КУМУЛЯТИВНЫЙ ПРОЦЕСС

КУМУЛЯТИВНЫЙ ПРОЦЕСС

в релятивистской ядерной физике - инклюзивный процесс рождения вторичных элементарных частиц на атомном ядре далеко за пределами кинематически доступной области при соударении с одним покоящимся (в системе покоя ядра) нуклоном ядра. Это означает, что в процессе соударения одновременно участвуют два или более нуклонов ядра (с чем и связано назв. процесса).

К. п. были предсказаны А. М. Балдиным и открыты экспериментально на синхрофазотроне в Дубне в 1971. Было обнаружено, что ядро дейтерия с энергией 5 ГэВ на нуклон при столкновении с ядром углерода с вероятностью неск. процентов порождает пионы с энергией до 8 ГэВ (в лабораторной системе координат).

Рис. 1. Зависимость инвариантного сечения кумулятивного процесса рождения протонов (с импульсом 0,4-1,0 ГэВ/с в интервале углов 160°-164°) на разных ядрах от энергии налетающих пионов и протонов (зачернённые точки): - полное сечение неупругого или рр-взаимодействия.

К. п. характеризуются порядком кумулятивности х, представляющим собой мин. массу мишени в единицах нуклонной массы m_N, на к-рой кинематически возможно рождение данной кумулятивной частицы. В пределе большой относительной быстроты сталкивающихся ядер порядок кумулятивности

где , р, - энергия, импульс и угол вылета кумулятивной частицы в системе покоя ядра. Для К. п. величина х1.

Эксперим. изучение К. и. привело к установлению следующих осн. свойств инвариантного сечения

1) Независимость (точнее, слабая зависимость) от энергии налетающей частицы, начиная с нек-рой граничной энергии (растущей с увеличением ат. номера; рис. 1), при фиксиров. значении х (масштабная инвариантность).

2) Универсальный характер зависимости сечения для средних и тяжёлых ядер от порядка кумулятивности вплоть до значений х4 (рис. 2). Универсальность величины

для процессов с разными первичными частицами при разл. энергиях (в системе покоя ядра) и разными кумулятивными частицами иллюстрирует рис. 3. Это свойство необъяснимо в стандартной картине ядра, в к-рой средние и тяжёлые ядра имеют разные ферми-импульсы нуклонов.

Рис. 2. Зависимость от ж инвариантного сечения кумулятивного процесса при нулевом поперечном импульсе р _T кумулятивной частицы. Точки, крестики и квадратики относятся соответственно к мезонам, К ⁺ -мезонам и К ^- мезонам.

Рис. 3. Универсальность величины для разных кумулятивных процессов (вертикальная пунктирная линия - усреднённое по всем процессам значение ). Указаны первичная частица, её энергия в системе покоя ядра, сорт ядра и кумулятивная частица; справа - институт, в к-ром наблюдался процесс, и год наблюдения.

3) Пропорциональность инвариантного сечения на тяжёлых ядрах объёму ядра, _ (рис. 4), свидетельствующая о локальном характере взаимодействия и отсутствии экранировки.

4) Подавленность выхода кумулятивных частиц (К ^- -мезонов, антипротонов), не содержащих в своём составе валентных кварков нуклонов ядра; отношения выходов не зависят от х (при x>1) и равны (при равных х):

Описание качественных и количественных свойств К. п. невозможно в рамках традиционных в ядерной физике представлений о внутр. движении нуклонов и многократном рассеянии налетающей частицы нуклонами ядра (напр., в области х1,5 эти механизмы дают сечение на неск. порядков меньше экспериментального) и требует гипотезы о наличии в ядрах, наряду с нуклонами, плотных многокварковых состояний (6q,9q, 12qи т. д.) ядерной материи (или малонуклонных корреляций) с размерами порядка размеров нуклона. Предполагают, что ядра являются гетерофазными системами - представляют собой смесь двух фаз адронной материи: нуклонной и кварк-глюонной плазмы. Однако природа таких образований и механизм рождения кумулятивных частиц недостаточно ясны. В частности, неясно, создаются ли эти образования налетающим на ядро адроном или постоянно образуются и распадаются в ядре в результате флуктуации плотности ядерной материи (т. н. флуктоны Блохинцева). Однозначный ответ на этот вопрос может быть получен из опытов по глубоко неупругому рассеянию лептонов на ядрах в области х>1. Предварительные результаты таких экспериментов свидетельствуют в пользу второй возможности.

-

Рис. 4. Зависимость от массового числа А инвариантных сечении кумулятивных процессов рождения протона (пунктирная кривая) и p^- -мезона (сплошная кривая; сечение умножено на 100) с импульсом 0,5 ГэВ/c под углом 180°. Выход на постоянное значение для тяжёлых ядер соответствует пропорциональности сечения массовому числу. Более сильная зависимость от А для лёгких и средних ядер связана, по-видимому, с конечностью объёма ядра.

К. п. являются одним из предметов изучения релятивистской ядерной физики, лежащей на стыке физики ядра и физики элементарных частиц. Дальнейшее их тщательное исследование может, по-видимому, прояснить природу удержания цвета.

Лит.: Балдин А. М., Физика релятивистских ядер, "ЭЧАЯ", 1977, т. 8, с. 429; Ставинский В. С., Предельная фрагментация ядер - кумулятивный эффект (эксперимент), там же, 1979, т. 10, с. 949; Стрикман М. И., Франкфурт Л. Л., Рассеяние частиц высокой энергии как метод исследования малонуклонных корреляций в дейтоне и ядрах, там же, 1980, т. 11, с. 571; Ефремов А. В., Кварк-партонная картина кумулятивного рождения, там же, 1982, т. 13, с. 613. А. В. Ефремов.

Физическая энциклопедия. В 5-ти томах. — М.: Советская энциклопедия. Главный редактор А. М. Прохоров. 1988.