- МНОЖЕСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
- МНОЖЕСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
-
рождение большого числа вторичных адронов в одном акте вз-ствия при высокой энергии. М. п. характерны для столкновения адронов, и при энергии выше неск. ГэВ они доминируют над процессами одиночного рождения мезонов и упругого рассеяния ч-ц. Однако М. п. наблюдаются и при столкновениях др. ч-ц, если их энергия достаточно высока: в процессах аннигиляции эл-нов и позитронов в адроны, в глубоко неупругих процессах рассеяния лептонов на адронах.Впервые М. п. наблюдались в космических лучах, но тщат. их изучение стало возможным после создания ускорителей заряж. ч-ц высоких энергий. В результате исследований вз-ствия ч-ц косм. лучей, а также ч-ц от ускорителей с энергией до =103 ГэВ (встречные протонные пучки) выявлены нек-рые эмпирич. закономерности М. п.С наибольшей вероятностью в М. п. рождаются самые лёгкие адроны — p-мезоны (70—80% вторичных ч-ц). Значит. долю составляют также К-мезоны и гипероны (=10—20%) и нуклон-антинуклонные пары (порядка неск. %). Многие из этих ч-ц возникают от распада рождающихся резонансов.
сечение М. п. при высоких энергиях слабо зависит от энергии сталкивающихся ч-ц (меняется не более чем на неск. десятков процентов при изменении энергии в 104 раз). Прибл. постоянство сечения М. п. привело к модели «чёрных шариков» для описания процессов столкновения адронов. Согласно этой модели, при каждом сближении адронов высокой энергии на расстояния, меньшие радиуса действия яд. сил, происходит неупругий процесс множеств. рождения ч-ц; упругое рассеяние носит при этом в осн. дифракц. хар-р (дифракция волн де Бройля ч-ц на «чёрном шарике»). С др. стороны, согласно квант. теории поля, возможен медл. рост сечения М. п. с увеличением энергии ? не быстрее, чем ln2? (теорема Фруассара). Опыт показывает, что именно такая предельная зависимость, по-видимому, осуществляется при высоких энергиях, 8 — =102—104 ГэВ в лаб. системе (л. с.). Число ч-ц, рождающихся в разл. актах столкновения адронов определённой энергии, сильно варьирует и в отд. случаях оказывается очень большим (рис.). Ср. число вторичных ч-ц (ср. множественность) медленно растёт с ростом энергии столкновения и практически не зависит от типа сталкивающихся адронов (согласно эксперим. данным, возрастает с увеличением ? прибл., как ln?). Возможно, однако, что ср. множественность вторичных ч-ц, рождающихся с малыми импульсами в системе центра инерции (с. ц. и.) — в т. н. области пионизации — растёт с увеличением энергии по предельно допустимому закону (=?ц. и.)> а ч-ц с большими импульсами (область фрагментации), как ln?ц. <и.. Ср. множественность много меньше максимально возможного числа вторичных ч-ц, к-рое определяется условием, что вся энергия столкновения в с. ц. и. сталкивающихся ч-ц переходит в массу покоя вторичных ч-ц. Это означает, что энергия тратится гл. обр. на сообщение осн. части генерированных ч-ц большой кинетич. энергии (большого импульса). В то же время характерной эмпирич. закономерностью М. п. явл. то, что поперечные (к оси соударения) компоненты импульсов вторичных ч-ц (р^), как правило, малы,— их ср. значение составляет прнбл. 0,3—0,4 ГэВ/с и почти постоянно в очень широкой области энергий. Поэтому вторичные ч-цы вылетают резко направленными и сужающимися по мере роста энергии потоками вдоль направления движения сталкивающихся ч-ц (в с. ц. и.— вперёд и назад, в л. с.— по направлению движения налетающей ч-цы). С др. стороны, при высоких энергиях сталкивающихся адронов с небольшой вероятностью рождаются вторичные ч-цы и с большими значениями р^ в виде адронных струй (т. е. неск. ч-ц с близкими направлениями движения). Существование таких струй интерпретируется как рассеяние на большие углы составляющих адронов — кварков. Наиболее отчётливо адронные струи наблюдаются в М. п. на встречных электрон-позитронных пучках и интерпретируются как аннигиляция пары е+е- в пару из кварка и антикварка, летящих в противоположных направлениях и превращающихся (фрагментирующих) в адроны. При аннигиляции е+е- в адроны наблюдаются также трёхструйные процессы, когда один из образующихся кварков (в соответствии с предсказаниями квантовой хромодинамики) испускает глюон, фрагментирующий в адроны.
