CC BY
18
УДК 539.12
ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ОБРАЗОВАНИЯ СВЕРХУЗКИХ ДИБАРИОНОВ В РЕАКЦИЯХ тг* + Б
Возможность существования многокварковых состояний предсказывается КХД [1]. Это новый вид материи. Экспериментальное открытие таких состояний имело бы важные последствия как для физики частиц, так и для ядерной физики. Поиски узких 6-кварковых состояний (дибарионов) ведутся уже в течение долгого времени (см.. например, [2 - 3]), и был найден ряд кандидатов на эти состояния. Однако до настоящего времени трудно однозначно утверждать, что найденные особенности действительно являются дибарионами. Это связано, прежде всего, с относительно малым вкладом дибарионов в исследованные процессы и с неопределенностью вклада фоновых процессов.
Мы предлагаем искать суперузкие дибарионы, распад которых на два нуклона подавлен принципом Паули [4-9]. Такие дибарионы удовлетворяют условию
где Т - изоспин, Я - внутренний спин и Р - четность дибариона. Эти дибарионы с массой М < 2тдг + р. (где тн - масса нуклона, р - масса пиона) могут, в основном, распадаться на два нуклона, испуская фотон. Вклады таких дибарионов в процессы сильных взаимодействий адронов очень малы. Однако их вклады в процессы электро магнитных взаимодействий на легких ядрах могут превышать сечения этих процессов вне резонанса на несколько порядков [4, 5, 7].
В. М. Алексеев, В. Л. Кашеваров, Л. В. Фильков, С. Н. Черепня
Исследуется возможность наблюдения сверхузких дибарионов, распад которых на два нуклона запрещен принципом Паули, в реакциях фоторождения заряженных пионов поляризованными фотонами на дейтроне. Показано, что ожидаемый выход дибарионов может в 10 — 100 раз превышать фон.
(-1)Т+5Р = +1,
(1)
В настоящей работе мы исследуем возможность наблюдения сверхузких дибарионов D(T = 1, Jp = 1+, S = 1) и D{T = 1, Jp = 1", S = 0) с массой M < 2mN + ц, удовлетворяющих условию (1), в процессах фоторождения 7г±-мезонов поляризованными фотонами на дейтроне
7 + d тг* + Я, Г> <yNN. (2)
Таблица 1
Ширины распадов дибарионов Z)(l,l+,1) и D(1,1_,0) при различных значениях массы
дибарионов М. « Г7дгдг
М (ГэВ) 1,90 1,91 1,93 1,95 1,98 2,00 2,013
Г«(1,1+) (эВ) 0,2 0,52 2,2 5,8 16 26 35
(эВ) 0,05 0,13 0,55 1,46 4 6,5 8,75
Рассматриваемые дибарионы имеют очень малые ширины распада. Их значения, вычисленные в предположении, что распад дибарионов на 7NN идет, в основном, через синглетный виртуальный уровень 315о в промежуточном состоянии, представлены в табл. 1 [7].
Для процессов (2) изучаемые дибарионы могут образоваться только в том случае, если нуклоны внутри дейтрона перекрыты настолько сильно, что образуется 6-кварковое состояние с квантовыми числами дейтрона. Тогда взаимодействие фотона или пиона с этим состоянием может так изменить его квантовые числа, что образуется метастабильное состояние, удовлетворяющее условию (1). Поэтому вероятность образования таких дибарионов будет пропорциональна вероятности г) существования 6-кваркового состояния в дейтроне. Оценка величины г] из разности между теоретическим и экспериментальным значениями магнитного момента дейтрона дает 7/ < 0,03 [10]. В настоящей работе мы полагаем т] = 0,01.
Рассмотрим фоторождение дибарионов фотонами, поляризованными под углом а,
где
№ х £])
cosa =
vq
ей ¿1 - вектора поляризации и импульса налетающего фотона, и - его энергия, и q - вектор импульса образовавшегося пиона и его модуль (в ЛС).
Ограничимся рассмотрением образования дибарионов в процессе фоторождения 7г+-мезонов. Вычисление фоторождения дибарионов вместе с 7г~-мезонами дает качественно похожий результат.
Вычисления, проведенные в рамках модели [9], дают следующее выражение для сечения образования дибариона £)(1,1~,0) в процессе -у + (I 7г+ + £>(1,1~,0) (в ЛС):
0(1,1-,о) _ 2 / е2 \ / 9\ \ _Ч*
<т 3 V4JT / V4тг) T]mdM2uJ
{kT+
+ </2sin2©„.sin2a
1 о mdrО ■ „ 2^1+М
(3)
где t = р2 — 2v(q0 — ^cosO^-), J = q(md + is) — f/ofcos©^, md - масса дейтрона, qo{q) энергия (импульс) пиона,
1
qo = —
Cl
(md -f- v)ci ± v cos Q*\Jc\ — 2/i2Ci
ci = 2[(m«i + f)2 - v1 cos2 ©я-], c2 = 5 + p2 - M2.
Энергия r0 и импульс \r] дибариона равны соответственно r0 = md + v — qo, И = yjrl- A/2.
