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多重产生

发布时间:2020-01-15 21:15    点击次数:138次   

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  又称多粒子产生,在高能强子碰撞中产生多个末态粒子的现象。多重产生属于非弹性碰撞过程。只有当碰撞粒子在质心系的动能高于次级粒子的产生阈能时,才会发生多重产生现象。产生的次级粒子多数是 π介子;当碰撞能量较高时,也可以产生一部分K介子和少量重子。

  多重产生现象是20世纪40年代末首先在宇宙线核作用实验中观察到的。开始时有人认为,多个次级粒子可能来源于入射强子在靶原子核中的多次作用,因而有多次产生之说。接着,使用氢靶的核作用实验也观察到了多强子末态,证明这些粒子确实产生于同一次作用。早期研究多重产生现象,曾集中注意于末态粒子的种

  类和性质,发现了一系列奇异粒子。迄今,在多重产生现象的研究中,除了继续研究新粒子外,还对反应截面、次级粒子的数目、角度、能量和横动量的分布,以及它们随入射粒子能量变化的情况,进行了测量和理论分析,目的在于探究强子相互作用的机制。

  在一次非弹性碰撞过程中产生的次级粒子总数。实验上有时只观测带电次级粒子,它们的个数称作带电多重数。实验表明,次级粒子多重数的平均值(叫平均多重数)取一固定值。随着碰撞能量的增加,平均多重数也缓慢增加,直至加速器达到的最高能量(在质子-反质子质心系的总能量为540GeV),平均多重数对质心系能量二次方

  、с 是常量。在一次具体碰撞中,真实多重数围绕着平均多重数在较宽的范围内分布。实验表明,这一分布的形式,不随碰撞能量的改变而变化,叫作KNO标度无关性。但是,在为540GeV的质子-反质子碰撞实验中,发现了多重数分布对KNO标度无关性的偏离。

  在多重产生过程中,入射粒子传递一部分能量给次级粒子,自身仍保持较大份额的初能。末态粒子中的这个能量高的粒子,叫作先导粒子。入射粒子损失的能量(即用于产生次级粒子的能量)在初能中所占的百分比,称作非弹性系数。在每次具体碰撞中,非弹性度取不同的值,平均值约为二分之一。

  简称横动量,是次级粒子的动量矢量在垂直于入射粒子运动方向的分量。横动量在碰撞强子的质心系和相对于靶粒子静止的实验室系取相同数值,按照测不准关系,动量反比于碰撞距离,因而横动量的大小反映强子碰撞的程度。50年代,在宇宙线多重产生现象的研究中,发现次级粒子的平均横动量取常数值,约为

  ,不依初能大小而改变。10~10GeV级的加速器实验也得出了相同的结论。到60年代,在太电子伏(TeV即10eV)以上能区的宇宙线实验中观察到了横动量甚大的事例,称作大横动量现象。大横动量现象被认为联系于深层粒子的作用,因而引起普遍的兴趣。70年代初,太电子伏区的 ISR加速器实验也观察到这一现象。最近在10TeV区的SPS加速器实验中观察到比ISR大得多的大横动量产额。此外,拍电子伏(PeV即10eV)以上的宇宙线实验还多次报道了发现更大横动量的现象。

  对多重产生现象的理论分析,早期主要是一些现象性模型。例如费密模型,将作用体积看作一个高温黑体,多重产生的介子像黑体辐射;海森伯模型,假定作用体积形成一个波包,用波包膨胀的力学类比来描写多粒子产生过程;朗道模型,引入流体力学考虑;火球模型(包括双火球和多火球模型),假定碰撞粒子受到激发形成高温火球,次级粒子产生于火球的衰变。60年代以后发展了多重周缘碰撞理论,R.哈格多恩的统计热力学模型,R.P.费因曼的标度无关性模型和杨振宁等的极限碎裂模型。随着强子结构研究的进展,从组成强子的下一层次粒子之间的相互作用来说明多重产生现象,出现了部分子模型、夸克-部分子模型和组分交换模型等。量子色动力学强子组成粒子的相互作用来描写有强子参与的所有物理过程,被认为是正确描写这些过程的有希望的理论。但应用于强子碰撞的多重产生现象,只有大横动量的过程可以用微扰论求解。小横动量过程,由于数学上的困难,暂时还得不到量子色动力学解。

  赵树松,任永毅,冯育新.原子核强相互作用外场中的强子多重产生[J].云南大学学报(自然科学版),1992(03):282-291.


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