Исследование рождения заряженных каонов и легких векторных мезонов в протон-ядерных и фотоядерных реакциях

На правах рукописи

ПАРЬЕВ Эдуард Яковлевич ИССЛЕДОВАНИЕ РОЖДЕНИЯ ЗАРЯЖЕННЫХ КАОНОВ И ЛЕГКИХ ВЕКТОРНЫХ МЕЗОНОВ В ПРОТОН-ЯДЕРНЫХ И ФОТОЯДЕРНЫХ РЕАКЦИЯХ 01.04.16–физика атомного ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора физико–математических наук

Москва–2007

Работа выполнена в Отделе Экспериментальной Физики Института ядерных исследований РАН

Официальные оппоненты: доктор физико–математических наук, профессор Д.Н.Воскресенский, доктор физико–математических наук В.Г.Недорезов, доктор физико–математических наук Е.А.Строковский.

Ведущая организация: ФГУП ГНЦ РФ "Институт теоретической и экспериментальной физики им. А.И.Алиханова"(г.Москва).

Защита диссертации состоится ” ” 2007 г. в час.

на заседании Диссертационного совета Д002.119.01 Института ядерных исследований РАН (Москва, 117312, проспект 60-летия Октября, д.7а).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЯИ РАН

Автореферат разослан ” ” 2007 г.

Ученый секретарь Диссертационного совета кандидат физико–математических наук Б.А.Тулупов Актуальность темы. Изучение рождения заряженных каонов (K ± ) и легких векторных мезонов (,, ) при взаимодействии ядер и эле ментарных проб (протонов, пионов, фотонов) с ядрами стало предметом весьма интенсивных экспериментальных и теоретических исследований в течение последних примерно двадцати лет. Основной интерес к данным ре акциям был обусловлен возможностью изучения в них как модификации свойств (масс, ширин распадов) самих каонов и легких векторных мезонов, предсказываемой различными теоретическими моделями (киральной тео рией возмущений, релятивистскими среднеполевыми подходами, подхода ми, основанными на использовании эффективных KN -длин рассеяния, так называемым скейлингом Брауна–Ро, квантовохромодинамическими прави лами сумм и расчетами на решетке), в горячей/плотной ядерной мате рии, 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 темпера туре (примеси высокоимпульсной компоненты в волновой функции ядра мишени). Знание этих свойств является крайне важным, в частности, для понимания таких фундаментальных вопросов квантовой хромодинамики (КХД), астрофизики и адронной физики как наличие киральной симмет рии (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 характери стики (момент инерции, максимальная масса, радиусы), короткодейству ющая часть нуклон-нуклонного потенциала. Значительный интерес к ре акциям рождения каонов на ядрах в течение последних нескольких лет связан также с возможностью изучения в них экзотического пентакварко вого бариона + (1540).

Среди векторных мезонов особенно интересным представляется изуче ние рождения мезонов как в ядро-ядерных, так и в адрон (фото)-ядерных столкновениях исходя из следующих дополнительных соображений: обна ружение изменения массы и ширины мезона в ядерной среде по срав нению с вакуумными значениями по детектированию его дикаонной или дилептонной мод распада позволит получить также важную информацию как о примеси странности в нуклоне–величине, которая плохо известна до сих пор и определение которой представляет в настоящее время большой интерес, так и о свойствах каонов в этой среде. Свойства заряженных ка онов и мезонов в ядерной среде могут быть изучены в реакциях их под порогового рождения на ядрах, т.е. в процессах, запрещенных в той же кинематике при столкновении со свободным нуклоном, поскольку, напри мер, 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 выхода ми, полученными в сценарии со свободными массами) при подпороговых начальных энергиях из-за дефицита энергии столкновения. При этом ад рон (фото)-ядерные реакции имеют то преимущество по сравнению с ядро ядерными взаимодействиями, что в них возможные изменения в массах мезона, каона и антикаона (порядка 2%, 5% и 20% при нормальной ядер ной плотности соответственно для мезона, каона и антикаона), а также в ширине 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 столкно вения приводит к существенному сокращению числа возможных каналов образования адронов). Другим важным преимуществом реакций на обыч ных ядрах с микроскопическими пробами по сравнению с ядро-ядерными столкновениями является то, что в них спектаторная материя находит ся вблизи своего равновесного состояния. А это весьма существенно, по скольку теоретические предсказания о свойствах адронов в ядерной среде основываются на равновесной модели, в которой исследуемый адрон (век торный 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 кине тической транспортной теории. Эти модели позволяют описать большой набор адронных и лептонных наблюдаемых в данных реакциях. Однако расчеты по ним, ввиду их сложности и используемого в них алгоритма рас чета, требуют больших затрат машинного времени и усилий, в том числе и при подпороговых начальных энергиях, когда мы имеем дело с малы ми сечениями. Поэтому для описания подпорогового рождения заряжен ных каонов в протон-ядерных взаимодействиях получили развитие более простые модели–так называемые модели свертки (или фолдинг модели).

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 внутриядерных нуклонов и влиянием ядерной среды на элементарные процессы образования каонов. Учет этих эффектов крайне важен при рас смотрении 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 порогового рождения заряженных каонов при взаимодействии элементар ных проб (протонов, фотонов) с ядрами представлялось необходимым, важным 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 мо дификации мезона в ядерной среде в pA-соударениях на ускорителях COSY-Juelich, НУКЛОТРОН-Дубна, а также в связи с возможными в бу дущем экспериментами по изучению свойств экзотического пентакварко вого бариона + (1540) в фотоядерных реакциях представлялось важным и актуальным обобщить эту модель на случай рождения нестабильных частиц (в частности, мезонов и + 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 столкновени ях.

Наконец, в связи с проектами сооружения сильноточных протонных ускорителей нового поколения (каонных фабрик) и проведения экспери ментов на них с высокоинтенсивными каонными пучками как в области ядерной физики, так и в области физики редких каонных распадов воз никла необходимость в детальном, систематическом и достаточно про стом описании инклюзивных сечений рождения заряженных каонов в протон протонных и протон-ядерных соударениях при больших энергиях первич ных протонов (при кинетической энергии протона в лабораторной системе 3 ГэВ).

Такое поведение связанных нуклонов ядра определяется их спектральной функцией P (pt, E), ко торая дает вероятность нахождения в ядре нуклона с импульсом pt и энергией связи E.

Целью настоящей диссертации в свете сказанного является:

1) разработка модели для описания инклюзивного подпорогового и око лопорогового рождения заряженных каонов при взаимодействии эле ментарных проб (протонов, фотонов) с ядрами, основанной на рас смотрении соответствующих прямых и двухступенчатых (через проме жуточный пион) процессов образования каонов и антикаонов, и учи тывающей 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 явле нии;

3) обобщение данной модели на случай рождения нестабильных частиц, в частности, мезонов и + барионов соответственно в протон-ядерных и фотоядерных столкновениях в подпороговом и околопороговом энер гетических режимах;

4) получение на основе этой обобщенной модели предсказаний для раз личных наблюдаемых в данных столкновениях, которые могут быть использованы при обсуждении возможности постановки соответству ющих экспериментов по изучению свойств мезонов и + барионов соответственно в ядерной среде и в вакууме;

5) разработка детального и достаточно простого метода расчета инклю зивных сечений образования заряженных каонов в протон-протонных и протон-ядерных соударениях при больших энергиях первичных про тонов соответственно на основе учета скейлингового характера инклю зивных сечений образования каонов в pp-столкновениях при высоких энергиях и на основе объединения аналитического расчета сечений их рождения на легких ядрах в прямых протон-нуклонных взаимодей ствиях с феноменологическим описанием сечений их образования на тяжелых ядрах-мишенях;

6) проверка его точности и пределов применимости путем сравнения по лученных с его помощью предсказаний о сечениях с эксперименталь ными данными.