Сечение образования дибариона D( 1,1+, 1) имеет вид
D{i,i+,i) _ 16 / e^ ( gi_ \ ^_q_
(1П 3 \4тг/ V 4тг У mdM2vJ
{м2+
+ (^sin2©^!!2«
I-
(4)
р? - I {р2 - ¿)2
Значения констант взаимодействия д2/^тг и д\/4тг неизвестны. Это - константы сильного взаимодействия. Чтобы не переоценить значения поперечного сечения, положим эти константы равными 1. Чтобы оценить вклад дибарионов при различных значениях массы М, предположим возможность существования дибарионов с массами М = 1,9; 1,95; 2,00 ГэВ.
Был проведен численный анализ сечений фотообразования дибарионов фотонами, поляризованными параллельно (а = 90°) и перпендикулярно (а = 0°) плоскости реакции. Расчеты показали, что сечение фотообразования /)(1,1~,0) дибариона сильно зависит от поляризации фотона. Для фотонов, поляризованных параллельно плоскости реакции, оно велико и, по крайней мере, в области углов ©^ = 10° — 50°, существенно
превышает сечение фотообразования дибариона ,1+, 1), в то время как для фотонов, поляризованных перпендикулярно, это сечение очень мало.
Сечение фотообразованпя дибариона 1)( 1, 1+. 1) значительно слабее зависит ог поляризации фотона. Это обусловлено малостью множителя |г|2 в последнем члене выражения (4).
Таблица 2
Ожидаемый выход дибарионов, образованных в процессе 'уд —> 7Т+И за 5 часов
работы ускорителя
а М = 1,9 ГэВ М = 1,95 ГэВ М = 2. 00 ГэВ
£(1,1+,1) 90° 386 370 351
0° 443 г— оо 381
/>(1,1-,0) 90° 3901 3552 3165
0° 7 5 3
Детектор заряженных и нейтральных частиц СТАЯ вместе с системой мечения ускорителя СЕВА Г дают прекрасную возможность для поиска и исследования сверхузких дибарионов в рассматриваемых реакциях. Эта установка позволяет проводить поиск дибарионов, регистрируя заряженные пионы широкоаппертурным магнитным спектрометром и выделяя пики в спектре недостающих масс. Дополнительное детектирование фотона от распада дибариона на совпадениях с пионом позволяет существенно подавить вклад в этот спектр от фоновых реакций.
Основными фоновыми реакциями с образованием фотона в конечном состоянии являются реакция фоторождення двух пионов {^д —> 7г+ + 7г° + пп, 7г° —> 77) и радиационное фоторождение 7г+-мезона (7а —> + 7 + пп). При оценке вклада фоновых реакций предполагалась слабая их зависимость от поляризации фотона.
С помощью метода Монте-Карло было проведено моделирование фоторождения дибарионов и основных фоновых реакций на дейтронной мишени длиной 20 см в реальных условиях указанной выше установки. Энергия начальных фотонов генерировалась в области 500 - 1000 МэВ.
Рис. 1 демонстрирует спектр недостающих масс, полученный из этого моделирования для 5 часов работы ускорителя. Ожидаемые выходы дибарионов с различными массами приведены в табл. 2.
Из двух рассмотренных фоновых процессов только радиационное фоторождение дает вклад в изучаемый интервал масс М < 2т N + [I-
может быть получена из анализа угловых распределений дифференциальных сечений фотообразования дибариопов.
Если дибарионы будут обнаружены в процессе фоторождения 7Г+-мезонов на. дейтроне, то они должны также наблюдаться и в реакции 7(I —у тг~В. Наблюдение дибарио-нов в обеих реакциях позволит сделать более однозначное заключение об образовании сверхузких дибариопов, удовлетворяющих условию (1), определить возможное электромагнитное расщепление их масс и получить дополнительные условия для нахождения квантовых чисел дибариопов.
Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований, проект N 96-02-165-ЗОА.
ЛИТЕРАХ УР А
[1] J a f f е R. L. Phys. Rev. Lett., 38, 195 (1977). M ulders P. J. G., A erts А. Т., and De Swart J.J. Phys. Rev. Lett., 40, 1543 (1978). Phys. Rev., D21, 2653 (1980). Lichtenberg D. В. et al. Phys. Rev., D18, 2569 (197S).
M a t v e e v V. and S о r b a P. Lett. Nuovo Cim., 20, 425 (1977).
[2] T a t i s с h e f f B. et al. Proc. of IX Intern. Seminar 011 High Energy Physics Problems, Dubna, 1988, p. 317.
[3] К о m a г о v E. N. Proc. of XI Intern. Seminar 011 High Energy Physics Problems. Dubna, 1994, p. 321.
[4] Ф и л ь к о в Л. В. Краткие сообщения по физике ФИ АН, N 11, 32 (1986).
[5] Fil'kov L. V. Sov. J. Nucl. Phys.. 47. 437 (1988).
[6] Akhmedov D. M. et al. Proc. of the 8th Seminar Electromagnetic Interactions of Nuclei at Low and Medium Energies. Moscow, 1991, p. 228. Akhmedov D. M. et al. Ibid, p. 252.
[7] Akhraedo v D. M. and Fil'kov L. V. Nucl. Phys., A544, 692 (1992).
[8] Ерш о в С. II., Герасимов С. В., Хрыкин A.C. ЯФ, 58, 911 (1995).
[9] А 1 е k s е е V V. М. et al. Lebedev Pliys. Inst., Preprint no. 52, 1996. [10] Кондратюк JI. А. и др. ЯФ, 43, 1396 (1986).
Поступила в редакцию 27 ноября 1997 г.
