Введение к работе
Актуальность проблемы. Теоретические и экспериментальные следования взаимодействий релятивистских ядер, начатые с пио-:рскпх работ А. М. Балдина, в настоящее время стали одним из фно развивающихся направлений физики высоких энергий. Вслед , получением пучков релятивистских ядер в 1970 году на синхро-азотроне ОИЯИ ядра были ускорены до релятивистских энергий в других ядерных центрах. В настоящее время получены ультра-їлятішпстскиє пучки ядер золота (Елаб = Ю.6 АГэВ) и ядер свинца їлаб = 160 АГэВ) на ускорителях AGS-БНЛ (США) и SPS-ЦЕРН ІІвейцария) и ведется интенсивная работа по созданию ядерных кол-шдеров RHIC-БНЛ (США) и LHC-ЦЕРН (Швейцария).
Одной из важных особенностей таких столкновений является воз-эжность получения информации о проявлениях кварк-глюонных сте-:ней свободы (кварк-глюонная структура ядер [1]) и об образование )вого состояния ядерной материи (кварк-глюонная плазма [2]).
Описание релятивистских адронных и ядерных столкновений из :рвых принципов квантовой хромодинамики (КХД) ограничены, как завило, вычислением свойств жестких процессов, идущих на малых ісстояниях с большими передачами импульса, в то время как основою часть адронных и ядерных сечений взаимодействия при энергиях, )стижимых на существующих ускорителях, составляют мягкие прессы. Кроме того, вычисления в рамках КХД касаются в основном зетных кварков и глюонов, а физической реальностью являются бес-зетные адроны. Поэтому для количественного описания релятивистах ядерных реакций в условиях быстрого накопления эксперимен-шьной информации и незавершенности ряда проблем КХД актуальні является разработка различных феноменологических моделей. Слезет подчеркнуть, что разработка численных моделей, использующих зтод Монте-Карло для эксклюзивного описания ядерных реакций в іласти релятивистских энергий, относится при этом к ключевой про-іеме. Такие модели, называемые генераторами искусственных собы-ій, по их возможности полного воспроизведения событий с помощью імпьютера, необходимы как при планирования новых экспериментов, iK и для анализа полученных экспериментальных данных. Они также шолняют функцию накопления информации, полученной в результа-! экспериментальных исследований.
Содержание темы диссертации. В настоящее время партонн; и струнная концепции являются доминирующими при построении ф номенологических моделей релятивистских взаимодействий адронов ядер.
В рамках партонной концепции адронные и ядерные столкновені описываются, как столкновения между партонами: кварками и глі онами. Как уже указывалось, строгий расчет с помощью КХД во можен лишь в случае жестких партонных столкновений. Ожидаете что жесткие взаимодействия партонов будут доминировать в механи ме столкновения ядер при энергиях строящихся ядерных коллайдері [3], и разрабатываются феноменологические модели, в основе которь лежит так называемая пертурбативная КХД [4].
Струнная концепция, вытекающая из исследований свойств КХД непертурбативной области или области больших расстояний, испол зуется как при построении моделей адронных состояний, так и моделе описывающих мягкие взаимодействия адронов и ядер. Сильной мотив цией для использования струнной концепции при построении модел мягких адронных и ядерных взаимодействий является то, что экспер ментально наблюдаемые наиболее характерные черты множественно рождения частиц при высоких энергиях совпадают со свойствами вз имодействующих релятивистских струн.
В силу последнего обстоятельства очень привлекательны моде; взаимодействия адронов и ядер, где основным объектом является клг сическая релятивистская струна [5], [6]. Однако для получения кол чественных предсказаний эти модели требуют ряда дополнительні предположений, в частности, предположений о вероятностях взапы действия и распада струн.
Привлечение результатов ^-матричного подхода-теории Редже позволяет наполнить количественным содержанием идеи, вытекающ из исследований в рамках непертурбативной КХД. Подход, использ ющий идею топологического разложения в КХД [8], получил назг ние дуальной партонной модели [9] или модели кварк-глюонных стр; (МКГС) [10].
Очень популярным при описании эволюции релятивистских яде ных столкновений является кинетический подход, формулируемый, к правило, в виде кинетических уравнений для нахождения функций рг пределения частиц. В области высоких энергий этот подход использу
результаты струнных моделей для описания неупругих адронных взаимодействий. Примером такого подхода является RQMD- модель [11], которая использует механизмы возбуждения и распада струн, описанные в работе [6].