Научная значимость работы состоит в том, что в диссертации разра ботана относительно простая и достаточно эффективная модель для опи сания инклюзивного подпорогового и околопорогового рождения заряжен ных каонов и легких векторных мезонов (в частности, мезонов) при взаи модействии элементарных проб (протонов, фотонов) с ядрами, которая поз воляет сравнительно быстро рассчитывать инклюзивные сечения их подпо рогового 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 энерги ях первичных протонов, который также позволяет быстро и достаточно надежно рассчитывать эти сечения в широком диапазоне энергий первич ных протонов и массовых чисел ядер-мишеней (для pA-столкновений).

Научная новизна работы заключается в следующем.

1) Предложен новый подход к описанию инклюзивного подпорого вого и околопорогового рождения заряженных каонов и легких векторных мезонов (в частности, мезонов) в протон-ядерных и фотоядерных вза имодействиях, основанный на рассмотрении соответствующих прямых и двухступенчатых процессов их образования и учитывающий как модифи кацию свойств вторичных адронов в ядерной среде, так и реалистическую спектральную функцию нуклонов ядра-мишени;

в рамках данного подхода впервые сформулированы соответствующие выражения для инклюзивных сечений образования заряженных каонов и мезонов на ядре от этих про цессов в виде функционалов от элементарных сечений их рождения, плот ности и спектральной функции внутриядерных нуклонов.

2) На основе этого подхода проведен анализ имеющихся эксперимен тальных данных по инклюзивным сечениям рождения заряженных каонов в протон (фото)-ядерных реакциях в подпороговом и околопороговом энер гетических режимах.

3) Впервые показано, что:

учет влияния ядерной среды на прямые и двухступенчатые процессы образования каонов и антикаонов в протон-ядерных взаимодействиях яв ляется существенным как для описания анализируемых данных, так и дан ных по инклюзивным сечениям рождения заряженных пионов под малыми углами на ядрах 12 C протонами с энергиями от 1.05 до 2.1 ГэВ;

для описания экспериментальных данных по энергетическим зависимо стям сечений образования быстрых антикаонов в pBe- и pCu-столкновениях в подпороговом режиме, полученных на ускорителе в ИТЭФ, также важ ным является учет взаимодействия в конечном состоянии между выходя щими в прямом процессе их рождения нуклонами;

относительная сила прямого и двухступенчатого механизмов образова ния каонов и антикаонов в pA-соударениях в подпороговом режиме зависит от кинематики анализируемой реакции, а именно: прямой механизм доми нирует в формировании высокоэнергетических частей спектров вторичных каонов и антикаонов, тогда как двухступенчатые процессы ответственны в основном за образование мягких каонов и антикаонов;

выход каонов от прямых процессов в протон-ядерных и фотоядерных ре акциях почти полностью определяется коррелированной ("высокоимпульс ной" ) частью спектральной функции внутриядерных нуклонов только в очень узком диапазоне импульсов каонов (для спектров каонов) или на чальных энергий (для энергетических зависимостей).

4) Изучена зависимость подпорогового рождения медленных K мезонов в pA-взаимодействиях от глубины притягивательного антикаон ядерного потенциала. Показано, что имеется сильная чувствительность вы хода K мезонов с импульсами в лабораторной системе 400 МэВ/с к глубине этого потенциала. Это дает возможность определить эксперимен тально антикаон-ядерный потенциал путем измерения дифференциальных сечений подпорогового и околопорогового образования мягких K мезонов на различных ядрах-мишенях.

5) Впервые исследовано подпороговое рождение мезонов в пря мом процессе и их распад через дикаонный (димюонный) канал в протон ядерных реакциях и сделан определенный вывод о возможности экспери ментального наблюдения (по дилептонному каналу) в рассматриваемых ре акциях ренормализации свойств мезона уже при обычных ядерных плот ностях.

6) Впервые изучена возможность определения четности + пента кварка в реакции d K + p K K + np в пороговой области энергий первичных фотонов. Показано, что угловые распределения K мезонов в лабораторной системе, образованных в этой реакции, являются чувстви тельными к четности + бариона и поэтому могут быть использованы в качестве фильтра для определения его четности.

7) Впервые получены простые аналитические выражения для ин клюзивных сечений образования заряженных каонов в протон-протонных и протон-ядерных взаимодействиях при высоких энергиях первичных про тонов (при кинетической энергии протона в л.с. 3 ГэВ). Проведено де тальное сравнение расчетов по этим выражениям инклюзивных сечений с экспериментальными данными, которое продемонстрировало их эффектив ность для расчета указанных величин, а также их пределы применимости.

Практическая ценность работы заключается в том, что результа ты, полученные в диссертации, позволяют сравнительно быстро и доста точно надежно вычислять инклюзивные сечения образования заряженных каонов и легких векторных мезонов (в частности, мезонов), необходимые при анализе экспериментальных данных, при обсуждении возможности по становки соответствующих экспериментов по изучению свойств каонов и мезонов в ядерной материи, четности пентакварка + (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, мезонов) в протон-ядерных и фотоядерных взаимодействиях, основанный на рассмотрении соответствующих прямых и двухступенчатых процессов их образования, учитывающий как модификацию свойств вторичных ад ронов в ядерной среде, так и реалистическую спектральную функцию нук лонов ядра-мишени, и включающий:

а) выражения для инклюзивных сечений образования заряженных као нов и мезонов на ядре от этих процессов;

б) выражения для инклюзивных сечений образования заряженных као нов и мезонов в рассматриваемых элементарных реакциях;

в) 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 реакци ях в данных режимах.

3) Предсказания для распределений каонных (мюонных) пар по их инвариантной массе от распадов мезонов, образованных в прямом про цессе pN pN протонами с энергией 2.4 ГэВ, внутри и вне ядер-мишеней C и 63 Cu, а также для суммарных распределений этих пар по их инвари антной массе.

4) Предсказания для эксклюзивных и инклюзивных угловых рас пределений K мезонов в лабораторной системе, образованных в реакции d K + p K K + np 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, докла дывались 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;

5) 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, 24– 28 August 1998;

7) Workshop on "Strangeness Nuclear Physics (SNP’99)". Seoul, Korea, 19– 22 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.

Структура диссертации. Диссертация состоит из Введения, 4 глав, Заключения, содержит 252 страницы печатного текста, 58 рисунков, 4 таб лицы. Список цитированной литературы включает 488 наименований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ Во Введении дано обоснование актуальности и важности исследуемой проблемы, сформулированы цель работы и основные новые результаты, полученные в диссертации, излагается ее краткое содержание.

Первая глава диссертации посвящена разработке метода расчета ин клюзивных сечений образования K + мезонов в протон-ядерных взаимодей ствиях в широком диапазоне энергий первичных протонов.

В п е р в о й ч а с т и э т о й г л а в ы развивается метод описа ния инклюзивного подпорогового и околопорогового рождения каонов в pA-столкновениях, основанный на рассмотрении как прямого механизма образования каонов, так и двухступенчатого механизма с пионами в про межуточном состоянии, и учитывающий модификацию свойств вторичных адронов в ядерной среде, а также реалистическую спектральную функцию нуклонов ядра-мишени.

