Изучение рождения заряженных каонов (К±-) и легких векторных мезонов (р, ш, ф) при взаимодействии ядер и элементарных проб (протонов, пионов, фотонов) с ядрами стало предметом весьма интенсивных экспериментальных и теоретических исследований в течение последних примерно двадцати лет (см., например, работы [1−22] и соответствующие ссылки в главах 1−4). Основной интерес к данным реакциям был обусловлен возможностью изучения в них как модификации свойств (масс, ширин распадов) самих каонов и легких векторных мезонов, предсказываемой различными теоретическими моделями (киральной теорией возмущений, релятивистскими среднеполевыми подходами, подходами, основанными на использовании эффективных KN-дшп рассеяния, так называемым скей-лингом Брауна-Ро, квантовохромодинамическими правилами сумм и расчетами на решетке), в горячей/плотной ядерной материи, так и свойств самой ядерной материи при высокой плотности и/или температуре (ее уравнения состояния, кварк-глюонной плазмы, каонного конденсата), а также при обычной ядерной плотности и нулевой температуре (примеси высокоимпульсной компоненты в волновой функции ядра-мишени). Знание этих свойств является крайне важным [12−14, 21, 22], в частности, для понимания таких фундаментальных вопросов квантовой хромодинамики (КХД), астрофизики и адронной физики как наличие киральной симметрии (приближенной) у лагранжиана КХД и ее частичное восстановление не только в плотной ядерной материи, но уже и при обычных ядерных плотностях, эволюция ранней Вселенной, строение необычных звездных объектов-нейтронных звезд и их динамические и статические характеристики (момент инерции, максимальная масса, радиусы), короткодействующая часть нуклон-нуклонного потенциала. Значительный интерес к реакциям рождения каонов на ядрах в течение последних нескольких лет связан также с возможностью изучения в них экзотического пентакварко-вого бариона (c)+(1540) [23−25].
Среди векторных мезонов особенно интересным представляется изучение рождения ф мезонов как в ядро-ядерных, так и в адрон (фото)-ядерных столкновениях исходя из следующих дополнительных соображений 1: обнаружение изменения массы и ширины ф мезона в ядерной среде по сравнению с вакуумными значениями по детектированию его дикаонной или дилептонной мод распада позволит получить также важную информацию как о примеси странности в нуклоне [26]-величине, которая плохо известна до сих пор и определение которой представляет в настоящее время большой интерес [27], так и о свойствах каонов в этой среде [26, 28, 29]. Свойства заряженных каонов и ф мезонов в ядерной среде могут быть изучены в реакциях их подпорогового рождения на ядрах, т. е. в процессах, запрещенных в той же кинематике при столкновении со свободным нуклоном 2, поскольку, например, изменения в их массах в ядерной среде будут приводить к сдвигам элементарных порогов их рождения в этой среде, что в свою очередь будет вести к сильным изменениям их выходов из ядер (по сравнению с выходами, полученными в сценарии со свободными массами) при подпороговых начальных энергиях из-за дефицита энергии столкновения. При этом адрон (фото)-ядерные реакции имеют то преимущество по сравнению с ядро-ядерными взаимодействиями, что в них возможные изменения в массах ф мезона, каона и антикаона (порядка 2%, 5% и 20% при нормальной ядерной плотности соответственно для ф мезона, каона и антикаона согласно теоретическим предсказаниям и экспериментальным фактам, приведенным в первых трех главах диссертации), а также в ширине ф мезона (на порядок), хотя и меньшие, чем соответствующие изменения в свойствах этих частиц в ядро-ядерных столкновениях, могут лучше контролироваться благодаря их более простой динамике (особенно при подпороговых начальных энергиях, когда дефицит энергии столкновения приводит к существенному сокращению числа возможных каналов.
См. также раздел 3.1 диссертации.
2Это определение подразумевает зависимость пороговой энергии как от массы рожденной частицы, так и от ее импульса и угла вылета в лабораторной системе. Обычно изучается зависимость сечений образования адронов с фиксированным импульсом и углом от энергии налетающих частиц (энергетическая зависимость сечений), либо импульсная зависимость сечений при энергии, меньшей пороговой для образования исследуемых адронов на нуклоне. образования адронов). Другим важным преимуществом реакций на обычных ядрах с микроскопическими пробами по сравнению с ядро-ядерными столкновениями является то, что в них спектаторная материя находится вблизи своего равновесного состояния [21]. А это весьма существенно, поскольку теоретические предсказания о свойствах адронов в ядерной среде основываются на равновесной модели, в которой исследуемый адрон (векторный мезон) внедрен в находящуюся в равновесии холодную ядерную материю.
