в 1980 — 1990 гг. в экспериментах на пузырьковой камере Мирабель в ИФВЭ [35, 36] и на Европейском Гибридном Спектрометре в ЦЕРН [37]-[42]. В диссертации представлены также результаты проведенных автором феноменологических исследований [27]-[34], посвященных изучению закономерностей в инклюзивном образовании частиц в адрон-адронных реакциях и в е+е-столкновениях.