В разделе 1.1.1 обсуждается современное состояние проблемы, излага ются полученные ранее в этой области исследований результаты.

В разделе 1.1.2 рассматриваются прямые процессы образования K + ме зонов: pN K + Y N, Y =,. Эти процессы имеют наинизшие свободные пороги (соответственно 1.58 и 1.78 ГэВ) и потому дают основной вклад в сечение в области энергий падающих протонов 0 3 ГэВ. В рамках им пульсного приближения в пренебрежении упругими перерассеяниями рож денных в этих процессах каонов на нуклонах ядра и их поглощением в ядре (что справедливо в интересующем нас случае легких ядер и каонов с импульсами 1.3 ГэВ/с ) сформулировано выражение для инклюзивного сечения рождения K + мезонов в pA-взаимодействиях от прямых процессов в виде функционала от сечений их рождения в ядре в данных процессах, плотности и спектральной функции нуклонов ядра-мишени. На основе мо дели трехчастичного релятивистского фазового объема найдены простые выражения для инклюзивных инвариантных сечений образования каонов в ядерной среде в рассматриваемых прямых процессах. Эти выражения учи тывают как внемассовое поведение внутриядерных нуклонов, на которых происходят акты рождения каонов, так и модификацию масс вторичных адронов (нуклонов и гиперонов) и 4-импульса падающего протона в этой среде. Приведена используемая в наших расчетах полученная нами пара метризация полных свободных сечений образования K + мезонов в рассмат риваемых прямых процессах, которая неплохо описывает в интересующем нас диапазоне энергий экспериментальные данные о этих сечениях. В част ности продемонстрировано, что она довольно хорошо фитирует мировой набор данных для реакции pp K + p в околопороговой области энергий.

Эта реакция дает основной вклад в сечение рождения каонов на ядре от прямых процессов в подпороговой области энергий первичных протонов.

В разделе 1.1.3 на основе стандартной оболочечной модели и так называ емой конволюционной модели (C. Cio degli Atti and S. Simula, Phys. Rev. C 53, 1689 (1996)) получены простые аналитические выражения для одноча стичной (некоррелированной) P0 (pt, E) и коррелированной (учитывающей нуклон-нуклонные корреляции) P1 (pt, E) частей спектральной функции P (pt, E) нуклонов ядер-мишеней 9 Be и 12 C. Эти выражения использова лись в наших расчетах сечений рождения заряженных каонов и мезонов на данных ядрах-мишенях налетающими протонами и фотонами.

В разделе 1.1.4 рассматриваются следующие двухступенчатые процессы образования K + мезонов: pN N N, N N 2;

N K + Y. Эти процес сы могут давать вклад в сечение рождения каонов на ядре при энергии первичного протона 3 ГэВ. В рамках тех же самых предположений, что использовались при получении выражения для инклюзивного сечения рож дения каонов в pA-взаимодействиях от прямых процессов, сформулировано соответствующее выражение для дифференциального сечения образования K + мезонов в этих взаимодействиях от рассматриваемых двухступенчатых процессов. Дан рецепт по вычислению элементарных сечений рождения пи онов и каонов в ядре соответственно в pN - и N -соударениях, входящих в это выражение. Продемонстрирована применимость развитой нами модели для описания высокоэнергетических частей спектров заряженных пионов, измеренных под малыми углами в лабораторной системе при энергиях пер вичных протонов, лежащих в диапазоне между 1 и 2 ГэВ (что вселяет в нас уверенность в том, что наш подход является достаточно реалистичным для описания рождения K + мезонов в N -столкновениях, поскольку имен но такие пионы ответственны за образование каонов в этих столкновениях в подпороговой области энергий налетающих протонов).

Раздел 1.1.5 посвящен обсуждению результатов анализа на основе пред ложенной модели имеющихся экспериментальных данных по инклюзивным сечениям рождения K + мезонов в p9 Be- и p12 C-взаимодействиях в подпо роговом и околопороговом энергетических режимах. При этом в нем де тально обсуждается роль эффектов среды (эффективных нуклон-ядерных и гиперон-ядерных потенциалов) в подпороговом рождении каонов в этих взаимодействиях. Показано, что учет влияния ядерной среды на прямые и двухступенчатые процессы образования каонов является принципиаль но важным для описания рассматриваемых экспериментальных данных.

Кроме того, в нем подробно исследуется механизм подпорогового образо вания каонов на данных легких ядрах. Показано также, что относитель ная сила инициированных первичным протоном и промежуточным пионом процессов образования K + мезонов в таких ядрах в подпороговом энерге тическом режиме определяется главным образом кинематикой анализиру емой реакции, а именно: прямые процессы доминируют в образовании вы сокоэнергетических ("жестких" ) вторичных каонов, тогда как вклады от прямых и двухступенчатых процессов в образовании низкоэнергетических ("мягких" ) K + мезонов являются сравнимыми. В этом разделе также об суждается роль N N -корреляций в подпороговом рождении каонов на рас сматриваемых ядрах-мишенях. Продемонстрировано, что основной вклад в сечение рождения K + мезонов на ядре от двухступенчатого механизма дает некоррелированная часть нуклонной спектральной функции, а выход каонов от прямого механизма почти полностью определяется коррелиро ванной частью этой функции только в очень узком диапазоне импульсов каонов (для спектров каонов) или начальных энергий (для энергетических зависимостей), что затрудняет извлечение детальной информации о ней из анализируемых данных.

В о в т о р о й ч а с т и п е р в о й г л а в ы разрабатывается метод рас чета инклюзивных сечений образования K + мезонов в протон-протонных и протон-ядерных соударениях при больших энергиях первичных протонов.

В разделе 1.2.1 на основе развитой нами в первой части настоящей главы модели и предположения, что основную долю каонов, образующихся при столкновениях протонов высоких энергий (начиная с энергии 3 ГэВ) с легкими ядрами, составляют каоны от прямых протон-нуклонных взаи модействий, получено простое выражение для инклюзивного сечения об разования K + мезонов на легких ядрах под действием протонов больших энергий. Это выражение представляет собой произведение эффективного числа нуклонов ядра-мишени, участвующих в прямых протон-нуклонных соударениях, и инклюзивного инвариантного сечения рождения каонов в свободных pp-столкновениях. Для последнего сечения на основе анализа экспериментальных данных и учета его порогового и скейлингового поведе ния найдена простая параметризация, позволяющая неплохо (с точностью 20%) рассчитать это сечение в широком диапазоне энергий первичных протонов при поперечных импульсах K + мезонов p 1.5 ГэВ/с.

Раздел 1.2.2 посвящен обобщению полученной в разделе 1.2.1 формулы для инклюзивного сечения образования каонов на легких ядрах на слу чай тяжелых ядер-мишеней на основе использования экспериментальной А-зависимости их сечения рождения, а также сравнению результатов рас четов инклюзивных сечений рождения K + мезонов в pA-взаимодействиях по полученным в диссертации формулам с экспериментом при различных энергиях первичных протонов. Показано, что эти формулы позволяют удо влетворительно рассчитать инклюзивные сечения рождения K + мезонов на ядрах под наиболее интересными малыми углами в л.с. протонами больших энергий. Кроме того, в этом разделе приведены предсказания для инклю зивных инвариантных сечений рождения K + мезонов под нулевым углом в лабораторной системе протонами различных энергий соответственно в pp-, pBe- и pPb-столкновениях, показывающие, что мягкая часть спектров каонов в этих столкновениях не сильно зависит от энергии 0 налетающего протона в интервале энергий 0 30 ГэВ, что свидетельствует в пользу вы бора энергии 0 30–50 ГэВ в качестве оптимальной энергии первичного пучка протонов ускорителей нового поколения типа каонных фабрик.