Для описания реакций с нуклонами, пионами, фотонами (и сложными частицами) при различных энергиях и тем самым для установления связи между экспериментом и лежащей в основе физикой часто используются динамические транспортные модели, основанные на неравновесной кинетической транспортной теории [10−13, 21, 22, 30]. Эти модели позволяют описать большой набор адронных и лептонных наблюдаемых в данных реакциях [10−13, 21, 22, 30]. Однако расчеты по ним, ввиду их сложности и используемого в них алгоритма расчета, требуют больших затрат машинного времени и усилий, в том числе и при подпороговых начальных энергиях, когда мы имеем дело с малыми сечениями. Поэтому для описания подпорогового рождения заряженных каонов в протон-ядерных взаимодействиях получили развитие более простые модели-так называемые модели свертки (см., например, работы [2, 9, 31−33] и соответствующие ссылки в разделе 1.1.1). В этих моделях использовались различные параметризации элементарных сечений рождения каонов, а также импульсного распределения нуклонов ядра-мишени. Их существенным недостатком было то, что в них полностью пренебрегалось (или учитывалось весьма грубо) внемассовым поведением 3 внутриядерных нуклонов и влиянием ядерной среды на элементарные процессы образования каонов. Учет этих эффектов крайне важен при рассмотрении процессов, ограниченных по фазовому пространству. А именно к-таким процессам относится подпороговое и околопороговое образование тяжелых мезонов на нуклонах ядра-мишени.
Таким образом, для более корректного описания подпорогового и около.
3 Такое поведение связанных нуклонов ядра определяется их спектральной функцией [34]. порогового рождения заряженных каонов при взаимодействии элементарных проб (протонов, фотонов) с ядрами представлялось необходимым, в&жным и актуальным разработать новую модель, которая устраняла бы этот недостаток, а также проанализировать с ее помощью имеющиеся экспериментальные данные.
Далее, в связи с планируемыми экспериментами по обнаружению модификации ф мезона в ядерной среде в рА-соударениях на ускорителях COSY-Juelich [35], НУКЛОТРОН-Дубна [36], а также в связи с возможными в будущем экспериментами по изучению свойств экзотического пен-такваркового бариона 0+(154О) в фотоядерных реакциях представлялось важным и актуальным обобщить эту модель на случай рождения нестабильных частиц (в частности, ф мезонов и (c)+ барионов) соответственно в протон-ядерных и фотоядерных столкновениях в подпороговом и околопороговом энергетических режимах, и затем получить с помощью этой обобщенной модели предсказания для различных наблюдаемых в данных столкновениях.
Наконец, в связи с проектами сооружения сильноточных протонных ускорителей нового поколения (каонных фабрик) и проведения экспериментов на них с высокоинтенсивными каонными пучками как в области ядерной физики, так и в области физики редких каонных распадов возникла необходимость [30] в детальном, систематическом и достаточно простом описании инклюзивных сечений рождения заряженных каонов в протон-протонных и протон-ядерных соударениях при больших энергиях первичных протонов (при кинетической энергии протона в лабораторной системе > 3 ГэВ).
