高能质子—核反应中N（1535）激发和η介子产生

摘要

本文在相对论介子有效理论框架下，对高能质子与原子核作用(p+a→p′+A′+η)产生η介子的反应进行了理论分析，分别对同位旋不为零和同位旋为零的核靶，分析了在入射质子和靶核上激发N<'*>(1535)并衰变产生η介子的反应机制。由于强相互作用过程中系统的同位旋守恒性要求，质子与同位旋不为零的核作用时，核子与核子间通过交换π，p，σ介子来实现，而对于同位旋为零的核靶，只能通过交换σ介子来实现。以入射动能为2.5GeV的质子在靶核<'18>O、<'4>He和<'12>C上的反应为例，数值计算了反应的Dalitz图，末态ηN的不变质量分布以及反应的总截面，讨论了各交换介子对散射截面贡献的大小。为了给实验观测η介子提供数据参考，本文还计算了末态η介子的能量分布，角分布和双微分截面。最后讨论了核媒质对核内N<'*>(1535)激发的效应。 计算结果表明：在ηN不变质量为1.5GeV附近有明显的共振峰出现，反应了N<'*>(1535)激发的信息。由于同位旋不同的核作靶时交换的介子不同，从而导致同位旋不为零的靶核比同位旋为零的靶核所得的总截面要大得多，并且在该反应机制下对总截面的贡献主要来自入射质子被激发为N<'*>(1535)的情况，而靶核激发N<'*>(1535)对截面的贡献却很小。对于质子与同位旋不为零的核靶作用时，交换p介子对总截面的贡献比交换σ和π介子的贡献大，表明在该反应机制下，p介子交换是主要的。 关于η介子和核子及核子激发态相互作用的很多信息至今还没有实验数据，由于运动学原因，P+A→p′+A′+η反应的阈能比p+p→p+p+η(阈能为1.25GeV)低，而我国兰州CSR产生的质子动能可以达到2.8GeV，在该反应机制下，η介子产生的总截面达到μb量级。因此在兰州CSR上开展η介子产生和N<'*>(1535)共振激发态实验研究是可行的。本文的理论分析和计算结果为在CSR上进行相应的实验研究提供了可行的理论依据，为实验中探测器的设计提供了数据参考。

目录

文摘

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第一章引言

1.1强子及强子共振态的研究和意义

1.2N*(1535)和η介子研究现状及意义

1.3重子共振态研究的各种途径

1.4兰州CSR上产生N*共振态的可行性分析

第二章理论基础：NN相互作用的介子交换模型

2.1单π交换模型

2.2单玻色子交换模型(OBEP)

2.3传播子及形状因子

2.3.1传播子

2.3.2形状因子

第三章反应机制及计算公式

3.1 NN相互作用激发N*(1535)的机制

3.2截面计算公式

3.2.1微分散射截面

3.2.2双微分截面、能量分布、角分布

3.2.3交换σ、π、ρ介子的T矩阵

第四章计算结果与分析

4.1靶核同位旋T≠0的计算结果

4.1.1靶核为18O时的计算结果

4.2靶核同位旋T=0的计算结果

4.2.1靶核为4He时的计算结果

4.2.2靶核为12C时的计算结果

4.3核物质中的N*(1535)

第五章总结与展望

附录A Kinematics

附录B常用计算公式

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间的研究成果