Краткий итог выполненных в первой главе исследований подведен в раз деле 1.3.

Во второй главе диссертации развитая в предыдущей главе модель обобщается на случай рождения K мезонов в протон-ядерных столкнове ниях.

В п е р в о й ч а с т и э т о й г л а в ы рассматривается инклюзивное подпороговое и околопороговое образование K мезонов в pA-соударениях.

В разделе 2.1.1 детально обсуждается современное состояние исследова ний в этой области ядерной и адронной физики.

В разделе 2.1.2 рассматривается прямой механизм образования K ме зонов: pN N N KK. Реакция pN N N KK имеет наинизший свобод ный порог (2.50 ГэВ) и потому дает основной вклад в сечение при энерги ях налетающих протонов 0 3 ГэВ. В рамках импульсного приближения сформулировано выражение для инклюзивного сечения рождения антика онов в pA-взаимодействиях за счет прямого механизма в виде функционала (как и в разделе 1.1.2 для инклюзивного сечения образования K + мезонов в pA-соударениях в прямых процессах) от элементарного сечения их рожде ния в ядре за счет данного механизма, плотности и спектральной функции внутриядерных нуклонов. В отличие от случая образования K + мезонов это выражение учитывает сильное поглощение рожденных антикаонов в ядерной среде. На основе модели четырехчастичного релятивистского фа зового объема и соответствующей теории Мигдала–Ватсона найдено от носительно простое выражение для инклюзивного инвариантного сечения образования K мезонов в ядерной среде в прямом процессе, которое учи тывает (как и полученные ранее выражения для инклюзивных сечений об разования K + мезонов в ядерной материи в прямых процессах) внемассовое поведение внутриядерного нуклона, на котором происходит акт рождения антикаона, а также модификацию масс вторичных адронов (двух нукло нов, каона и антикаона) и 4-импульса падающего протона в этой среде.

Кроме того, это выражение учитывает взаимодействие в конечном состоя нии между ненаблюдаемыми продуктами прямого процесса (главным обра зом между выходящими нуклонами, так как KN -взаимодействие является довольно слабым по сравнению с сильным N N -взаимодействием), посколь ку относительные импульсы этих продуктов, как правило, малы в интере сующих нас кинематических условиях. Приведена используемая в наших расчетах полученная нами параметризация полного свободного сечения об разования K мезона в рассматриваемом прямом процессе. Показано, что эта параметризация неплохо описывает в околопороговой области энергий экспериментальные данные о полном сечении реакции pp ppK + K.

В разделе 2.1.3 в рамках фермигазовой модели ядра получено простое аналитическое выражение для некоррелированной части спектральной функ ции нуклонов ядра 208 Pb 2. Это выражение использовалось в наших рас четах сечений рождения K мезонов в p63 Cu- и p197 Au-взаимодействиях в подпороговом энергетическом режиме.

В разделе 2.1.4 рассматривается двухступенчатый механизм образова ния K мезонов: pN N N, N N KK. Этот механизм может да вать вклад в сечение рождения антикаонов в pA-столкновениях в рассмат риваемом диапазоне энергий налетающих протонов ( 0 3 ГэВ). С уче том полученной в разделе 1.1.4 формулы для дифференциального сечения рождения K + мезонов в pA-столкновениях от двухступенчатых процессов сформулировано соответствующее выражение для аналогичного сечения образования K мезонов в pA-взаимодействиях за счет двухступенчато го механизма. В рамках модели трехчастичного релятивистского фазового объема найдено инклюзивное инвариантное сечение образования K мезо на в ядре в N -столкновениях, входящее в это выражение и включающее в себя рассматриваемые эффекты среды. Приведены используемые в на ших расчетах полученные нами на основе анализа экспериментальных дан ных параметризации полных свободных сечений образования антикаонов в N -соударениях и дифференциальных сечений образования высокоэнер гетических пионов под малыми углами на ядрах 9 Be и 63 Cu протонами промежуточных энергий.

Раздел 2.1.5 посвящен обсуждению результатов анализа на основе раз витой модели имеющихся экспериментальных данных по подпороговому образованию антикаонов в p9 Be-, p63 Cu- и p197 Au-взаимодействиях. Пока зано, что учет взаимодействия в конечном состоянии между выходящи ми в прямом процессе образования K мезонов нуклонами является важ ным для описания данных по рождению "жестких" антикаонов в p9 Be и p63 Cu-соударениях в случае, когда влияние ядерных притягивательных нуклонного и антикаонного эффективных потенциалов как на этот про цесс, так и на вторичный процесс образования K мезонов учтено, а вли янием на них отталкивательного каонного потенциала пренебрегается. С другой стороны, N N -эффекты взаимодействия в конечном состоянии ока зались несущественными при описании данных по рождению сравнительно "мягких" K мезонов в p197 Au-столкновениях благодаря доминированию здесь, в противоположность к предыдущему случаю, вторичного канала образования антикаонов. Кроме того, в данном разделе представлены пред Общее выражение для коррелированной части спектральной функции внутриядерных нуклонов было получено в первой главе в разделе 1.1.3.

сказания нашей модели для инклюзивных инвариантных сечений рожде ния K мезонов под углом 10.5 в лабораторной системе от индуцирован ных первичным протоном и промежуточным пионом каналов в реакции p + 9 Be K + X при энергии протонов 2.25 ГэВ. Продемонстрирована чувствительность этих сечений к величине притягивательного антикаон ядерного потенциала. В частности показано, что имеется сильная чувстви тельность данных сечений к величине K A потенциала при импульсах ан тикаонов plab 0.2–0.3 ГэВ/с. Это дает возможность определить экспери ментально 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" K мезонов на различных ядрах-мишенях.

В о в т о р о й ч а с т и в т о р о й г л а в ы рассматривается инклюзивное образование K мезонов в pp- и pA-столкновениях при высоких энергиях первичных протонов.

В разделе 2.2.1 в рамках тех же самых предположений, что использова лись в разделе 1.2.1 при получении выражения для инклюзивного сечения рождения K + мезонов на легких ядрах под действием протонов больших энергий, найдено аналогичное выражение для инклюзивного сечения об разования антикаонов на таких ядрах протонами высоких энергий. Как и прежде для K + мезонов, это выражение представляет собой произведе ние эффективного числа нуклонов ядра-мишени, участвующих в прямых протон-нуклонных столкновениях, и инклюзивного инвариантного сечения рождения K мезонов в свободных pp-соударениях. Для последнего сече ния, как и в случае с K + мезонами, на основе анализа экспериментальных данных и учета его порогового и скейлингового поведения получена про стая параметризация, позволяющая в целом неплохо (с точностью 30%) рассчитать это сечение в широком диапазоне энергий первичных протонов при поперечных импульсах K мезонов p 1.5 ГэВ/с.

