Исследование сверхузких дибарионных состояний при взаимодействии нуклонов промежуточных энергий с малонуклонными системами

ИЯИ РАН - Исследование сверхузких дибарионных состояний при взаимодействии нуклонов промежуточных энергий с малонуклонными системами.

На протяжении нескольких лет на Московской мезонной фабрике ИЯИ РАН проводится поиск сверхузких дибарионов - шестикварковых систем с массой меньше 2М_N+mp, распад которых на два нуклона запрещен принципом Паули. Сверхузкие дибарионы могут рождаться при взаимодействии нуклонов промежуточной энергии с малонуклонными системами и должны распадаться по электромагнитному каналу. Причем тяжелые частицы от распада сверхузкого дибариона вылетают в узком угловом конусе. На этой особенности сверхузких дибарионов основан метод их экспериментального исследования с помощью двухплечевого многодетекторного сцинтилляционного спектрометра TAMS, заключающийся в измерении спектра недостающих масс при регистрации рассеянного нуклона в совпадении с тяжелыми частицами от распада дибариона. Этот метод позволяет специальным выбором кинематических условий на несколько порядков подавить нерезонансный фон и зарегистрировать рождение сверхузких дибарионов на уровне ~100 нб/(ср·МэВ) и по угловому распределению тяжелых частиц от распада дибарионов определить их квантовые числа.

С помощью спектрометра TAMS проведен поиск сверхузких дибарионов в рd->p₁X реакции в интервале масс (1876-1945) МэВ/с² при энергии протонного пучка линейного ускорителя 305 МэВ. В результате эксперимента были обнаружены в спектре недостающих масс М_x с большой достоверностью (SD=6-7) три узких пика при 1904, 1926 и 1942 МэВ/с₂ с ширинами, равными экспериментальному разрешению. Анализ экспериментальных спектров распада Х показывает, что основной вклад в обнаруженные резонансы дают процессы с каналом распада X ->γ pn. Это, а также измеренные угловые распределения протонов от распада резонансов, свидетельствуют, что с наибольшей вероятностью они могут быть интерпретированы как изовекторные дибарионные состояния со спином 1.

В дальнейшем на установке TAMS предполагается продолжить экспериментальное исследование сверхузких дибарионных состояний при взаимодействии нуклонов промежуточной энергии с малонуклонными системами с целью получения новой информации об их параметрах: массах, ширинах, квантовых числах и модах распада. Для этого предполагается исследовать, с использованием протонного и нейтронного пучков, реакции перезарядки pd -> nX и nd -> рХ, в которых могут возбуждаться только изовекторные дибарионные состояния. Использование мишеней из Т и ³Hе увеличивает вероятность образования сверхузких дибарионов в реакциях рТ -> dX, р³Не -> dX, nT -> dX, n³He -> dX.

С помощью установки TAMS возможно также исследование спин-изоспиновых возбуждений в реакциях перезарядки рТ -> n³Не* и n³Не -> рТ*, р³Не -> nX⁺, nТ->pX^- с целью поиска высоизоспиновых возбужденных состояний в малонуклонных системах. Поиск высокоизоспиновых возбужденных состояний возможен также в реакциях pd -> πT*, nd -> π^-3Не *, pd -> π^-X⁺, nd -> π⁺X^- с помощью созданного и испытанного на пучке протонов спектрометра заряженных пионов.

Также разрабатывается эксперимент по поиску сверхузких дибарионов в реакции pd -> p₁pnγ с использованием петаваттной лазерной установки для ускорения протонов (ELI-NP facility). В эксперименте предполагается получить вторичный пучок протонов со средней интенсивностью ~ 2,6 10¹⁴ см^-2 с^-1 при взаимодействии лазерно-плазменного излучения с мишенью. Планируется регистрировать рассеяный протон также как и протон и нейтрон из распада дибариона в совпадении. Для регистрации протонов предлагается использовать два магнитных спектрометра, оснащенные многопроволочными камерами. Для измерения энергии нейтрона предлагается использовать систему новейших детекторов, основанных на слоях из ¹⁰B и проволочных камер. Мы планируем исследовать недостающую массу с разрешением менее 1 МэВ без регистрации фотона.