Особое значение имеют закономерности, установленные при изучении спец. класса М. п.— и н к л ю з и в н ы х п р о ц е с с о в, когда из большого числа процессов множеств. образования ч-ц при столкновении адронов «а» и «b» отбираются события с рождением определённой ч-цы «с» независимо от того, какие др. ч-цы (X) и в каком кол-ве сопровождают её рождение. На важность изучения таких процессов указал в 1967 А. А. Логунов, установивший на основе квант. теории поля законы предельного возрастания их сечения с ростом энергии (аналогичные теореме Фруассара).Одна из важнейших закономерностей М. п.— масштабная инвариантность (с к е й л и н г Ф е й н м а н а) — своеобразный закон подобия в микромире, заключающийся в том, что вероятность рождения «инклюзивной» ч-цы «с» с определённым значением продольного импульса pL (проекции импульса р на направление движения сталкивающихся ч-ц) при разных энергиях столкновения явл. универс. ф-цией от переменной x=рL/рмакс, где pмакс — максимально возможное (при данной энергии) значение pL ч-цы «с». Т. о., продольные импульсы вторичных ч-ц растут пропорц. энергии столкновения.Масштабная инвариантность наблюдается также при аннигиляции пары е+е- в адроны и при столкновениях релятив. ат. ядер. Масштабная инвариантность др. типа (с к е й л и н г Б ь ё р к е н а) обнаружена в глубоко неупругих процессах рассеяния лептонов на нуклонах. Теоретически масштабная инвариантность может быть объяснена на основе составного строения адронов из кварков-картонов (амер. физик Р. Фейнман, 1969). Впервые масштабная инвариантность для отношения выходов К- /p-, р=/p- была установлена в экспериментах на Серпуховском ускорителе (1968). Исторически первые попытки описания М. п. были сделаны на основе статистико-гидродинамич. моделей движения адронного в-ва (нем. физик В. Гейзенберг, итал. физик Э. Ферми, Л. Д. Ландау (1949—53) и др.).Распределение по числу ч-ц, рождаемых в М. п., подчиняется др. закону подобия — т. н. KNO-скейлингу. В соответствии с этим законом вероятность Р(n) образования n ч-ц, рождаемых в М. п., зависит от отношения z=n/универс. образом: Р(n)=(sn/sнеупр) F(z), где sn.— сечение реакции с рождением га ч-ц, sнеупр — полное сечение неупругнх процессов. Ф-ция F(z) слабо зависит от типа сталкивающихся ч-ц и практически не зависит от полной энергии. Удовлетворительного теоретического объяснения такой закономерности пока не найдено.
Физический энциклопедический словарь. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1983.
- МНОЖЕСТВЕННЫЕ ПРОЦЕССЫ
-
- рождение большого числа вторичных адронов в одном акте взаимодействия частиц при высокой энергии. M. п. особенно характерны для столкновений адронов, и при энергиях выше неск. ГэВ они доминируют над процессами одиночного рождения частиц. M. п. наблюдаются и в соударениях др. частиц: в процессах аннигиляции электронов и позитронов в адроны и в глубоко неупругих процессах взаимодействия лептонов с нуклонами. Впервые M. п. наблюдались в космических лучах;детальное их исследование началось после создания ускорителей заряж. частиц высоких энергий. Наиб, полно они изучены в т. н. мягких адроп-адронных взаимодействиях, в к-рых характерные поперечные к оси соударений импульсы вторичных частиц не превышают 1 ГэВ [1, 2]. Исследование M. п. существенно для выяснения структуры адронов и построения теории сильного взаимодействия. Особенно важно установление осн. закономерностей переходов кварков н глюонов в адроны, к-рые определяются неизвестным пока механизмом удержания (конфайнмента) кварков в квантовой хромодинамике (КХД) (см. Удержание цвета).
