Поперечный импульс

Рис. 76: Распределение поперечных импульсов: а − для области малых и средних поперечных импульсов; б − для области больших поперечных импульсов; штриховая линия - экстраполяция распределения из области < 1 ГэВ/с.

Основные свойства поперечного импульса: 1) ограниченность и его малая величина; 2) слабая зависимость от энергии и природы первичной частицы. Эти свойства были впервые обнаружены в космических лучах, подтверждены данными ускорительных экспериментов и в настоящее время используются при построении многих теоретических моделей.
Распределение поперечных импульсов слабо зависит от энергии и множественности вторичных частиц. Оно показано на рис. 76.
Из рисунка видно, что интервал значений можно условно разбить на 3 области: область малых поперечных импульсов < 0.1 ГэВ/с, область средних поперечных импульсов
0.1 < < 1 ГэВ/с и область больших поперечных импульсов > 1 ГэВ/с.
В процессах множественного рождения, идущих с большим сечением, основная доля вторичных частиц имеет поперечные импульсы, заключенные в области < 1 ГэВ/с. Здесь распределение по можно описать экспоненциальной функцией

где В ~ 6. Величина среднего поперечного импульса, полученная экспериментально для пионов, составляет 350 МэВ/с, для каонов
~ 450 МэВ/с, для нуклонов ~ 500 МэВ/с. Средний поперечный импульс можно вычислить из соотношения:

Третья область содержит поперечные импульсы больше 1 ГэВ/с. В частности, эксперименты, проведенные на установке ПНК в ЦЕРН при энергии до 2000 ГэВ, показали, что с ростом энергии могут появляться вторичные частицы с большими
~ (3 ÷8) ГэВ/с. Вероятность появления таких частиц мала (~ 10^-4). Кроме того, при значениях
> 2 ГэВ/с распределение по поперечным импульсам ƒ() вместо экспоненциального становится степенным. Изменение формы распределения, переход на более пологую, степенную зависимость (рис. 766) можно связать с проявлением внутренней структуры нуклонов. Можно предположить, что частицы с большими поперечными импульсами появляются в результате жестких (глубоко неупругих) соударений кварков из сталкивающихся нуклонов. После жесткого соударения провзаимодействовавшие кварки адронизуются и образуют струи адронов − потоки частиц, коллимированные в малом телесном угле (рис. 77а).
Образование струй в процессах сильного взаимодействия адронов интенсивно изучалось в экспериментах на ПНК- и SPS-коллайдерах в ЦЕРН.
Распределения по измерены до значений ~ 36 ГэВ/с.
Большинство теоретических моделей представляет инвариантное эффективное сечение для генерации частиц с > 2 ГэВ/с в форме

где = 2 /√s, θ* - угол в СЦМ столкновения.
В измерениях на ПНК при √s от 23 до 62 ГэВ и х < 0.3 было получено для π⁰-мезонов, генерирующихся под углом 90°, выражение вида

На рис. 776 показаны инвариантные эффективные сечения для инклюзивной генерации π⁰-мезонов в зависимости от , для √s = 53, 200, 800 ГэВ. Аналогичные зависимости имеют место и для
π^±-мезонов, изменяются только значения нормирующих коэффициентов.

Рис. 77: Образование струй в процессах сильного взаимодействия: а − диаграмма жесткого соударения; б − инвариантное эффективное сечение для генерации π⁰-мезонов при разных энергиях.

Полученные результаты хорошо интерпретируются в рамках КХД модели, рассматривающей процесс жесткого рассеяния кварков из сталкивающихся адронов по схеме рис. 77а.
Детальное исследование характеристик струй (множественности и природы частиц в них) выполнялись на ускорителях с встречными электрон-позитронными пучками, а также на SPS-коллайдере, на Тэватроне 1 (ФНАЛ) и на ускорителе LEP в ЦЕРН.
Зависимость поперечного импульса от природы первичной частицы слаба или отсутствует, т.е. для первичных частиц любой природы форма распределения по не меняется.

Рис. 78: Зависимость () от массы родившейся частицы или системы из n частиц, имеющей эффективную массу, равную m.

На рис. 78 показана найденная на опыте зависимость среднего значения поперечного импульса () от природы вторичной частицы. Из рисунка видно, что наблюдается некоторый рост () с ростом массы частицы. Наиболее наглядное объяснение этого эффекта существует в моделях гидродинамического типа. После образования возбужденной компаунд-системы начинается процесс ее остывания. Когда система остывает до температуры, соответствующей массе покоя какой-нибудь реальной частицы, она вылетает из системы. В конечном состоянии система охлаждается до температуры кТ ~ 140 МэВ и распадается на пионы. Чем меньше температура системы, тем меньший поперечный импульс уносит частица. Этот же эффект лежит в основе объяснения наблюдаемого на опыте слабого роста () при увеличении энергии первичной частицы. На рис. 79 представлены результаты измерений (), выполненных на ускорителях и в космических лучах.

Рис. 79: Зависимость (р±) от энергии первичной частицы: сплошная линия − расчет по гидродинамической модели.

Дата добавления: 2015-07-12