Целью настоящей диссертации в свете сказанного является:
1) разработка модели для описания инклюзивного подпорогового и околопорогового рождения заряженных каонов при взаимодействии элементарных проб (протонов, фотонов) с ядрами, основанной на рассмотрении соответствующих прямых и двухступенчатых (через промежуточный пион) процессов образования каонов и антикаонов, и учитывающей как модификацию свойств вторичных адронов в ядерной среде, так и реалистическую спектральную функцию нуклонов ядра-мишени;
2) анализ на основе этой модели имеющихся экспериментальных данных по подпороговому и околопороговому рождению заряженных каонов в протон (фото)-ядерных реакциях с целью изучения механизма под-порогового и околопорогового образования каонов на ядрах, а также роли нуклон-нуклонных корреляций и эффектов среды в этом явлении;
3) обобщение данной модели на случай рождения нестабильных частиц, в частности, ф мезонов и (c)+ барионов соответственно в протон-ядерных и фотоядерных столкновениях в подпороговом и околопороговом энергетических режимах:
4) получение на основе этой обобщенной модели предсказаний для различных наблюдаемых в данных столкновениях, которые могут быть использованы при обсуждении возможности постановки соответствующих экспериментов по изучению свойств ф мезонов и (c)+ барионов соответственно в ядерной среде и в вакууме;
5) разработка детального и достаточно простого метода расчета инклюзивных сечений образования заряженных каонов в протон-протонных и протон-ядерных соударениях при больших энергиях первичных протонов соответственно на основе учета скейлингового характера инклюзивных сечений образования каонов в рр-столкновениях при высоких энергиях и на основе объединения аналитического расчета сечений их рождения на легких ядрах в прямых протон-нуклонных взаимодействиях с феноменологическим описанием сечений их образования на тяжелых ядрах-мишенях;
6) проверка его точности и пределов применимости путем сравнения полученных с его помощью предсказаний о сечениях с экспериментальными данными.
Научная значимость работы состоит в том, что в диссертации разработана относительно простая и достаточно эффективная модель для описания инклюзивного подпорогового и околопорогового рождения заряженных каонов и легких векторных мезонов (в частности, ф мезонов) при взаимодействии элементарных проб (протонов, фотонов) с ядрами, которая позволяет сравнительно быстро рассчитывать инклюзивные сечения их подпорогового и околопорогового образования на ядрах, изучать роль прямого и двухступенчатого механизмов, нуклон-нуклонных корреляций и эффектов среды в этом явлении. Кроме того, в диссертации развит аналитический метод расчета инклюзивных сечений образования заряженных каонов в протон-протонных и протон-ядерных столкновениях при больших энергиях первичных протонов, который также позволяет быстро и достаточно надежно рассчитывать эти сечения в широком диапазоне энергий первичных протонов и массовых чисел ядер-мишеней (для рА-столкновений).
Научная новизна работы заключается в следующем.
1) Предложен новый подход к описанию инклюзивного подпорогового и околопорогового рождения заряженных каонов и легких векторных мезонов (в частности, ф мезонов) в протон-ядерных и фотоядерных взаимодействиях, основанный на рассмотрении соответствующих прямых и двухступенчатых процессов их образования и учитывающий как модификацию свойств вторичных адронов в ядерной среде, так и реалистическую спектральную функцию нуклонов ядра-мишенив рамках данного подхода впервые сформулированы соответствующие выражения для инклюзивных сечений образования заряженных каонов и ф мезонов на ядре от этих процессов в виде функционалов от элементарных сечений их рождения, плотности и спектральной функции внутриядерных нуклонов.
2) На основе этого подхода проведен анализ имеющихся экспериментальных данных по инклюзивным сечениям рождения заряженных каонов в протон (фото)-ядерных реакциях в подпороговом и околопороговом энергетических режимах.
3) Впервые показано, что: учет влияния ядерной среды на прямые и двухступенчатые процессы образования каонов и антикаонов в протон-ядерных взаимодействиях является существенным как для описания анализируемых данных, так и данных по инклюзивным сечениям рождения заряженных пионов под малыми углами на ядрах 12С протонами с энергиями от 1.05 до 2.1 ГэВдля описания экспериментальных данных по энергетическим зависимостям сечений образования быстрых антикаонов в рВеи рСи-столкновениях в подпороговом режиме, полученных на ускорителе в ИТЭФ, также важным является учет взаимодействия в конечном состоянии между выходящими в прямом процессе их рождения нуклонамиотносительная сила прямого и двухступенчатого механизмов образования каонов и антикаонов в рА-соударениях в подпороговом режиме зависит от кинематики анализируемой реакции, а именно: прямой механизм доминирует в формировании высокоэнергетических частей спектров вторичных каонов и антикаонов, тогда как двухступенчатые процессы ответственны в основном за образование мягких каонов и антикаоноввыход каонов от прямых процессов в протон-ядерных и фотоядерных реакциях почти полностью определяется коррелированной («высокоимпульсной») частью спектральной функции внутриядерных нуклонов только в очень узком диапазоне импульсов каонов (для спектров каонов) или начальных энергий (для энергетических зависимостей).