Раздел 2.2.2 посвящен обобщению найденной в разделе 2.2.1 формулы для инклюзивного сечения образования антикаонов на легких ядрах на слу чай тяжелых ядер-мишеней на основе использования, как и прежде для K + мезонов, экспериментальной А-зависимости их сечения рождения, а также сравнению результатов расчетов инклюзивных сечений рождения K мезо нов в pA-взаимодействиях по полученным простым аналитическим форму лам с экспериментом при различных энергиях налетающих протонов. Пока зано, что эти формулы (аналогичные полученным в разделе 1.2.1 формулам для K + мезонов) позволяют удовлетворительно рассчитать инклюзивные сечения рождения K мезонов под малыми углами на ядрах протонами высоких энергий. Кроме того, в нем даны предсказания для инклюзивных инвариантных сечений рождения K мезонов под нулевым углом в лабора торной системе протонами различных энергий соответственно в pp-, pBe- и pPb-столкновениях, показывающие, что мягкая часть спектров антикаонов в этих столкновениях (так же, как и аналогичная часть спектров каонов в таких столкновениях) не сильно зависит от энергии первичного прото на в диапазоне энергий 0 30 ГэВ, что дополнительно свидетельствует в пользу выбора энергии 0 30–50 ГэВ в качестве оптимальной энергии первичного пучка протонов ускорителей типа каонных фабрик.

В разделе 2.3 сформулированы основные результаты, полученные во второй главе диссертации.

Третья глава диссертации посвящена обобщению развитой в первых двух главах модели на случай рождения нестабильных частиц (в частности, мезонов) в протон-ядерных соударениях в подпороговом и околопорого вом энергетических режимах с учетом модификации их свойств в ядерной среде.

В разделе 3.1 детально обсуждается современное состояние исследова ний в данной области ядерной и адронной физики.

В разделе 3.2.1 рассматривается спектральная функция мезона в ва кууме и в ядерной среде–релятивистское распределение Брейта–Вигнера с входящей в него соответственно полной вакуумной шириной мезона и его полной шириной, возмущенной ядерной средой вследствие резонанс нуклонного рассеяния и возможной модификации (масс) каонов и мезо на этой средой. Приведены используемые в наших расчетах простые ана литические выражения для парциальных ширин K K, основных каналов распада мезона: K K (BR( K K) 83 %), (BR( ) 17 %) в вакууме и в ядерной материи, для обусловленной его взаимодействием с внутриядерными нуклонами столкновительной ши рины, а также для парциальной ширины µ+ µ его распада по каналу µ+ µ. В частности показано, что полная ширина мезона достигает величины, примерно равной 30 МэВ при нормальной плотности ядерной материи. Это приводит к возможности распада медленного мезона (име ющего импульс p 100 МэВ/с) уже внутри ядра-мишени.

В разделе 3.2.2 в рамках предложенной модели сформулированы выра жения для двойных дифференциальных сечений рождения каонных (мю онных) пар от распадов мезонов, образованных в прямом процессе pN pN и летящих по направлению движения первичного пучка протонов в лабораторной системе, внутри и вне ядра-мишени без учета изменения ин вариантной массы K + K (µ+ µ ) пары от распада мезона внутри ядра мишени при ее движении из ядра в вакуум за счет действия на нее ку лоновских и ядерных полей. С их помощью вычислены импульсные рас пределения мезонов, образованных в прямом процессе при начальных энергиях 2.4 и 2.7 ГэВ и распадающихся как внутри, так и вне ядра 63 Cu, а также распределения K + K (µ+ µ ) пар по их инвариантной массе от распадов мезонов внутри ("внутренняя" компонента) и вне ("внешняя" компонента) ядер-мишеней 12 C и 63 Cu, суммарные распределения этих пар по их инвариантной массе при энергии налетающих протонов 2.4 ГэВ и в различных сценариях для ширины мезона и параметра обрезания по его импульсу. В частности показано, что ширина результирующего распределе ния мюонных пар по их инвариантной массе на ядре 12 C лишь незначитель но превышает вакуумную ширину мезона в случае, когда используется учитывающая эффекты среды полная ширина мезона, а также приме нено обрезание по его импульсу на уровне 100 МэВ/с. Тогда как на ядре Cu это превышение достигает величины порядка 2 и потому является уже наблюдаемым. Для более тяжелых ядер-мишеней оно должно быть даже бльшим, поскольку отношение димюонной "внутренней" компоненты к о соответствующей "внешней" компоненте, как показали наши расчеты, уве личивается с ростом массового числа ядра-мишени. Это дает возможность экспериментального изучения модификации свойств мезонов уже при обычной ядерной плотности по измерению выходов дилептонов (димюонов или диэлектронов) от распадов медленных мезонов, образованных при взаимодействии протонов со средними и тяжелыми ядрами. Показано так же, что суммарное распределение каонных пар по их инвариантной массе оказалось слабочувствительным к свойствам мезона в ядерной материи вследствие сильного поглощения рападных антикаонов в этой материи.

Раздел 3.2.3 посвящен оценке величины изменения инвариантной массы K + K пары от распада мезона внутри ядра-мишени при ее движении из ядра в вакуум за счет действия на нее кулоновских и ядерных каонных по тенциалов и влияния учета этого изменения на результирующее распреде ление каонных пар по их инвариантной массе. Показано, что в этом случае данное распределение уширяется и сдвигается в сторону бльших инвари о антных масс. Отмечается, что измерение такого широкого распределения с асимметрией при более высоких инвариантных массах дало бы дополни тельное свидетельство в пользу гипотезы о модификации свойств каонов и антикаонов в ядерной среде.

Краткий итог выполненных в третьей главе исследований подведен в разделе 3.3.

В четвертой главе изучается фоторождение заряженных каонов на ядрах на основе развитого нами в предыдущих главах диссертации подхо да, использующего спектральную функцию нуклонов ядра-мишени.

В п е р в о й ч а с т и э т о й г л а в ы рассматривается инклюзивное под пороговое и околопороговое образование K + мезонов в A-взаимодействиях.

В разделе 4.1.1 кратко обосновывается необходимость эксперименталь ных и теоретических исследований в данной области ядерной физики.

В разделе 4.1.2 рассматриваются прямые процессы образования K + ме зонов: N K + Y, Y =,. Они имеют наинизшие свободные пороги (соответственно 0.91 и 1.05 ГэВ) и потому дают основной вклад в сечение в области энергий налетающих фотонов E 1.4 ГэВ. В пренебрежении влиянием ядерной среды на эти процессы, а также взаимодействием пер вичных фотонов в начальном и вторичных каонов в конечном состояниях сформулировано выражение для инклюзивного сечения рождения K + ме зонов в A-столкновениях от рассматриваемых прямых процессов в виде функционала от свободных инклюзивных сечений рождения каонов в дан ных процессах и спектральной функции внутриядерных нуклонов. Для по следних сечений, учитывая двухчастичную кинематику и полученные нами параметризации полных сечений прямых процессов, найдены простые вы ражения. Приведено используемое в наших расчетах сечений образования K + мезонов в d-взаимодействиях выражение для спектральной функции нуклонов, входящих в состав дейтрона.