Из-за большого числа вторичных частиц (большой множественности )осн. метод изучения M. п.- инклюзивный (см. Инклюзивный процесс)[3]. Исследуются характеристики процессов:
в зависимости от энергии и типа первичных (а, b) и вторичных (c1, с 2) частиц (X - совокупность остальных, не регистрируемых частиц). По этим процессам получены данные вплоть до полной энергии 
Гэв в системе центра инерции (с. ц. п.).Состав и множественность вторичных адронов. В мягких адронных соударениях среди вторичных долгожи-вущпх частиц
, к-рые регистрируются эксперим. установками, доминируют пионы. Их доля несколько уменьшается от 0,9 до ~ 0,8 при увеличении энергии 
до 540 ГэВ. В этом же интервале энергий доля К-мезонов растёт от 0,06 до 0,12, а доля барио-нов и антибарионов - от 0,04 до 0,09. Вместе с тем эти долгоживущие адроны часто 
являются продуктами распадов короткоживущих 
резонан сов. Выделение этих состояний крайне сложно при большой множественности. Состав их в первом приближении соответствует рождению адронов изотопическими мультиплетами (за исключением странных и очарованных частиц). С увеличением поперечных импульсов вторичных частиц до 5-10 ГэВ и в е + е - -аннигиляции доля пионов уменьшается до 0,55, а доля К-мезонов и пар нуклон - антинуклон увеличивается соответственно до 0,27 и 0,18. Cp. множественность пионов 
медленно растёт с увеличением энергии 
, в то время как 
и 
растут значительно быстрее, что связано с открытием новых каналов их образования 
- антибарион).Распределения адронов по поперечному импульсу. Одной из главных закономерностей M. н. является относительно небольшая величина поперечных импульсов
вторичных частиц. Cp. поперечный импульс 
вторичных адронов значительно меньше их полного импульса 
и очень медленно растёт с энергией (используется система единиц, в к-рой скорость света с=1); напр., он увеличивается от 0,360(10) ГэВ при 
до 0,420(30) ГэВ при 
. Поэтому вторичные частицы вылетают резко направленными и сужающимися по море роста энергии потоками вдоль направления движения сталкивающихся частиц - т. н. струями адронными (в с. ц. и.- вперёд p назад, в лаб. системе - по направлению движения налетающей частицы). При высоких энергиях с небольшой вероятностью 
рождаются также адроны с большими значениями 
в виде адронных струй, вылетающих под большими углами к оси столкновения. При этом поведение по 
из экспоненциального становится степенным 
В модели партонов оно определяется сечением упругого рассеяния на большие углы составляющих адронов - кварков и глюонов [1].Адронные струи в M. и. наблюдаются и в е + е - -анни-гиляции, когда образуется пара из кварка и антикварка, к-рые затем фрагментируют в адропы. В этих процессах поперечный импульс адронов относительно оси струй также мал
ГэВ]. Cp. поперечный импульс адронов практически не зависит от их массы. Прямые измерения 
резонансов (R )показали, что 
ГэВ в широком интервале
энергий. В то же время для долгоживущих частиц
растёт с увеличением массы адрона. Это связано не с динамикой рождения адронов в M. п., а с кинематикой распадов резонансов на пионы и К-мезоны.Распределение резонансов по
описывается ф-лой: 
где
для 
и др. <резонансов с массами <2 ГэВ (N- полное число наблюдённых резонансов). Инклюзивное сечение образования долгоживущих частиц и резонансов с массами т от 0,14 ГэВ 
-мезон) до 3,1 ГэВ i
-частица) хорошо аппроксимируются выражением:
где
- инклюзивное сечение 
- энергия, p- импульс частицы), 
в зависимости от типа адронов.Примерно такие же распределения адронов по поперечным импульсам относительно оси струй получены в глубоко неупругих процессах и в
-аннигиляции.Постоянство этих характеристик вторичных адронов и небольшая величина их ср. поперечного импульса в разл. M. п. широко используются во всех теоретич. моделях и с точки зрения совр. представлений связываются с размерами области удержания кварков и глюонов
Распределения адронов но продольным переменным ( х, у). Характеристики M. п. в зависимости от
или продольной быстроты
изучены в широком интервале энергий 
ГэВ]. Здесь 
и 
- соответственно энергия, продольный импульс и угол вылета адрона в с. ц. и. Одна из важных закономерностей M. п.- масштабная инвариантность- закон подобия в микромире, заключающийся в том, что вероятность рождения "инклюзивной" частицы с с определ. значением продольного импульса 
при разных энергиях столкновения является универсальной ф-цией от переменной при 
где р макс
- максимально 
возможное (при данной энергии) значение 
частицы с[4]. T. о., продольные импульсы вторичных адронов растут пропорц. энергии столкновения 
В партонной модели это свойство является естественным, причём поведение по х определяется структурной функцией фрагментирующего адрона (т. е. исходного адрона с тем же направлением импульса) (см. Кваркового счёта правила). Первые указания на масштабную инвариантность были получены при изучении взаимодействия космических лучей, однако как закономерность она была установлена в экспериментах на Серпуховском ускорителе для отношения выходов 
и 
(1968). Масштабная инвариантность наблюдается также при аннигиляции 
в адроны и в глубоко неупругих процессах. Её теоретич. интерпретация даётся в рамках партонной модели [P. Фейн-ман (R. Ph. Feynman), 1969] [4].Наряду с постоянством выхода частиц в области фрагментации
, было установлено, что в центр, области 
инклюзивные сечения образования адронов в M. и. растут с увеличением энергии. Напр., при 
нормированное инклюзивное сечение 
увеличивается пропорц.