4) Изучена зависимость подпорогового рождения медленных К~ мезонов в рА-взаимодействиях от глубины притягивательного антикаон-ядерного потенциала. Показано, что имеется сильная чувствительность выхода К~ мезонов с импульсами в лабораторной системе < 400 МэВ/с к глубине этого потенциала. Это дает возможность определить экспериментально антикаон-ядерный потенциал путем измерения дифференциальных сечений подпорогового и околопорогового образования мягких К~ мезонов на различных ядрах-мишенях.
5) Впервые исследовано подпороговое рождение ф мезонов в прямом процессе и их распад через дикаонный (димюонный) канал в протон-ядерных реакциях и сделан определенный вывод о возможности экспериментального наблюдения (по дилептонному каналу) в рассматриваемых peакциях ренормализации свойств ф мезона уже при обычных ядерных плотностях.
6) Впервые изучена возможность определения четности (c)+ пентак-варка в реакции 7d —> К~<�д+р К~К+пр в пороговой области энергий первичных фотонов. Показано, что угловые распределения К~ мезонов в лабораторной системе, образованных в этой реакции, являются чувствительными к четности (c)+ бариона и поэтому могут быть использованы в качестве фильтра для определения его четности.
7) Впервые получены простые аналитические выражения для инклюзивных сечений образования заряженных каонов в протон-протонных и протон-ядерных взаимодействиях при высоких энергиях первичных протонов (при кинетической энергии протона в л.с. > 3 ГэВ). Проведено детальное сравнение расчетов по этим выражениям инклюзивных сечений с экспериментальными данными, которое продемонстрировало их эффективность для расчета указанных величин, а также их пределы применимости.
Практическая ценность работы заключается в том, что результаты, полученные в диссертации, позволяют сравнительно быстро и достаточно надежно вычислять инклюзивные сечения образования заряженных каонов и легких векторных мезонов (в частности, ф мезонов), необходимые при анализе экспериментальных данных, при обсуждении возможности постановки соответствующих экспериментов по изучению свойств каонов и ф мезонов в ядерной материи, четности пентакварка (c)+(1540), а также при решении различных задач прикладной ядерной физики.
Автор выносит на защиту:
1) Метод описания инклюзивного подпорогового и околопорогового рождения заряженных каонов и легких векторных мезонов (в частности, ф мезонов) в протон-ядерных и фотоядерных взаимодействиях, основанный на рассмотрении соответствующих прямых и двухступенчатых процессов их образования, учитывающий как модификацию свойств вторичных адронов в ядерной среде, так и реалистическую спектральную функцию нуклонов ядра-мишени, и включающий: а) выражения для инклюзивных сечений образования заряженных каонов и ф мезонов на ядре от этих процессовб) выражения для инклюзивных сечений образования заряженных каонов и ф мезонов в рассматриваемых элементарных реакцияхв) аналитические выражения для некоррелированной и коррелированной частей спектральной функции внутриядерных нуклонов.
2) Результаты анализа имеющихся экспериментальных данных по инклюзивным сечениям рождения заряженных каонов в протон-ядерных и фотоядерных реакциях в подпороговом и околопороговом энергетических режимах, а также предсказания о сечениях их образования в этих реакциях в данных режимах.
3) Предсказания для распределений каонных (мюонных) пар по их инвариантной массе от распадов ф мезонов, образованных в прямом процессе pN —> рАТф протонами с энергией 2.4 ГэВ, внутри и вне ядер-мишеней 12С и 63Си, а также для суммарных распределений этих пар по их инвариантной массе.
4) Предсказания для эксклюзивных и инклюзивных угловых распределений К~ мезонов в лабораторной системе, образованных в реакции 7d —>¦ K~Q+p —> К~К+пр фотонами с энергиями 1.5 и 1.75 ГэВ.
5) Аналитические формулы для инклюзивных сечений образования заряженных каонов в протон-протонных и протон-ядерных столкновениях при высоких энергиях первичных протонов.
6) Результаты численных расчетов по этим формулам и сравнение их с экспериментом.
Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались на следующих международных конференциях и совещаниях:
1) «Mesons and Nuclei at Intermediate Energies». Dubna, Russia, 3−7 May 1994;
2) «Physics with GeV-Particle Beams». Juelich, Germany, 22−25 August 1994;
3) «Mesons and Light Nuclei». Czech Republic, 3−7 July 1995;
4) The 25th INS Int. Symposium on «Nuclear and Particle Physics with High-Intensity Proton Accelerators». Tokyo, Japan, 3−6 December 1996;
Ъ) Int. Conference on «Hypernuclear and Strange Particle Physics (HYP97)». BNL, Upton, NY, 13−18 October 1997;
6) «International Nuclear Physics Conference (INPC/98)». Paris, France, 2428 August 1998;
7) Workshop on «Strangeness Nuclear Physics (SNP'99)». Seoul, Korea, 1922 February 1999;
8) The 2nd KEK-Tanashi Int. Symposium on «Hadron and Nuclear Physics with Electromagnetic Probes». Tokyo, Japan, 25−27 October 1999;
9) 7th Conference on «The Intersections of Particle and Nuclear Physics (CIPANP2000)». Quebec, Canada, 22−28 May 2000;
10) 7th Int. Conference on «Nucleus-Nucleus Collisions (NN2000)». Strasbourg, France, 3−7 July 2000;
11) 2nd ANKE Workshop on «Strangeness Production in pp and pA Interactions at ANKE». PNPI, Gatchina, Russia, 21−22 June 2001;
12) The Fourth Int. Conference on «Modern Problems of Nuclear Physics». Tashkent, Uzbekistan, 25−29 September 2001;
13) «XIII HADES Collaboration Meeting». Nicolosi, Italy, 3−6 December 2003; а также обсуждались на научных семинарах в ИЯИ РАН, ОИЯИ (ЛВЭ, ЛФЧ) и Институте ядерной физики Центра Физических Исследований (Юлих, Германия).
Публикации. По результатам диссертации опубликованы одна книга и 37 статей.
Конкретное личное участие автора в получении результатов, приведенных в диссертации. Все основные результаты работы получены автором. Численные расчеты по ним и сравнение результатов этих расчетов с экспериментом также выполнены автором.
Структура диссертации. Диссертация состоит из Введения, 4 глав, Заключения, содержит 252 страницы печатного текста, 58 рисунков, 4 таблицы. Список цитированной литературы включает 488 наименований.
Заключение
.
В заключение суммируем основные результаты работы.
1. Предложен и развит новый метод описания инклюзивного под-порогового и околопорогового рождения заряженных каонов в протон-ядерных соударениях, основанный на рассмотрении соответствующих прямых и двухступенчатых процессов образования К+ и К~ мезонов и учитывающий модификацию свойств вторичных адронов в ядерной среде, реалистическую спектральную функцию нуклонов ядра-мишени, а также взаимодействие в конечном состоянии между участвующими в прямом процессе образования антикаонов вторичными нуклонами: сформулированы выражения для инклюзивных инвариантных сечений образования каонов и антикаонов в протон-ядерных реакциях от этих процессов в виде функционалов от инклюзивных инвариантных сечений их рождения в ядре в данных процессах, плотности и спектральной функции внутриядерных нуклоновв рамках модели релятивистского фазового объема найдены выражения для инклюзивных инвариантных сечений образования К+ и К~ мезонов в элементарных реакциях с тремя и четырьмя частицами в конечном состоянии с учетом влияния на эти реакции ядерной средывыражения для аналогичных сечений рождения К+ мезонов в процессах с двумя частицами в конечном состоянии определены, используя двухчастичную кинематику этих процессов и имеющиеся в литературе параметризации дифференциальных сечений образования каонов в с.ц.м.- получены простые аналитические выражения для одночастичной (некоррелированной) и коррелированной (учитывающей нуклон-нуклонные корреляции) частей спектральной функции нуклонов ядра-мишени, использование которых существенно упрощает расчеты сечений образования каонов и антикаонов в протон-ядерных столкновениях.
2. На основании полученных формул составлена программа расчета инклюзивных сечений образования заряженных каонов при взаимодействии протонов с энергиями < 3 ГэВ с ядрами.
