在相对论介子与核相互作用理论框架下, 对α(p,p')ηα反应进行了理论分析, 讨论了在入射质子和靶核上的N*(1535)激发机制的特点. 以4He靶核为例, 在入射质子动能Tp=2.8GeV的情况下, 计算了反应截面, 末态ηN不变质量谱和出射η介子的角分布, 讨论了在兰州重离子冷却储存环(CSR)

第30卷增刊Ⅱ2006年12月

高能物理与核物理

HIGH

ENERGY

PHYSICS

AND

NUCLEAR

PHYSICS

Vol.30,Supp.Ⅱ

Dec.,2006

在α(p,p )ηα反应中的N (1535)激发及η介子产生*

杨友昌

1,4

陈洪

1,3;1)

姜焕清

重庆北京

1,2,3

1(西南大学物理科学与技术学院2(中国科学院高能物理研究所

4(遵义师范学院物理系

400715)100049))兰州

730000)

3(兰州重离子加速器国家实验室原子核理论中心

遵义

563002))

摘要在相对论介子与核相互作用理论框架下,对α(p,p )ηα反应进行了理论分析,讨论了在入射质子和靶核上的N (1535)激发机制的特点.以4He靶核为例,在入射质子动能Tp=2.8GeV的情况下,计算了反应截面,末态ηN不变质量谱和出射η介子的角分布,讨论了在兰州重离子冷却储存环(CSR)上开展实验研究的意义和可能性.关键词N (1535)激发

高能质子–核反应散射截面

重子激发态是强子物理研究的一个非常重要的领域之一.由于实验数据的缺乏和不确定性及实验观测与理论预言之间的矛盾,对重子激发态的性质仍然存在许多有争议的问题.目前,国际上投入了许多人力和物力进行这方面的研究

[1—4]

用,使靶核中一个核子激发为N (1535),然后这个N 衰变出一个η介子后和其余核子构成剩余核.

.兰州CSR升级改造

即将完成,它可以把质子动能加速到2.8GeV,这为研究能量在2.8GeV以下的重子激发态提供了又一个实验装置.由于N (1535)的质量(1520—1555MeV)和衰变宽度(100—200MeV)的实验确定很不精确,因此,很有必要对N (1535)的性质进行更进一步的实验研究.因为η介子的同位旋为0,根据强相互作用过程中同位旋守恒,它与核子的耦合只能形成N ,所以η介子只能通过核子激发态的形成和衰变产生.由粒子数据表可知,在能量不太高的情况下N (1535)衰变成ηN的分支比很大(30%—55%),而其他各重子共振态衰变到这ηN分支比均小于2%,所以可以假定η介子的产生主要是通过N (1535)的产生及衰变实现的.

本文考虑质入射动能在兰州CSR能量范围内的质子与原子核发生相互作用并激发N (1535),然后衰变产生η介子的反应p+4He→p +4He +η,这个反应过程可以用费曼图表示.图1(a)表示入射质子和靶核发生相互作用,在质子入射端激发N (1535),然后衰变产生η介子和质子,图1(b)是入射质子和靶核作

*国家自然科学基金(10575083,10435080)资助1)E-mail:chenh@

[5]

[5]

图1

p+4He→p +4He +η反应的费曼图

根据强相互作用中同位旋守恒要求,在质子–质子碰撞过程中交换的介子可以是σ,π,ρ介子.对于所研究的特定反应p+4He→p +4He +η,因为质子的同位旋为1/2,4He核和η介子的同位旋为0,所以在这个反应过程中只能交换σ介子.该反应过程中的有效拉氏密度取为,

L =igηNN NψN φη+h.c., ηNN

LσNN =igσNN N γ5φσψN+h.c.,

LσNN=igσNNNψNφσ+h.c.

[6]

(1)

其中gσNN,gσNN ,gηNN 表示各顶角耦合常数,ψN,ψN ,φη是核子,核子激发态和η介子场.在计算过程

2

中取gηNN =2.06,gσNN =0.5,gσNN/4π=8.03.

[7]

[6]

241—243