Целью диссертационной работы является разработка динамической модели кварк-глюонных струн для эксклюзивного описания адронных и ядерных столкновений при высоких энергиях и применение данной модели для исследования систем взаимодействующих адронов и ядер.
В диссертации ставится задача:
-
Сформулировать и разработать МКГС для эксклюзивного описания адронных взаимодействий в широкой области энергий налетающего адрона от порога рождения частиц до энергий, достижимых в коллайдерных экспериментах. Путем сравнения с экспериментальными данными, полученными для различных адронных реакций, исследовать механизмы рождения частиц и определить параметры модели.
-
Обобщить данную модель на случай эксклюзивного описания ультра-релятивистских адрон-ядерных и ядро-ядерных взаимодействий.
-
Сформулировать и разработать кинетическую версию МКГС для описания эволюции релятивистских и ультра-релятивистских ядерных взаимодействий. На основе сравнения результатов расчетов ядерных реакций с экспериментальными данными определить область применимости и параметры модели.
-
В рамках созданной кинетической версии МКГС провести детальные расчеты эволюции ядерных взаимодействий с целью:
получения информации, необходимой при анализе результатов интерференционных экспериментов, о пространственно-временных характеристиках источников рождения частиц в центральных столкновениях ядер серы и ядер золота при энергии Елаб = 10.G АГэВ;
определения возмолшостн существования п оценки условий экспериментального измерения поперечного потока барпонов (оценка возмолшостн измерения коэффициента сжимаемости
ядерной материн) в столкновениях ядер свинца при энергии Елле = 160 АГэВ;
исследования роли Л(3/2+)-резонансов в ядерных реакциях в связи с возможностью образования долгожпвущей резонансной ядерной материи в столкновениях массивных ядер при ультра-релятивистских энергиях;
изучения условий термализацни систем сталкивающихся ядер при энергиях Елае = 10.6 АГэВ и Елаб = 60 — 200 АГэВ (оценка тормозной способности массивных ядер, расчеты эволюции величин барионной и энергетической плотностей, оценка возможности установления теплового и химического равновесия и т. д.);
анализа усиленного образования странных частиц, обнаруженного в центральных ультра-релятивистских столкновениях ядер, предполагаемого на роль сигнала кварк-глюонной плазмы.
Научная новизна работы.
-
Впервые создана МКГС для эксклюзивного описания адронных столкновений при высоких энергиях.
-
В процессе обобщения МКГС на случай эксклюзивного описания ультра-релятивистских столкновений адронов и ядер с ядернымг мишенями и в процессе анализа экспериментальных данных впервые предложены:
способ расчета неупругих сечений ядро-ядерных взаимодействий и распределений нуклонов-участников, основанный ш численном методе Монте-Карло;
численная партонная реализация этой модели;
формализм и численный метод расчета многочастичных бозе эйнштейновских корреляций;
динамическая численная модель распада взаимодействующие струн.
3. Впервые создана кинетическая версия МКГС для эксклюзивное
описания столкновений адронов и ядер с ядерными мишенями прі
релятивистских и ультра-релятивистских энергиях.
В процессе разработки этой модели впервые изучено влияние вторичных перерассеяний адронов на измеряемые характеристики частиц, рожденных в протон-ядерных и ядро-ядерных неупругих столкновениях при энергии Елаб = 200 АГэВ.
4. При исследовании эволюции систем сталкивающихся ядер были впервые получены следующие результаты:
рассчитаны функции распределения источников эмиссии частиц разного сорта в центральных соударениях ядер серы и массивных ядер золота при энергии Елав — Ю.6 АГэВ;
предсказано. образование "резонансної!" или "дельта" материи в центральных столкновениях ядер золота при начальной энергии Елав = 10.6 АГэВ;
предсказана значительная тормозная способность ядер свинца и рассчитаны барионные и энергетические плотности, достигаемые в центральных столкновениях ядер кислорода и золота, ядер серы и ядер свинца при начальной энергии EAag = 60 - 200 АГэВ;
даны предсказания о существовании коллективного поперечного потока барионов во взаимодействиях ядер свинца при Елаб = 200 АГэВ и исследованы экспериментальные условия этого наблюдения;
проведен подробный анализ экспериментально обнаруженного усиленного рождения нейтральных странных частиц в центральных ядерных столкновениях при энергии Елаб = 200 АГэВ.