3. Проведено детальное сравнение результатов расчетов по этой программе с имеющимися экспериментальными данными по инклюзивным сечениям рождения К+ мезонов в р9Ве-, р12С-столкновениях и К~ мезонов в р9Ве-, р63Си-, р197Аи-соударениях в подпороговом и околопороговом режимах.
4. Показано, что: а) учет влияния ядерной среды на прямые и двухступенчатые процессы образования каонов является существенным как для описания анализируемых данных, так и данных по инклюзивным сечениям рождения заряженных пионов под малыми углами на ядрах 12С протонами с энергиями от 1.05 до 2.1 ГэВотносительная сила прямого и двухступенчатого механизмов образования К+ мезонов на легких ядрах в подпороговом энергетическом режиме определяется кинематикой анализируемой реакции, а именно: прямой механизм доминирует в образовании высокоэнергетических («жестких») вторичных каонов, тогда как вклады от прямого и двухступенчатого механизмов в образовании низкоэнергетических («мягких») каонов являются сравнимыми 1 — основной вклад в сечение рождения каонов на ядре от двухступенчатых процессов как в подпороговой, так и в околопороговой областях энергий первичных протонов дает некоррелированная часть нуклонной спектральной функциивыход каонов от прямых процессов почти полностью определяется коррелированной частью этой функции только в очень узком диапазоне импульсов каонов (для спектров каонов) или начальных энергий (для энергетических зависимостей), что, с одной стороны, затрудняет извлечение детальной информации о ней из анализируемых данных, а с другой стороны', указывает на необходимость проведения дальнейших измерений инклюзивных сечений подпорогового образования жестких К+ мезонов на анее в литературе считалось, что двухступенчатый механизм доминирует в рождении каонов на ядрах в подпороговой области энергий. ядрах с целью получения этой информацииб) учет взаимодействия в конечном состоянии между выходящими в прямом процессе образования К~ мезонов нуклонами и влияния на эти нуклоны ядерной среды (эффективного притягивательного нуклон-ядерного потенциала) является существенным для описания анализируемых данных по дифференциальным сечениям рождения быстрых антикаонов в р9Веи р63Си-соударениях в подпороговом режиме, полученных на ускорителе в ИТЭФ, тогда как каонный и антикаонный потенциалы играют незначительную рольв отличие от случая образования быстрых К~ мезонов, влияние этих эффектов на выход сравнительно медленных антикаонов, рожденных вр+197Аи взаимодействиях при энергии протонов 2.5 ГэВ, является незначительным, тогда как влияние на него антикаонного потенциала является доминирующим (особенно при импульсах К~ мезонов в лабораторной системе < 400 МэВ/с) — основной вклад в сечение подпорогового образования быстрых К~ мезонов на исследуемых ядрах 9Ве и 63Си дает, как и в случае рождения жестких К+ мезонов, прямой механизм, тогда как двухступенчатый процесс с промежуточным пионом играет основную роль в формировании спектра сравнительно мягких антикаонов, рожденных в р + 197Аи столкновениях при энергии протонов 2.5 ГэВлучшее описание анализируемых данных по подпороговому образованию К~ мезонов на ядрах достигается в предположении отсутствия модификации каонов ядерной средой.
5. Изучена зависимость подпорогового рождения медленных К~ мезонов в р9Ве-соударениях от глубины притягивательного антикаон-ядерного потенциала. Показано, что имеется сильная чувствительность выхода К~ мезонов с импульсами в лабораторной системе < 400 МэВ/с к глубине этого потенциала. Это дает возможность определить экспериментально антикаон-ядерный потенциал (по крайней мере сделать выбор в пользу либо мелкого, либо глубокого антикаонного потенциала) путем измерения дифференциальных сечений подпорогового и околопорогового образования мягких К~ мезонов на различных ядрах-мишенях.
6. Найдены простые аналитические формулы для инклюзивных сечений образования заряженных каонов в рри рА-взаимодействиях при высоких энергиях первичных протонов (при кинетической энергии протона в л.с. бо > 3 ГэВ). Проведено сравнение расчетов по найденным формулам инклюзивных сечений с экспериментом в широком диапазоне начальных энергий первичных протонов и массовых чисел ядер-мишеней (для рА-взаимодействий). Показано, что эти формулы позволяют удовлетворительно (с ошибкой в пределах двойки) рассчитать инклюзивные сечения образования вторичных каонов и антикаонов под малыми углами в л.с. протонами больших энергий. Поэтому можно считать, что предсказания о сечениях, полученные с их помощью, окажутся достаточно надежными и могут быть использованы как в связи с проектами сооружения сильноточных протонных ускорителей типа каонных фабрик, так и для интерпретации экспериментов по рождению К+ и К~ мезонов в протон-ядерных и ядро-ядерных столкновениях при различных энергиях.
