Interferometria de intensitate pentru particule cu stranietate

Interferometria de intensitate pentru particule cu stranietate

Pentru studierea dinamicii ciocnirilor nucleare relativiste si ultrarelativiste este importanta cunosterii evolutiei temporale a sursei de particule (regiunii participante). Interferometria de intensitate poate oferi informatii in acest sens daca se poate aplica, pentru acelasi experiment, pentru mai multe tipuri de particule. În acelasi timp, cautarea unor stari anomale si tranzitii de faza in materia nucleara fierbinte si densa creata in regiunea de suprapunere a nucleelor care se ciocnesc, ar putea fi mai eficienta daca aranjamentul experimental permite detectarea de particule cu stranietate cu o statistica a datelor experimentale suficienta pentru aplicarea interferometriei de particule identice. Cele mai folosite particule pentru astfel de studii sunt kaonii. Ca si ponii, cele mai folosite particule in interferometria de particule identice, kaonii sunt bozoni. De aceea, astfel de studii mai sunt cunoscute ca studii de corelatii Bose-Einstein. Din aceste motive, bazele fizice ale folosirii interferometriei de particule identice pentru astfel de particule sunt legate de simetrizarea functiei de unda pentru bozoni identici, cu luarea in considerare a statisticii Bose-Einstein.

Pentru a obtine functia de corelatie, C₂(q), distributia determinata (masurata) experimental, A(q), este impartita la distributia fondului, B(q). Aceasta din urma contine efectele spatiului fazelor de doua corpuri. În mod ideal, distributia rezultata, care depinde de impulsul relativ al particulelor perechii considerate, poate fi legata de transformata Fourier, , a distributiei sursei, ρ(r), adica:

. (II.122)

Una din formele functiei folosite pentru fit-area functiei de corelatie experimentale - mai ales pentru interferometrie de kaoni pozitivi - este o functie de corelatie unidimensionala, de forma:

. (II.123)

În aceasta relatie se foloseste cuadri-impulsul relativ, invariant Lorentz, de forma:

,

unde q este diferenta de cuadri-impulsuri pentru particulele considerate, iar N este un factor de normare care rezulta din faptul ca distributia de fond, B(Q), este construita cu numar de perechi mai semnificativ statistic decat distributia experimentala, A(Q). λ este un factor fenomenologic inclus pentru a lua in considerare efectele interactiilor din starea finala care pot reduce marimea corelatiei. Distributia de fond, B(Q), se construieste, ca si in celelalte cazuri, prin formarea alaeatoare a perechilor, rezultate din amestecarea informatiei specifice evenimentelor avute la dispozitie.

Doua corectii trebuie aplicate raportului A(Q)/B(Q), obtinut experimental. O prima corectie este legata de repulsia coulombiana dintre particule cu acelasi tip de sarcina. Aceasta corectia se aplica folosind factorul Gamow, introdus anterior (relatia (II.121). O a doua corectie este legata de dependenta de cuadri-impulsul relativ Q. Acaesta corectie are un cacrater mai putin general decat cea referitoare la repuslia coulombiana si trebuie sa ia in considerare explicit structura aranjamentului experimental folosit, caracteristicile specifice ale detectorilor inclusi in aranjament si detalii de identificare a particulelor si de reconstructie a traiectoriilor acestora.

Corelatiile Bose-Einstein au fost intens folosite pentru a studia marimea sursei pentru particule emise dintr-o mare varietate de reactii [65,82-84]. Marea majoritate a acestor studii au folosit rezultate experimentale pentru pioni, cu deosebire in prima perioada a etapei sistemelor de acceleratori.

Intrarea in functiune a Sincrotronului cu Gradient Alternant (AGS) de la BNL a permis obtinerea unui numar semnificativ statistic de kaoni si s-a putut trece la interferometrie kaonica.

