Измерение дифференциальных сечений электророждения ?°-мезона во внерезонансном кинематическом диапазоне на детекторе CLAS

Актуальность работы связана с необходимостью построения модели нуклона, включаяющей в себя корреляции между поперечными пространственными распределениями кварков и их продольными импульсными распределениями.

Одной из важных задач современной физики высоких энергий является изучение внутренней структуры нуклона и описание этой трехмерной структуры в терминах кварковых и глюонных полей. Использование заряженных частиц в качестве зондов позволяет нам заглянуть внутрь нуклона. Изучение процессов глубоко-неупругого рассеяния позволило получить много информации о продольных импульсных распределениях кварков. Эксперименты, в которых изучались эксклюзивные процессы, были успешно обработаны и интерпретированы с помощью моделей Редже, которые основаны на адрон-ных степенях свободы [3, 4]. Однако в течение предыдущего десятилетия механизм, описываемый через диаграммы типа &bdquo-хэндбэг", стал основным теоретическим подходом для изучения кварковой и глюониой структуры, с помощью глубоко-виртуального комптоновского рассеяния или глубоковиртуального электророждения мезонов. В этом подходе кварковые распределения параметризованы в терминах обобщенных партонных распределений (ОПР). ОПР несут информацию как о продольных импульсных распределениях партонов, так и об их поперечных пространственных распределениях. Развернутая программа, сфокусированная на изучении структурных функций нуклона, проводится сейчас в лаборатории им. Т. Джефферсона на установке CLAS. В настоящей работе изучается электророждение 7г°-мезона при взаимодействии пучка электронов с энергией 5.75 ГэВ с жидко-водородной мишепыо. Фейнмановская диаграмма реакции образования 7г°-мезона в реакции ер —> е’р'-к0 изображена на рис. 1. на протоне.

Цель диссертационной работы. Данная диссертация посвящена анализу эксперимента el-dvcs на установке CLAS и измерению дифференциальных сечений электророждения 7г°-мезона в кинематическом диапазоне W>2 GeV. Измеренные сечения позволили проверить предсказания ОПР моделей [1, 2]. Основные этапы исследования:

• отбор событий реакции ер —> е’р’ттизмерение ее дифференциальных сечений как функции кинематических переменных Q2, f, хв, ф.

• извлечение структурных функций от + ctlt, отт.

• сравнение полученных структурных функций с имеющимися предсказаниями ОПР моделей.

Кинематические переменные.

Для описания конечного состояния системы в реакции ер —" е’р'-к0 использовались следующие переменные:

• Q2 = —g2 = —(ре — Pc')2 ~ 2ЕЕ'(1 — cos6), квадрат 4-импульса виртуального фотона с отрицательным знаком, где рс и ре/ - 4-импульсы.

Рис. 2. 07,. угол между лептонными и адронными плоскостями. Первая плоскость определяется векторами импульсов начального и рассеянного электрона. Втораявекторами импульсов 7г°-мезона и рассеянного протона начального и рассеянного электронов, Е — энергия электронного пучка, Е' - энергия рассеянного электрона, в — полярный угол рассеянного электрона;

• хв = = лабораторной системе), переменная Бьсркена, Р, д -4-импульсы протона и виртуального фотона, V — Е — Е' переданная энергия;

•? = (Р — Р')2- квадрат 4-импульса, переданного протону, Р и Р' 4-импульсы мишени и рассеянного протона;

• ф или фь, угол между лептонными и адронными плоскостями, (смотри рис. 2). Этот угол определен в соответствии с Трентовской конвенцией [5].

Научная новизна. Дифференциальные сечения электророждения 7г°-мезона были измерены в широком кинематическом диапазоне (~)2 и хв.

22 см. рис. 7.1), где мировые данные до этого отсутствовали или были ограничены. Были извлечены структурные функции от + еох, glt, &-тт и сравнены с современными ОПР моделями.

Практическая значимость. Результаты, изложенные в диссертации, используются для проверки предсказаний современных ОПР моделей [1, 2] и уточнения параметров Редже моделей [3, 4]. Результаты будут включены в феноменологические модели, такие как SAID [6].

На защиту выносятся следующие основные результаты и положения:

• измеренные дифференциальные сечения электророждения 7г° в ~ 1800 кинематических точках;

• структурные функции ат + 60″ l> olt, <?тт.

• сравнение структурных функций с предсказаниями ОПР моделей, в котором было показано, что указанные модели достаточно хорошо описывают экспериментальные данные;

• показано что электророждение псевдоскалярных мезонов дает доступ к изучению поперечных ОПР.

Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на следующих конференциях:

• GPD/Exclusivc Processes Working Group Meeting, Ньюпорт-Ньюс, США, 27 февраля 2007 г.,.

• Exclusive reactions at high Momentum transfers, Ныопорт-Ныос, США, 21−24 мая 2007 г.,.

• XII Workshop on High Energy Spin Physics, Дубна, 5 сентября 2007 г.

• Third Joint Meeting of the Nuclear Physics Divisions of the American Physical Society and The Physical Society of Japan, Гавайи, США 13−17 октября, 2009 г.,.

• The 4th Workshop on Exclusive Reactions at High Momentum Transfer, Ныоиорт-Ныос, США 18−21 мая 2010 г.,.

• 35th International Conference on High Energy Physics, Париж, Франция 22−28 июля 2010 г.,.

• International Workshop on Hard Meson and Photon Production, Трепто, Италия 25−30 октября 2010 г.,.

• Workshop on probing small-size configurations in high-t photo/'electropro-duction, Ньюпорт-Ньюс, США, 25−26 марта 2011 г.,.

• XIX International Workshop on Deep-Inelastic Scattering and Related Subjects (DIS 2011), Ныопорт-Ньюс, США, 11−15 апреля 2011 г.,.

• XIV Workshop On High Energy Spin Physics DSPIN-11 Дубна, 20 -24 сентября, 2011 г.,.

• CLAS Collaboration Meeting, Ньюпорт-Ньюс, США, 22−25 февраля 2012 г.

Публикации. Материалы диссертации опубликованы в 4-х печатных работах, из них 3 статьи опубликованы в рецензируемых журналах [7−9], 1 статья в сборнике трудов конференции [10].

Личный вклад автора. Содержание диссертации и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Подготовка к публикации полученных результатов проводилась совместно с соавторами, причем вклад диссертанта был определяющим. Все представленные в диссертации результаты получены лично автором.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 11 глав, заключения, библиографии и 10 приложений. Общий объем диссертации 292 страницы, из них 176 страниц текста, включая 98 рисунков. Библиография включает 36 наименований на 5 страницах.

Заключение

.

Дифференциальные сечения электророждения 7Г° были измерены в ~1800 кинематических бинах. В большинстве бинов сечения были измерены впервые.

Оценены систематические неопределенности измеренных сечений.

Извлечены структурные функции в 15 кинематических бинах по (ф2, хъ) и 7 бинах по t. Было произведено сравнение этих функций с предсказаниями двух современных ОПР моделей в б бинах.

Найдено, что эти модели достаточно хорошо описывают имеющиеся данные. Указанные модели предполагают, что вклад продольных ОПР в электророждение псевдоскалярных мезонов подавлен и основную роль играют поперечные ОПР. То, что предсказания моделей описывают данные, может указывать на то, что в электророждении псевдоскалярных мезонов можно получить доступ к изучению поперечных ОПР.