7. В качестве примеров подобного предсказания приведены инклюзивные инвариантные сечения образования К+ и К~ мезонов под нулевым углом в л.с. протонами различных энергий в рр-, рВеи рРЪ-соударениях в зависимости от импульса каона. Показано, что выходы относительно медленных К+ и К~ мезонов (с импульсом рк ~ 0.5−1 ГэВ/с) в этих соударениях не сильно зависят от энергии первичного протона при бо > 30 ГэВ, что свидетельствует в пользу выбора энергии eg ~ 30−50 ГэВ в качестве оптимальной энергии первичного пучка протонов ускорителей типа каонных фабрик.
8. Проведено обобщение развитого метода на случай рождения нестабильных частиц (в частности, ф мезонов) в протон-ядерных взаимодействиях в подпороговом режиме с учетом модификации их свойств в ядерной среде. Сформулированы выражения для двойных дифференциальных сечений образования К+К~ (/i+/i~) пар от распадов ф мезонов, образованных в прямом процессе pN —у рИф и летящих по направлению движения первичного пучка протонов в л.е., внутри и вне ядра-мишени. С их помощью вычислены импульсные распределения ф мезонов, образованных в этом процессе при начальных энергиях 2.4 и 2.7 ГэВ и распадающихся как внутри, так и вне ядра 63Си, а также распределения К+К~ пар по их инвариантной массе от распадов ф мезонов внутри и вне ядер-мишеней 12С и 63Си, суммарные распределения этих пар по их инвариантной массе при энергии налетающих протонов 2.4 ГэВ и в различных сценариях для ширины ф мезона и параметра обрезания по его импульсу.
9. Показано, что: медленные ф мезоны (с импульсом рф < 100 МэВ/с) распадаются главным образом внутри ядра 63Си, тогда как быстрые ф мезоны (с импульсом рф > 100 МэВ/с) распадаются в основном в вакуумераспределение К+К~~ пар по их инвариантной массе, соответствующее распадам ф мезонов вне ядра-мишени, характеризуется их вакуумной шириной и потому является довольно узким, тогда как аналогичное распределение от распадов ф мезонов внутри ядра-мишени возмущено ядерной средой вследствие резонанс-нуклонного рассеяния и возможной модификации каонов и р мезона этой средой и потому является умеренно широкимотносительная сила «внутреннего» и «внешнего» распределений зависит от используемого сценария для ширины ф мезона и параметра обрезания по его импульсу.
10. Исследована зависимость ширины суммарного распределения К+К~ рГ) пар по их инвариантной массе от используемого сценария для ширины ф мезона и параметра обрезания по его импульсу. Продемонстрировано, что ширина результирующего распределения мюонных пар по их инвариантной массе на ядре 12С лишь незначительно превышает вакуумную ширину ф мезона в случае, если используется учитывающая эффекты среды полная ширина ф мезона и применено обрезание по его импульсу на уровне 100 МэВ/с. Тогда как на ядре 63Си это превышение достигает величины порядка 2 и поэтому является уже наблюдаемым. Теоретически обосновано, что для более тяжелых ядер-мишеней оно должно быть даже большим. Отмечено, что это дает возможность экспериментально изучить (например, на установке HADES, Германия) модификацию свойств ф мезонов уже при обычной ядерной плотности путем измерения выходов ди-лептонов (димюонов или диэлектронов) от распадов медленных ф мезонов, образованных при взаимодействии протонов промежуточных энергий со средними и тяжелыми ядрами.