Раздел 4.1.3 посвящен обсуждению результатов анализа на основе пред ложенной модели имеющихся экспериментальных данных по дифферен циальному сечению образования каонов в реакции +12 C K + + X при различных энергиях налетающих фотонов, а также представлению по лученных с ее помощью предсказаний для инклюзивных сечений рожде ния K + мезонов в 2 H-, 12 C- и 208 Pb-взаимодействиях в подпороговом и околопороговом энергетических режимах. В частности показано, что на ша модель позволяет в целом неплохо описать анализируемые в этом раз деле данные по дифференциальному сечению образования K + мезонов в 12 C-соударениях, хотя и дает энергетическую зависимость, слегка отлич ную от экспериментальной, что, по-видимому, связано с пренебрежением в ней возможной модификацией элементарных реакций N K + Y в ядер ной среде. Также показано, что выход каонов от этих реакций полностью определяется одночастичной частью P0 (pt, E) спектральной функции нук лонов ядра 12 C при всех рассматриваемых энергиях первичных фотонов (0.8 ГэВ E 1.3 ГэВ), что делает трудным извлечение информации о коррелированной части P1 (pt, E) этой функции из анализируемых в нем экспериментальных данных В о в т о р о й ч а с т и ч е т в е р т о й г л а в ы рассматривается образование K мезонов в реакции d K + p K K + np около порога в зависимости от четности + пентакварка.

В разделе 4.2.1 детально обсуждается современное состояние проблемы.

В разделе 4.2.2 в рамках модели спектатора найдены выражения для эксклюзивных и инклюзивного угловых распределений K мезонов в ла бораторной системе, образованных в реакции d K + p K K + np, для двух возможных значений четности + бариона, а также как с со ответствующим обрезанием тех частей фазового пространства, где вклад от основных источников фона, связанных с рождением (1020), (1520) и K p-перерассеянием в конечном состоянии, ожидается быть доминирую щим, так и без этого обрезания.

В разделе 4.2.3 представлены результаты расчетов по полученным в этой главе выражениям эксклюзивных и инклюзивных угловых распределений K мезонов в лабораторной системе при энергиях первичных фотонов 1. и 1.75 ГэВ. Продемонстрирована зависимость этих результатов от четности + бариона. Показано, что в выбранной кинематике они являются чувстви тельными к этой четности и поэтому могут быть использованы в качестве фильтра для ее определения.

Краткий итог выполненных в четвертой главе исследований подведен в разделе 4.3.

В Заключении сформулированы основные результаты, полученные в диссертации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИИ 1. Предложен и развит новый метод описания инклюзивного подпо рогового и околопорогового рождения заряженных каонов в протон-ядерных соударениях, основанный на рассмотрении соответствующих прямых и двух ступенчатых процессов образования K + и K мезонов и учитывающий мо дификацию 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 се чений образования каонов и антикаонов в протон-ядерных реакциях от этих процессов в виде функционалов от инклюзивных инвариантных сече ний их рождения в ядре в данных процессах, плотности и спектральной функции внутриядерных нуклонов;

в рамках модели релятивистского фазового объема найдены вы ражения для инклюзивных инвариантных сечений образования K + и K мезонов в элементарных реакциях с тремя и четырьмя частицами в конеч ном состоянии с учетом влияния на эти реакции ядерной среды;

выражения для аналогичных сечений рождения K + мезонов в процессах с двумя ча стицами в конечном состоянии определены, используя двухчастичную ки нематику этих процессов и имеющиеся в литературе параметризации диф ференциальных 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, исполь зование которых существенно упрощает расчеты сечений образования ка онов и антикаонов в протон-ядерных столкновениях.

2. На основании полученных формул составлена программа расче та инклюзивных сечений образования заряженных каонов при взаимодей ствии протонов с энергиями 3 ГэВ с ядрами.

3. Проведено детальное сравнение результатов расчетов по этой про грамме с имеющимися экспериментальными данными по инклюзивным се чениям рождения K + мезонов в p9 Be-, p12 C-столкновениях и K мезонов в p9 Be-, p63 Cu-, p197 Au-соударениях в подпороговом и околопороговом ре жимах.

4. Показано, что:

а) учет влияния ядерной среды на прямые и двухступенчатые про цессы образования каонов является существенным как для описания ана лизируемых данных, так и данных по инклюзивным сечениям рождения заряженных пионов под малыми углами на ядрах 12 C протонами с энерги ями от 1.05 до 2.1 ГэВ;

относительная сила прямого и двухступенчатого механизмов об разования K + мезонов на легких ядрах в подпороговом энергетическом режиме определяется кинематикой анализируемой реакции, а именно: пря мой механизм доминирует в образовании высокоэнергетических ("жест ких" ) вторичных каонов, тогда как вклады от прямого и двухступенчатого механизмов в образовании низкоэнергетических ("мягких" ) каонов явля ются сравнимыми;

основной вклад в сечение рождения каонов на ядре от двухступен чатых процессов как в подпороговой, так и в околопороговой областях энер гий первичных протонов дает некоррелированная часть нуклонной спек тральной функции;

выход каонов от прямых процессов почти полностью определя ется коррелированной частью этой функции только в очень узком диапа зоне импульсов каонов (для спектров каонов) или начальных энергий (для энергетических зависимостей), что, с одной стороны, затрудняет извлече ние детальной информации о ней из анализируемых данных, а с другой стороны, указывает на необходимость проведения дальнейших измерений инклюзивных сечений подпорогового образования жестких K + мезонов на ядрах с целью получения этой информации;

б) учет взаимодействия в конечном состоянии между выходящи ми в прямом процессе образования K мезонов нуклонами и влияния на эти нуклоны ядерной среды (эффективного притягивательного нуклон ядерного потенциала) является существенным для описания анализируе мых данных по дифференциальным сечениям рождения быстрых антика онов в p9 Be- и p63 Cu-соударениях в подпороговом режиме, полученных на ускорителе в ИТЭФ, тогда как каонный и антикаонный потенциалы игра ют незначительную роль;

в отличие от случая образования быстрых K мезонов, влияние этих эффектов на выход сравнительно медленных антикаонов, рожденных в p+ 197 Au взаимодействиях при энергии протонов 2.5 ГэВ, является незна чительным, тогда как влияние на него антикаонного потенциала является доминирующим (особенно при импульсах K мезонов в лабораторной си стеме 400 МэВ/с);

основной вклад в сечение подпорогового образования быстрых K мезонов на исследуемых ядрах 9 Be и 63 Cu дает, как и в случае рож дения жестких K + мезонов, прямой механизм, тогда как двухступенчатый процесс с промежуточным пионом играет основную роль в формировании спектра сравнительно мягких антикаонов, рожденных в p + 197 Au столкно вениях при энергии протонов 2.5 ГэВ;

лучшее описание анализируемых данных по подпороговому об разованию K мезонов на ядрах достигается в предположении отсутствия модификации каонов ядерной средой.

5. Изучена зависимость подпорогового рождения медленных K ме зонов в p9 Be-соударениях от глубины притягивательного антикаон-ядерного потенциала. Показано, что имеется сильная чувствительность выхода K 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 дифференци альных сечений подпорогового и околопорогового образования мягких K мезонов на различных ядрах-мишенях.

6. Найдены простые аналитические формулы для инклюзивных се чений образования заряженных каонов в pp- и pA-взаимодействиях при высоких энергиях первичных протонов (при кинетической энергии прото на в л.с. 0 3 ГэВ). Проведено сравнение расчетов по найденным форму лам инклюзивных сечений с экспериментом в широком диапазоне началь ных энергий первичных протонов и массовых чисел ядер-мишеней (для pA-взаимодействий). Показано, что эти формулы позволяют удовлетвори тельно (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 сильноточ ных протонных ускорителей типа каонных фабрик, так и для интерпре тации экспериментов по рождению K + и K мезонов в протон-ядерных и ядро-ядерных столкновениях при различных энергиях.