что и обеспечивает рост полной ср. множественности 
i.Корреляции в рождении адронов в M. п. изучены в широкой области энергий с помощью корреляционных функций
где
- полное неупругое сечение взаимодействия первичных частиц, a у1, у2 - продольные быстроты вторичных инклюзивных частиц. Были обнаружены сильные положит, корреляции при разности быстрот инклюзивных частиц 
(близкодействующие корреляции), особенно для частиц с разными зарядами. При относительно малых множественностях 
они в осн. объясняются интенсивным рождением лёгких резонансов 
, распадающихся на 2-3 долгоживущих адрона. При больших множественностях ( п > 10) они связаны с распадом более тяжёлых резонансов или др. короткоживущих состояний - кластеров (файрболов) [5].При высоких энергиях
всё более отчётливо проявляются и корреляции между множественностями частиц, летящих вперёд и назад в с. ц. и. Они имеют дальнодействующий характер: чем больше рождается частиц, летящих вперёд, тем больше их летит и назад. Такие корреляции характеризуют процесс в целом. Механизм этих корреляций обычно связывают с увеличением (с ростом энергии) числа промежуточных партонных "лесенок" в модели мультипериферического взаимодействии, что и приводит к сильным корреляциям по множественности типа "вперёд - назад".Отмеченные особенности M. п. практически одинаковы в мягких и жёстких процессах соударения частиц высоких энергий. Это означает, что процесс перехода партонов (кварков и глюонов) в адроны слабо зависит от способа их образования и имеет универсальный характер, к-рый, вероятно, определяется свойствами вакуума KXД.
Перечисленные закономерности M. п. сначала описывались в рамках мультипериферич. моделей [5]. После открытия партонов кинематика M. п. широко использовалась при создании феноменологич. кварк-глюонных моделей M. п., в к-рых учитывались известные характеристики кварков и глюонов [6, 7]. Нек-рые черты одночастичных инклюзивных процессов в интервале энергий
ГэВ удовлетворительно описываются в модели кварк-глюонных струн [6] и в аддитивной кварковой модели [7]. Параметры в этих моделях находятся из сравнения их с экспериментом. Вычисление значений этих параметров в рамках КХД пока невозможно из-за сильного взаимодействия кварков на больших расстояниях. Вместе с тем описание многочисл. данных по M. п. с помощью этих моделей даёт возможность найти структурные элементы будущей теории сильного взаимодействия.
Лит.:1) Гpишин В. Г., Инклюзивные процессы в адрон-ных взаимодействиях при высоких энергиях, M., 1982; 2) Mур-зин В. С., Сарычева Л. И., Взаимодействия адронов высоких анергий, M., 1983; 3)Logunov A. A., Mеstviri-schvili M. A., Nguen Vam Hieu, Препринт ИФВЭ 67-49-К, Серпухов, 1967; Логунов A. А., Mествиришвили M. А., Петров В. А., Инклюзивные процессы и динамика сильных взаимодействий, "ЭЧАЯ", 1983, т. 14, в. 3, с. 493; 4) Фейнман Р., Взаимодействие фотонов с адронами, пер. с англ., M., 1975; 5)Фейнберг E. Л., Термодинамические файрболы, "УФН", 1983, т. 139, с. 3; Андреев И. В., Дрёмин И. M., Механизмы процессов множественного рождения, там же, 1977, т. 122, с. 37; 6) Кайда-лов А. Б., Тер-Мартиросян К. А., Множественное рождение адронов при высоких энергиях в модели кварк-глю-онных струн. Сравнение с экспериментом, "ЯФ", 1984, т. 40, с. 211; 7) Анисович В. В. и др., Аддитивная кварковая модель и процессы множественного рождения адронов, "УФН", 1984, т. 144, в. 4, с. 553. В. Г. Гришин.
Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.
.