Продемонстрировано, что результирующее распределение каонных пар по их инвариантной массе оказалось слабочувствительным к свойствам ф мезона в ядерной материи вследствие сильного поглощения распадных антикаонов в этой материи. С другой стороны, показано, что в случае учета изменения инвариантной массы К+К~ пары при ее движении из ядра в вакуум за счет действия на нее главным образом каон-ядерных потенциалов это распределение уширяется и сдвигается в сторону больших инвариантных масс. Отмечено, что измерение такой модификации этого распределения дало бы дополнительное доказательство в пользу гипотезы о ренорма-лизации свойств каонов и антикаонов в ядерной среде. На основании полученных результатов сделан вывод, что, даже применяя низкоимпульсное обрезание, невозможно наблюдать изменение свойств ф мезонов в ядерной среде через К+К~ массовые спектры в рА-соударениях. Также отмечено, что развитая в диссертации модель может быть еще использована (после ее очевидной незначительной модификации) при интерпретации результатов планируемого на установке HADES эксперимента по рождению ф мезонов в пион-ядерных взаимодействиях.
11. На основе развитого подхода, использующего спектральную функцию нуклонов ядра-мишени, исследовано фоторождение заряженных каонов на ядрах. Вычислены полные и дифференциальные сечения образования К+ мезонов в прямых процессах (yN K+Y, Y = А, Е) в реакциях 7 + d К+ + X, 7 + 12С К+ + X и 7 + 208РЬ чГ + Хв околопороговом и подпороговом энергетических режимах. Проведено сравнение результатов расчетов с первыми экспериментальными данными по дифференциальным сечениям рождения К+ мезонов в 712С-взаимодействиях в околопороговой и подпороговой областях энергий первичных фотонов, полученными в Институте ядерных исследований Токийского Университета. Показано, что наш расчет в целом неплохо описывает эти данные, хотя и дает энергетическую зависимость, слегка отличную от экспериментальной, что, по-видимому, связано с пренебрежением в нем возможной модификацией элементарных реакций 7N K+Y в ядерной среде. Исследована роль высокоимпульсной компоненты нуклонной спектральной функции в подпороговом фоторождении каонов на ядрах. Показано, что в случае 7 + d —> К+ + X реакции вычисленные сечения образования К+ мезонов полностью определяются низкоимпульсной частью (pt < 0.5 ГэВ/с) распределения импульсов нуклона в дейтроне. Тогда как в случае 7+12С —>• К++Х и 7 +208РЬ —К+—Х реакций полученные сечения почти полностью определяются коррелированной частью нуклонной спектральной функции только при начальных энергиях, лежащих вблизи абсолютных порогов рождения каонов на ядрах 12С и 208РЬ, что затрудняет, как и в случае образования каонов в протон-ядерных реакциях, извлечение детальной информации об этой части из измерений полных и дифференциальных сечений рождения К+ мезонов в фотоядерных реакциях при подпороговых энергиях налетающих фотонов.
12. В рамках модели спектатора изучена возможность определения четности (c)+ пентакварка в реакции yd —> K~Q+p —> К~К+пр в пороговой области энергий. Представлены предсказания для эксклюзивных и инклюзивных угловых распределений К~ мезонов в лабораторной системе, образованных в этой реакции, вычисленные для двух возможных значений четности 9+ резонанса при энергиях первичных фотонов 1.5 и 1.75 ГэВ как с соответствующим обрезанием тех частей фазового пространства, где вклад от основных источников фона, связанных с рождением ^(1020), А (1520) и К~р-перерассеянием в конечном состоянии, ожидается быть доминирующим, так и без этого обрезания. Показано, что в выбранной кинематике эти распределения являются чувствительными к четности Э+ бариона и поэтому могут быть использованы в качестве фильтра для определения его четности.
13. Установлено, что развитый в диссертации подход также является эффективным инструментом для изучения подпорогового и околопорогового рождения как других частиц (си, г?, р) в протон-ядерных взаимодействиях, так и заряженных каонов в пион-ядерных столкновениях.
В заключение автор выражает глубокую благодарность своим коллегам Е. С. Голубевой, Ф. Ф. Губеру, С. В. Ефремову, А. С. Ильинову, Ю. Т. Киселеву, В. В. Копелиовичу, В. П. Коптеву, Б. В. Криппе, А. Б. Курепину, И. А. Пшеничнову, А. И. Решетину, Ю. В. Рябову, Е. А. Строковскому, В. А. Шейнкману за плодотворное сотрудничество, многочисленные ценные обсуждения, внимание и поддержку.
К Введению.