7. В качестве примеров подобного предсказания приведены инклю зивные инвариантные сечения образования K + и K мезонов под нулевым углом в л.с. протонами различных энергий в pp-, pBe- и pP b-соударениях в зависимости от импульса каона. Показано, что выходы относительно мед ленных K + и K мезонов (с импульсом pK 0.5–1 ГэВ/с) в этих соуда рениях не сильно зависят от энергии первичного протона при 0 30 ГэВ, что свидетельствует в пользу выбора энергии 0 30–50 ГэВ в качестве оптимальной энергии первичного пучка протонов ускорителей типа каон ных фабрик.

8. Проведено обобщение развитого метода на случай рождения неста бильных частиц (в частности, мезонов) в протон-ядерных взаимодействи ях в подпороговом режиме с учетом модификации их свойств в ядерной среде. Сформулированы выражения для двойных дифференциальных се чений образования K + K (µ+ µ ) пар от распадов мезонов, образован ных в прямом процессе pN pN и летящих по направлению движения первичного пучка протонов в л.с., внутри и вне ядра-мишени. С их по мощью вычислены импульсные распределения мезонов, образованных в этом процессе при начальных энергиях 2.4 и 2.7 ГэВ и распадающихся как внутри, так и вне ядра 63 Cu, а также распределения K + K (µ+ µ ) пар по их инвариантной массе от распадов мезонов внутри и вне ядер-мишеней C и 63 Cu, суммарные распределения этих пар по их инвариантной массе при энергии налетающих протонов 2.4 ГэВ и в различных сценариях для ширины мезона и параметра обрезания по его импульсу.

9. Показано, что:

медленные мезоны (с импульсом p 100 МэВ/с) распадаются главным образом внутри ядра 63 Cu, тогда как быстрые мезоны (с им пульсом p 100 МэВ/с) распадаются в основном в вакууме;

распределение K + K (µ+ µ ) пар по их инвариантной массе, со ответствующее распадам мезонов вне ядра-мишени, характеризуется их вакуумной шириной и потому является довольно узким, тогда как анало гичное распределение от распадов мезонов внутри ядра-мишени возмуще но ядерной средой вследствие резонанс-нуклонного рассеяния и возможной модификации каонов и мезона этой средой и потому является умеренно широким;

относительная сила "внутреннего" и "внешнего" распределений зависит от используемого сценария для ширины мезона и параметра об резания по его импульсу.

10. Исследована зависимость ширины суммарного распределения K + K (µ+ µ ) пар по их инвариантной массе от используемого сценария для ширины мезона и параметра обрезания по его импульсу. Продемон стрировано, что ширина результирующего распределения мюонных пар по их инвариантной массе на ядре 12 C лишь незначительно превышает ваку умную ширину мезона в случае, если используется учитывающая эффек ты среды полная ширина мезона и применено обрезание по его импульсу на уровне 100 МэВ/с. Тогда как на ядре 63 Cu это превышение достигает величины порядка 2 и поэтому является уже наблюдаемым. Теоретически обосновано, что для более тяжелых ядер-мишеней оно должно быть даже бльшим. Отмечено, что это дает возможность экспериментально изучить о (например, на установке HADES, Германия) модификацию свойств ме зонов уже при обычной ядерной плотности путем измерения выходов ди лептонов (димюонов или диэлектронов) от распадов медленных 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 мезона в ядерной материи вследствие сильного поглощения распадных ан тикаонов в этой материи. С другой стороны, показано, что в случае учета изменения инвариантной массы K + K пары при ее движении из ядра в ва куум за счет действия на нее главным образом каон-ядерных потенциалов это распределение уширяется и сдвигается в сторону бльших инвариант о ных масс. Отмечено, что измерение такой модификации этого распределе ния дало бы дополнительное доказательство в пользу гипотезы о ренорма лизации свойств каонов и антикаонов в ядерной среде. На основании по лученных результатов сделан вывод, что, даже применяя низкоимпульсное обрезание, невозможно наблюдать изменение свойств мезонов в ядерной среде через K + K массовые спектры в pA-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 мезонов в пион-ядерных взаимодействиях.

11. На основе развитого подхода, использующего спектральную функ цию нуклонов ядра-мишени, исследовано фоторождение заряженных као нов на ядрах. Вычислены полные и дифференциальные сечения образова ния K + мезонов в прямых процессах (N K + Y, Y =, ) в реакциях + d K + + X, + 12 C K + + X и + 208 Pb K + + X в около пороговом и подпороговом энергетических режимах. Проведено сравнение результатов расчетов с первыми экспериментальными данными по диф ференциальным сечениям рождения K + мезонов в 12 C-взаимодействиях в околопороговой и подпороговой областях энергий первичных фотонов, полученными в Институте ядерных исследований Токийского Универси тета. Показано, что наш расчет в целом неплохо описывает эти данные, хотя и дает энергетическую зависимость, слегка отличную от эксперимен тальной, что, по-видимому, связано с пренебрежением в нем возможной модификацией элементарных реакций N K + Y в ядерной среде. Ис следована роль высокоимпульсной компоненты нуклонной спектральной функции в подпороговом фоторождении каонов на ядрах. Показано, что в случае + d K + + X реакции вычисленные сечения образования K + мезонов полностью определяются низкоимпульсной частью (pt 0. ГэВ/с) распределения импульсов нуклона в дейтроне. Тогда как в случае + 12 C K + +X и + 208 Pb K + +X реакций полученные сечения почти полностью определяются коррелированной частью нуклонной спектраль ной функции только при начальных энергиях, лежащих вблизи абсолют ных порогов рождения каонов на ядрах 12 C и 208 Pb, что затрудняет, как и в случае образования каонов в протон-ядерных реакциях, извлечение деталь ной информации об этой части из измерений полных и дифференциальных сечений рождения K + мезонов в фотоядерных реакциях при подпороговых энергиях налетающих фотонов.

12. В рамках модели спектатора изучена возможность определения четности + пентакварка в реакции d K + p K K + np в пороговой области энергий. Представлены предсказания для эксклюзивных и инклю зивных угловых распределений K мезонов в лабораторной системе, обра зованных в этой реакции, вычисленные для двух возможных значений чет ности + 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), (1520) и K p-перерассеянием в конечном состоянии, ожидается быть доминирую щим, так и без этого обрезания. Показано, что в выбранной кинематике эти распределения являются чувствительными к четности + бариона и поэтому могут быть использованы в качестве фильтра для определения его четности.

13. Установлено, что развитый в диссертации подход также являет ся эффективным инструментом для изучения подпорогового и околопоро гового рождения как других частиц (,, p) в протон-ядерных взаимодей ствиях, так и заряженных каонов в пион-ядерных столкновениях.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. С. В. Ефремов, М. В. Казарновский, и Э. Я. Парьев. Рождение K + мезонов в pp- и pA-взаимодействиях при различных энергиях. ЯФ 55, вып. 2, 521–534 (1992).

2. S. V. Efremov, M. V. Kazarnovsky, and E. Ya. Paryev. Production of K + mesons in the pp and pA interactions at dierent energies. Z. Phys. A 344, 181–190 (1992).

3. Б. В. Криппа и Э. Я. Парьев. Инклюзивное рождение и мезонов в протон-ядерных реакциях. ЯФ 56, вып. 5, 172–180 (1993).

