Sectiuni eficace pentru diferite tipuri de particule produse in ciconiri nucleare relativiste

Sectiuni eficace pentru diferite tipuri de particule produse in ciconiri nucleare relativiste

1. Consideratii generale

O problema importanta este cea a comportarii ratelor de producere de diferte tipuri de particule, respectiv, a sectiunilor eficace asociate in ciocniri nucleare relativiste. Aceste marimi fizice sunt importante in absenta unor posibilitati de control experimentale directe ale evolutiei dinamice a ciocnirilor nucleare relativiste.

Unele sectiuni eficace - totale sau diferentiale - pot da informatii globale importante asupra unor aspecte de interes legate de influenta mediului nuclear in descrierea dinamicii ciocnirilor nucleare relativiste. De exemplu, distributiile de rapiditate pot aduce informatii asupra cresterii efectelor mediului nuclear asupra ciocniriilor nucleon-nucleon cu cresterea stoparii nucleare si cu cresterea energiei incidente, iar spectrele dublu diferentiale ale unor particule usoare, produse in experimente exclusive, ar putea sa permita estimari brute ale timpilor de echilibrare sau a scalei de timp in care se desfasoara diferite procese. Distributiile de impuls, total sau transversal, pot da informatii asupra temperaturii sursei la emiterea diferitelor tipuri de particule. De asemenea, cele de impuls longitudinal, in SCM, pot oferi informatii asupra geometriei ciocnirii. Astfel, se pot obtine informatii semnificative asupra evolutiei si dinamicii sursei de particule.

Includerea efectelor mediului nuclear se poate face pe doua cai, si anume:

(i) calea dinamica - prin termeni diferiti in matricile de ciocnire care sa redea ratele de producere;

(ii) calea statisticii cuantice - prin introducerea unor termeni expliciti asupra blocarii Pauli in starea finala.

Comportarea sectiunilor eficace pentru particule cu stranietate este utila in studierea unor tranzitii de faza care pot avea loc in materia nucleara fierbinte si densa creata prin ciocniri nucleare relativiste. De aceea, avand in vedere informatiile incluse in capitolul al XX-lea, se vor discuta cateva aspecte legate de aceste sectiuni.

2. Sectiuni eficace pentru particule cu stranietate

La energii de cativa GeV/nucleon este posibila producerea de particule cu stranietate, precum kaonii, hiperonii L W S s.a. Procesele elementare care pot sta la baza producerii acestor particule sunt de urmatoarele tipuri:

(a) producere asociata (NN NLK⁺, NN NWK⁺, NN DLK⁺, DD NSK⁺, DD DWK⁺);

(b) schimb de stranietate pL NK^-);

(c) producere de perechi (BB B´B´´K⁺K^-; B = barion);

(d) ciocniri pion-barion p n LK⁺).

Nucleul este considerat ca un sistem de 3A-corpuri, prin luarea in calcul a structurii de cuarci si gluoni a nucleonilor. Se are in vedere faptul ca exista dependente specifice de energia si impulsul care se transfera nucleului pentru evidentierea acestei structuri [1-8].

Luand in considerare faptul ca activitatea de laborator este legata, in prezent, de datele experimentale obtinute in cadrul colaborarii SKM 200 de la IUCN Dubna, trebuie mentionat aici faptul ca observarea acestor tipuri de particule este posibila la Spectrometrul SKM 200 folosit pentru obtinerea datelor experimentale [9-15]. Camera cu streamer a spectrometrului fiind un detector cu vizualizare trebuie mentionat ca observarea particulelor cu stranietate la astfel de detectori se face prin dezintegrarile in zbor ale acestora, in interiorul respectivului sistem de detectie, in particule cu sarcina. Cele mai importante canale de dezintegrare pentru particulele neutre cu stranietate observabile la Spectrometrul SKM 200 sunt urmatoarele: K^o p p L^o pp S^o L^og

Particulele cu stranietate pot fi create oriunde in interiorul regiunii participante, centrala, fierbinte si densa. De aceea, posibilitatile de observare pentru astfel de particule sunt determinate de probabilitatile lor de "evadare" (scapare) din regiunea participanta. O marime necesara pentru estimarea acestor probabilitati de "evadare" este drumul liber mediu. Pentru kaoni cu impulsuri in jur de 1 GeV/c sectiunea eficace de interactie kaon-nucleon este in jur de 16 mb, ceea ce conduce, pentru densitati de ordinul densitatii nucleare normale, la un drum liber mediu de circa 4 Fm. Aceasta valoare scade cu cresterea densitatii materiei nucleare. Valorile drumului liber mediu sugereaza ca este posibil ca unele particule cu stranietate sa 'scape' din regiunea participanta, fierbinte si densa, fara interactii suplimentare. Acesta probabilitate de scapare este mai mare pentru ciocniri simetrice sau cuasisimetrice intre nuclee cu numere de masa medii, deoarece raza regiunii participante este, conform rezultatelor obtinute prin interferometrie pionica, de ordinul razei nucleului incident, iar regiunile spectatoare sunt de dimensiuni mici, ceea ce nu creste probabilitatea de absorbtie a particulelor cu stranietate "scapate" in interiorul lor. La energii de cativa GeV/A, probabilitatea de interactie KL este, de asemenea, foarte mica.

