Сотрудничество ФИАН - Майнц

Состав коллаборации от ФИАН:
д.ф.-м.н., гнс Л.В. Фильков, к.ф.-м.н. внс В.Л.Кашеваров, нс С.Н. Черепня, вед. инж. В.М. Алексеев
Руководитель работ: д.ф.-м.н., проф. Л.В. Фильков

Основные направления исследований

1. Измерение поляризуемостей π⁺-мезона

      В рамках сотрудничества ФИАН – Институт ядерной физики университета г. Майнц (Германия) проведен эксперимент по исследованию радиационного фоторождения π⁺-мезона на протоне (γ p → γ π⁺ n) с целью определения поляризуемостей заряженного пиона.
      Эксперимент был проведен на микротроне MAMI-B, используя Глазго-Майнц установку меченых фотонов. Пучок монохроматических фотонов с интенсивностью ~0.6х10⁶ γ/сек покрывал область энергий от 537 до 817 МэВ. Среднее разрешение по энергии было 2 МэВ. Конечный фотон, π⁺-мезон и нейтрон регистрировались на совпадение установкой, изображенной на рис. 1.

                                    Рис. 1

      Фотоны детектировались спектрометром TAPS, состоящим из 528 кристаллов BaF₂, собранных в специальную конфигурацию из трех блоков. Нейтроны детектировались широкоапертурным время-пролетным спектрометром TOF. Для регистрации π⁺-мезона были сконструированы две двух-координантные многопроволочные камеры (MWPC) и сцинтилляционный форвард детектор (FSD), которые обеспечивали быстрый триггер-сигнал.
      Значения разности (α-β)_π+ электрической и магнитной дипольных поляризуемостей π⁺-мезона были определены из сравнения экспериментальных данных с предсказаниями двух различных теоретических моделей. В первой из этих моделей учитывался только вклад всех нуклонных и пионных полюсных диаграмм. Во второй модели дополнительно учитывались вклады резонансов: Δ(1232), P₁₁(1440), D₁₃(1520), S₁₁(1535) и σ-мезона.
      Для уменьшения модельной зависимости рассматривались только кинематические области, где разность между предсказаниями моделей 1 и 2 не превышает 3%, когда разность (α-β)_π+ полагается равной 0. Сначала рассматривалась кинематическая область, где вклад поляризуемостей пиона пренебрежимо мал, т.е. область 1.5μ² ≤ s₁ < 5μ² (где s₁ – квадрат полной энергии в с.ц.м. процесса γ π⁺ → γ π⁺, μ - масса π⁺-мезона). На рис. 2 экспериментальные данные для поперечного сечения, усредненные по полному интервалу энергий налетающего фотона и по s₁ в указанном выше интервале, сравниваются с предсказаниями модели-1 (штриховая кривая) и модели-2 (сплошная кривая). Пунктирная кривая представляет фит экспериментальных данных в области -10μ² < t < -2μ² (где t – квадрат передаваемого импульса в процессе γp → γπ⁺n). Как видно из этого рисунка, теоретические кривые очень близки к экспериментальным данным. Небольшая разница между теоретическими кривыми и экспериментальными данными были использованы для нормировки экспериментальных данных.

                                    Рис. 2                                                 Рис. 3

      Затем исследовалась кинематическая область, где вклад поляризуемости наибольший. Это область: 5μ² < s₁ < 15μ², -12μ² < t < -2μ². На рис. 3 приведено поперечное сечение исследуемого процесса, проинтегрированное по s₁ и t в области, где вклад поляризуемостей наибольший, а разность между предсказаниями моделей 1 и 2 не превышает 3%. Штриховая и штрихпунктирная кривые представляют предсказания модели-1, а сплошная и пунктирная кривые – модели-2 для (α-β)_π+ =0 и 14х10⁻⁴ fm³. Из анализа этих данных было получено следующее наиболее точное значение для разности дипольных поляризуемостей заряженных пионов:

                        (α-β)_π+ = 11.6 ± 1.5_stat ± 3.0_syst ± 0.5_mod  .
Полученные результаты опубликованы в Eur. Phys. J. A 23, 113 (2005).

      Найденные значения для разности поляризуемостей заряженных пионов согласуются с результатами ранних работ, полученных из рассеяния высоко энергичных π⁻-мезонов в кулоновском поле тяжелых ядер (Серпухов – ИФВЭ, 1983) и из радиационного фоторождения π⁺-мезонов на протоне (ФИАН, 1984), а также с недавним результатом анализа экспериментальных данных процесса γγ → π⁺π⁻ в области энергий от порога до 2500 МэВ (L.V. Fil’kov, V.L. Kashevarov, Phys. Rev. C 73, 035210 (2006)). Все эти значения хорошо согласуются с предсказаниями дисперсионных правил сумм (L.V. Fil’kov, V.L. Kashevarov, Phys. Rev. C 72, 035211 (2005)), однако они существенно отличаются от результатов вычислений в рамках киральной теории возмущений (J. Gasser et al., Nucl. Phys. B 745, 84 (2006)), которая претендует на роль теории сильных взаимодействий при малых энергиях.