4. Ye. S. Golubeva, A. S. Iljinov, E. Ya. Paryev, and I. A. Pshenichnov.

Subthreshold production on nuclei by protons. Z. Phys. A 345, 223– (1993).

5. С. В. Ефремов и Э. Я. Парьев. Образование K мезонов в протон протонных и протон-ядерных взаимодействиях при различных энер гиях. ЯФ, т.57, н.3, 563–573 (1994).

6. S. V. Efremov and E. Ya. Paryev. Production of K mesons in proton proton and proton-nucleus interactions at various energies. Z. Phys. A 348, 217–225 (1994).

7. A. S. Iljinov, M. V. Kazarnovsky, and E. Ya. Paryev. Intermediate Energy Nuclear Physics. CRC Press Inc. Boca Raton (1994).

8. E. Ya. Paryev. Subthreshold K production in proton-nucleus reactions.

Proc. of the Int. Conf. on "Physics with GeV–Particle Beams"(22–25 August 1994, Julich, Germany). Edited by H. Machner and K. Sistemich. World Scientic, Singapore, p.483–488 (1995).

9. S. V. Efremov and E. Ya. Paryev. Subthreshold K production in pion nucleus reactions. Z. Phys. A 351, 447–452 (1995).

10. С. В. Ефремов и Э. Я. Парьев. Подпороговое рождение K мезонов в пион-ядерных реакциях. ЯФ, т.58, н.10, 1796–1802 (1995).

11. S. V. Efremov and E. Ya. Paryev. Subthreshold K + production on nuclei by + mesons. Few-Body Systems Suppl. 9, 285–292 (1995).

12. S. V. Efremov and E. Ya. Paryev. Subthreshold K + production on nuclei by + mesons. Z. Phys. A 354, 219–228 (1996).

13. С. В. Ефремов и Э. Я. Парьев. Подпороговое рождение K + мезонов в + A-взаимодействиях. ЯФ, т.59, н.12, 2143–2153 (1996).

14. S. V. Efremov and E. Ya. Paryev. Subthreshold K + meson production in proton-nucleus reactions and nucleon spectral function. Proc. of the 25th INS Int. Symp. on "Nuclear and Particle Physics with High-Intensity Proton Accelerators". Edited by T. K. Komatsubara, T. Shibata and T.

Nomura. World Scientic, Singapore, p.405–406 (1998).

15. S. V. Efremov and E. Ya. Paryev. Subthreshold K + meson production in proton-nucleus reactions and nucleon spectral function. Nucl. Phys. A 639, 181c–184c (1998).

16. S. V. Efremov and E. Ya. Paryev. Subthreshold K + meson production in proton-nucleus reactions and nucleon spectral function. Yad. Fiz. 61, no.

4, 612–629 (1998).

17. S. V. Efremov and E. Ya. Paryev. Subthreshold K + meson production in proton-nucleus reactions and nucleon spectral function. Eur. Phys. J. A 1, 99–114 (1998).

18. E. Ya. Paryev. Subthreshold and near threshold K + meson production on light nuclei by protons. Eur. Phys. J. A 5, 307–319 (1999).

19. A. V. Akindinov, M. M. Chumakov, Yu. T. Kiselev, A. N. Martemyanov, K. R. Mikhailov, E. Ya. Paryev, Yu. V. Terekhov, and V. A. Sheinkman.

Experimental study of subthreshold K production in proton-nucleus collisions and the calculation of this production in frame of the modern models.

Preprint ITEP, Moscow, no.41–99, (1999).

20. E. Ya. Paryev. Antikaon production and medium eects in proton-nucleus reactions at subthreshold beam energies. Eur. Phys. J. A 9, 521–536 (2000).

21. E. Ya. Paryev. Antikaon production and medium eects in proton-nucleus reactions at subthreshold beam energies. Proc. of the 7th Conf. CIPANP 2000 on "Intersections of Particle and Nuclear Physics". Editors: Z. Parsa and W. J. Marciano. AIP Conf. Proc., Melville, New York, vol. 549, p.

425–429 (2000).

22. F. F. Guber, E. Ya. Paryev, and A. I. Reshetin. Kaon and antikaon production in nucleus-nucleus and hadron-nucleus reactions in the threshold energy region. Preprint INR-1051/2000, Moscow, (2000).

23. E. Ya. Paryev. Subthreshold and near threshold K + meson photoproduction on nuclei. Eur. Phys. J. A 7, 127–137 (2000).

24. E. Ya. Paryev. Subthreshold and near threshold K + meson photoproduction on nuclei. Yad. Fiz. 63, 1870–1880 (2000).

25. E. Ya. Paryev. Subthreshold and near threshold K + meson photoproduction on nuclei. Proc. of the Second KEK–Tanashi Int. Symp. on "Hadron and Nuclear Physics with Electromagnetic Probes". Editors: K. Maruyama and H. Okuno. ELSEVIER, p.107–111 (2000).

26. E. Ya. Paryev. Subthreshold and near threshold K + meson production on light nuclei by protons. Yad. Fiz. 63, no. 2, 348–364 (2000).

27. E. Ya. Paryev. Subthreshold and near threshold K + meson production on light nuclei by protons. Proc. of the APCTP Workshop (SNP’99) on "Strangeness Nuclear Physics". Edited by Il-T. Cheon, S.-W. Hong and T. Motoba. World Scientic, Singapore, p.364–371 (2000).

28. E. Ya. Paryev. Subthreshold and near threshold K + meson production on light nuclei by protons. Proc. of the 2nd ANKE Workshop on "Strangeness Production in pp and pA Interactions at ANKE". Edited by M. Bscher, V.

u Kleber, P. Kulessa and M. Nekipelov. Fz. Jlich, Institut fr Kernphysik, u u p.133–150 (2001).

29. E. Ya. Paryev. Antikaon production and medium eects in proton-nucleus reactions at subthreshold beam energies. Yad. Fiz. 64, 2016–2032 (2001).

30. E. Ya. Paryev. Antikaon production and medium eects in proton-nucleus reactions at subthreshold beam energies. The Fourth Int. Conf. on "Modern Problems of Nuclear Physics". Tashkent, 25–29 September 2001. Book of Abstracts, p. 61 (2001).

31. E. Ya. Paryev. Subthreshold K meson production in proton-nucleus reactions revisited. Yad. Fiz. 65, 1929–1938 (2002).

32. E. Ya. Paryev. Subthreshold K meson production in proton-nucleus reactions revisited. Eur. Phys. J. A 17, 145–152 (2003).

33. E. Ya. Paryev. Subthreshold meson production and medium eects in proton-nucleus reactions. Preprint INR-1119/2004, Moscow (2004).

34. E. Ya. Paryev. Subthreshold meson production and medium eects in proton-nucleus reactions. Eur. Phys. J. A 23, 453–471 (2005).

35. E. Ya. Paryev. Subthreshold meson production and medium eects in proton-nucleus reactions. Yad. Fiz. 69, 354–377 (2006).

36. E. Ya. Paryev. Antikaon angular distributions in the reaction d K + p K K + np near the threshold and the parity of the + pentaquark. Preprint INR–1151/2005, Moscow (2005);

nucl-th/0602015.

37. E. Ya. Paryev. Antikaon angular distributions in the reaction d K + p K K + np near the threshold and the parity of the + pentaquark. Yad.

Fiz. 69, 747–759 (2006).

38. Yu. T. Kiselev and E. Ya. Paryev. Antiproton absorption in nuclei. Nucl th/0601036.