Pentru ciocniri nucleu-nucleu la energii inalte se constata o scadere a energiei de prag pentru producerea de particule cu stranietate si o crestere a valorilor sectiunilor eficace de producere [1-5,16].

Pentru experimentele desfasurate la IUCN Dubna folosind Spectrometrul SKM 200 nu este posibila identificarea directa a particulelor cu sarcina [9-14]. De aceea, s-a propus o metoda de identificarea pentru particule cu sarcina stopate in camera cu streamer bazata pe invarianta la scala a particulelor care se misca cu aceeasi viteza printr-un mediu dat [12-15]. Folosind aceasta metoda, s-au obtinut urmatoarele valori ale sectiunilor eficace de producere a kaonilor pozitivi: pentru ciocniri O-Pb, s(K^*) = 1.31 ± 0.09 mb, iar pentru ciocniri C-Cu, s(K^*) = 1.01 ± 0.11 mb. Aceste rezultate sunt importante pentru sustinerea formarii de stari si fenomene anomale in materia nucleara fierbinte si densa. În determinarea sectiunii eficace a kaonilor s-a luat in considerare urmatoarea relatie de definitie [3]:

s(K) = 800[p_max/[GeV/c]]⁴ [mb] . (IV.35)

Rezultatele obtinute pe doua cai sunt intr-un acord satisfacator. Este de remarcat faptul ca aceste valori sunt sub cele prevazute de unele modele, cum ar fi cele de transport [17], hadrochimice [18] sau cele bazate pe prima 'generatie' de ciocniri nucleon-nucleon [1] (Fig.IV.7).

Fig.IV.7. Predictii teoretice pentru sectiunea eficace inclusiva de producere a kaonilor pozitivi in functie de de energia cinetica pe nucleon, pentru ciocniri simetrice

Fig.IV.8. Spectre de producere inclusiva de kaoni pozitivi in functie de

energia cinetica in sistemul centrului de masa, pentru diferite ciocniri.

Comparatii cu predictiile modelelor termice

Fig.IV.9. Spectre de producere inclusiva de kaoni negativi in functie de energia cinetica in sistemul centrului de masa. Comparatie cu predictiile modelelor termice

Acestor rezultate trebuie sa le fie adaugate rezultatele modelelor termice [19], modele care permit estimarea temperaturii regiunii participante fierbinti la emisia kaonilor (Fig.IV.8 si Fig.IV.9).

Doua observatii sunt importante pentru discutiile de pana acum din aceasta parte a cursului, anume:

(a) sectiunea eficace de producere pentru kaoni pozitivi este mult mai mare decat cea pentru kaoni negativi (1.31 ± 0.09 mb fata de 0.25 ± 0.12 mb pentru ciocniri O-Pb la 4.5 A GeV/c);

(b) temperatura sursei de particule este mai mica la emisia kaonilor negativi decat la emisia kaonilor pozitivi.

Aceste rezultate pot fi puse in legatura cu posibilitatea modificarii unor proprietati ale particulelor elementare in materia nucleara fierbinte si densa, cum ar fi masa de repaus, asa cum s-a discutat anterior in aceasta parte a cursului. Ele cresc posibilitatile de observare a starilor anomle si tranzitiilor de faza in materia nucleara.

Bibliografie la Capitolul al XXIII-lea

[1]. R.Stock - Phys.Rep.135(1985)259

[2]. P.Koch, B.Müller, J.Rafelski - Phys.Rep.142(1986)167

[3]. P.J.Mulders - Phys.Rep.185(1990)83

[4]. W.Cassing, V.Metag, U.Mosel, K.Niita - Phys.Rep.188(1990)363

[5]. ***** (Particle Data Group) - Phys.Rev.D45(1992)

[6]. D.Perkins - Introduction to High Energy Physics, Reading, MA, Addison-Wesley Press, 1987

[7]. I.J.R.Aitchison, A.J.G.Hey - Gauge Theories in Particle Physics, Adam Hilger and IOP Publishing Ltd, Bristol and Philadelphia, 1989

[8]. I.S.Hughes - Elementary particles - Cambridge University Press, Cambridge, New York, Port Chester, Melbourne, Sydney, 1991

[9].A.Kh.Abdurakhimov et al - Nucl.Phys.A362(1981)376

[10].M.Anikina et al - Phys.Rev.Lett.50(1983)1971

[11].M.Anikina et al - Phys.Rev.C33(1986)895

[12].Al.Jipa - Teza de doctorat, Universitatea Bucuresti, Facultatea de Fizica, 1989

[13].Al.Jipa - Turkish Journal of Physics 19(1995)846

[14].Al.Jipa, C.Besliu, Maria Iosif, R.Zaharia - Quark Matter´96, Heidelberg, Germany, 20-24.V.1996

[15].Al.Jipa, Coralia Labu, Cleopatra Simion - Rom.Rep.Phys.48(5,6)(1996)459

[16].C.B.Dover, P.Koch, M.May - Phys.Rev.C40(1989)115

[17].W.Greiner, P.Koch, J.Rafelski - Phys.Lett.B145(1984)142

[18].J.Julien et al - Phys.Lett.B264(1991)269

[19].G.E.Diebold et al - Phys.Rev.C48(1993)2984