Научно - практическая значимость работы. МКГС, реали-эванная в виде компьютерных программ, использовалась и исполь-^ется различными экспериментальными и теоретическими группа-и при планировании экспериментов, для моделирования эксперимен-альных установок и анализа экспериментальных данных во многих эдущих ядерных центрах таких, как ОИЯИ-Дубна, ЦЕРН-Женева, НЛ-Брукхевен, ГСИ-Дармштадт, проводящих исследования по реля-ивистской ядерной физике.
Например, эта модель использовалась для анализа эксперименталь-ых данных, полученных на установках ЛВЭ ОИЯИ: 2-метровой про-
Пановой камере, 1- и 2-метровых водородных камерах и установи "ДИСК". Она выбрана в качестве одной из "стандартных" моделе для планирования экспериментов на ускорителе LHC-ЦЕРН (Швейцг рия).
Хотя большинство приведенных в диссертации расчетов относятся области ультра-релятивистских энергий {Ела$ > 10 АГэВ), различнк экспериментальные и теоретические группы применяли кинетическу; версию МКГС для успешного описания двойных дифференциальны сечений рождения нейтронов, образования изотопов и ядерных фраї ментов, подпорогового рождения г}, Л^-мезонов и антипротонов, р( ждения лептонных пар и т. д. в ядерных реакция при промежуточны энергиях Елаб < 2 АГэВ (ЛЯП-ОИЯИ, ГСИ-Дармштадт).
Хорошая точность описания экспериментальных данных cnenaj: МКГС привлекательной для различных практических приложенш связанных с получением новых изотопов, созданием интенсивных НЄ] тронных источников, трансмутацией ядерных отходов и получение энергии в бридерных реакторах.
Таким образом, в диссертации развит новый эффективный по; ход к исследованию динамики релятивистских ядерных столкновени Этот подход позволяет проводить детальные расчеты взаимодейств; ющих ядерных систем в широком диапазоне энергий, включая стол: новения массивных ядер при рекордно достижимых энергиях ускор; телей.
Апробация работы и публикации. Результаты, описанные диссертации, неоднократно докладывались и обсуждались на спец ализированных семинарах по релятивистской адронной и ядерной ф: зике в ЛВЭ, ЛТФ, ЛЯП и ЛВТА ОИЯИ, а также на семинарах в др гих отечественных и зарубежных ядерных центрах: ИФВЭ (Протв но), НИИЯФ МГУ (Москва), ГШЯФ (Гатчина), ИЯИ (Троицк), ЦЕР (Женева, Швейцария), БНЛ (Брукхевен, США), ГСИ (Дармштад Германия), ЛТФ (Орсэ, Франция) и других. Эти результаты докл дывались и обсуждались на физических факультетах Московского Санкт-Петербургского университетов, в университетах Франкфурт Гейдельберга и Ростока (Германия), Осло и Бергена (Норвегия), Са тьяго де Компостела (Испания), Нанта (Франция) и других. Резул таты, описываемые в диссертации, также докладывались и обсужд лись на международных конференциях, симпозиумах и собраниях ф
іических обществ: "Международного семинара по проблемам физики )ЫСоких энергий" (Дубна, Россия - 1988), "Уравнение состояния ядер-юй материн" (Марсана, Италия - 1989), "Кварковая Материя" (Гат-шнбург, США - 1991 и Борланге, Швеция - 1993", "Ядерная динамп-са" (Ки-вест, США - 1991), "Исследование плотной ядерной материи : помощью жестких процессов" (Сиэтл, США - 1991), "Ядро-ядерные ізаіімодепствия" (Каназава, Япония - 1991), "Физика тяжелых ионов: :егодня и завтра" (Бриони, Югославия - 1991", "Корреляции и мно-кественное рождение" (Марбург, Германия - 1991), "Физика тяжелых юнов" (Будапешт, Венгрия -1992), "Многочастичная динамика" (Сантьяго де Компостела, Испания - 1992, Аспен, США - 1994), "Ядерная физика в северо-западной Европе" (Эдинбург, Шотландия -1992), "Финка тяжелых ионов на AGS" (Кембридже, США - 1993), "Горячая и шотная ядерная материя" (Бодрум, Турция - 1994), "Странность и зарк-глюонная плазма" (Крета, Греция- 1994), "Странность-96" (Бу-іапешт, Венгрия - 1996).
Результаты, описанные в диссертации, опубликованы в 30 работах, лисок которых приводится в конце автореферата.
Структура диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка публикаций и использованной лите-)атуры.