Pentru ciocniri centrale la 14.6 A GeV/c ale ionilor de ²⁸Si pe tinte de Au si Al, s-a facut o analiza sistematica de interferometrie pionica [65,80-84]. Au fost folositi atat pioni pozitivi, cat si pioni negativi. Pentru cazul interferometriei de pioni pozitivi (π⁺ - π⁺) s-a folosit pentru fit-are o distributie bidimensionala, calculata in sistemul de coordonate al sursei, avand forma urmatoare:

. (II.124)

Rezultatele obtinute prin interferometrie pionica la aceste energii confirma observatia anterioara, anume: raza sursei de particule (regiunii participante) la emisia de pioni este comparabila cu raza nucleului incident (in acest caz, nucleul de Si).

Aceste studii s-au extins, pentru aceleasi ciocniri, si asupra kaonilor emisi. La analizarea corelatiilor Bose-Einstein dintre perechi de kaoni s-a avut in vedere faptul ca sectiunea eficace a kaonilor, cu deosebire a kaonilor pozitivi (K⁺) in materia nucleara este semnificativ mai mica decit aceea pentru pioni. De aceea kaonii pot "vedea" o marime diferita a sursei de particule. De asemenea, s-a luat in considerare faptul ca in ciocniri nucleare relativiste la aceste energii producerea de kaoni este semnificativ mai mare si ar putea fi asociata unor mecanisme de producere exotice. S-a avut in vedere si faptul ca functia de corelatie pentru kaoni poate fi mai putin sensibila decit cea a pionilor la contributia datorata dezintegrarilor unor rezonante.

Rezultatele experimentale obtinute pentru ciocniri Si + Au la 14.6 A GeV/c au permis stabilirea urmatoarelor valori ale razei sursei de particule la emisia kaonilor, respectiv, la emisia pionilor: , [65,80-84]. Se confirma, de asemenea, si modificarea parametrului de haos in evolutia regiunii centrale, fierbinti si dense. Daca in etapele de inceput sursa este mai haotica, pe parcursul evolutiei sale ea tinde sa devina mai putin haotica prin emisia succesiva a diferite tipuri de particule: astfel, . Totusi, la energia considerata, scaderea nu este dramatica.

Determinarea razei sursei de particule s-a facut si folosind sistemul de coordonate al sursei. Folosind ecuatia (II.124), cu restrictia explicita R=τ, s-au obtinut urmatoarele valori ale razei si parametrului de haos la emisia de kaoni, respectiv, pioni: , respectiv, .

Metoda de "uniformizare" conduce la urmatoarele valori: , respectiv, .

Aceste valori (care nu implica nici o modificare pentru efectele Lorentz), sint in acord cu cele anterioare. Prin ambele metode raza determinata pentru kaoni este mai mica decit cea determinata pentru pioni. Folosirea metodei de "uniformizare" nu modifica aceasta concluzie. Acest rezultat confirma evolutia sursei de particule de la etapa initiala, de compresie maxima si haoticitate maxima, la etape ulterioare in care presiunea scade prin expansiunea regiunii participante, iar temperatura sistemului scade prin emisia succesiva de diferite tipuri de particule si interactii multiple in sursa. Evolutia are loc pana la incetarea contactului dintre regiuni si incetarea interactiilor in starea finala. În sprijinul acestei comportari vin si rezultatele experimentale obtinute prin interferometrie protonica in ciocniri inelastice Ar + KCl la 1.8 A GeV [86-88]. S-a obtinut o raza a sursei de particule la emisia de protoni de 2.4 - 2.8 Fm, mai mica decit cea a sursei la emisia de pioni, in aceeasi ciocnire, in jur de 4.00 Fm. [86-88]. Se observa ca emisia de protoni este anterioara celei de pioni. Rezultatele experimentale confirma nu numai ideea de evolutie in timp a sursei care emite particule, dar si scala de temperaturi obtinuta din spectrele de impuls. [65, 82-84].