高能质子-核反应中N*(1440)重子激发的研究

高能质子-核反应中N*(1440)重子激发的研究
  
摘要:　基于相对论的理论框架,对高能质子与自旋为0、同位旋为0的原子核上的（p+A(S=0,T=0)→p′+ A′+π）反应进行了理论分析。讨论了在入射质子上的N*(1440)激发机制的特点。以 靶核为例,计算了入射能量为2.5GeV,通过N*(1440)激发及衰变产生单π的反应过程,并讨论了核扭曲效应对反应的影响和在我国兰州重离子冷却储存环上开展实验研究的意义和可能性。

关键词　p+A →p′+π+ A′反应；　N*(1440) 激发；　散射截面

N*(1440) Excitation in Proton Nucleus Reactions at High Energies

Duan Dandan
School of Physical Science and Technology, Southwest China University, Chongqing ,400715 ,China

Abstract 　 p + A →p′+π+ A′reactions on spin-0 and isospin-0 targets at high energies in the frame work of relativistic theory are discussed. The characters of mechanism of the N*(1440) excitation in the projectile are analyzed. Numerical results are shown for the reaction on   with the 2.5GeV proton beam by using this mechanism. The effect of the nuclear distortion of the incoming and outgoing waves on the reaction is discussed. The feasibility and the significance of an experimental study of this reaction at CSR in Lanzhou is discussed.
Key words 　p+A→p′+π+A′reaction , N*(1440) excitation ,cross section

1 引言

重子结构的研究1直是强子物理、物质微观结构研究的1个重要领域,探索重子内部结构和相互作用需要通过研究重子谱。人们首先关注的问题是核子以及核子激发态的性质[1] ,因为,它直接关系到对非微扰区域QCD结构的认识。进行了多年的理论和实验探索之后，对核子及其激发态的结构和性质已经有了1些认识,例如，对于它的基态,即质子和中子的性质,已经有了较清楚的认识。 然而,对于核子的激发态仍然还存在许多有争议的问题.首先,实验观测到的核子激发态的数目远远少于从夸克模型预言的数目[2] 。其次,对于某些实验观测到的核子激发态,实验上关于它的性质,如质量、宽度、衰变分支比等,仍有很大的不确定性[3] 。 此外,即使对于某些实验上已经很好地确认的态,不同的模型理论对于它的结构和性质的预言与实验仍有矛盾。1个典型的例子是Roper共振态N*(1440)。实验上发现,它的自旋和宇称量子数为 = ,它应是核子的最低的正宇称激发态.在它的上面有两组负宇称的激发态。而负宇称的激发态对应于夸克从s态到p态的跃迁。由于N*(1440)的宇称是正,按照夸克模型,如果它是由3个夸克组成的态,它只能是核子中夸克的2S径向激发态。然而,这时,它的质量应该大于夸克的1P 激发。这与实验上确定的它是最低的核子激发态的结论相矛盾。长期以来这个未决的问题1直引起人们极大的兴趣,所以,有人曾建议它很可能是1个由3个夸克和胶子组成的混杂态。 （科教作文网http://zw.nseAc.com）
对核子及其激发态的结构和性质研究，困难1部分来自实验数据的缺乏.实验上,关于核子激发态的信息主要来源于πN 散射和电荷交换反应以及π介子的电生和光生反应。在这些过程中,末态的π介子和核子的总同位旋可以是1/2,也可以是3/2。因此,在数据分析时需要对同位旋1/2和3/2的分量进行分解。在目前有限的实验数据的情况下,这样的分解就带来1定的误差。为此,需要有大量的高质量的数据。目前,国际上有许多人力和物力投入了这1方面的研究[4] ,以提高观测精度。
核子-核子碰撞也可以生成N*.同样,在核子-核子碰撞中Δ也可以被激发。 所以,在核子-核子碰撞中研究核子激发态的结构和性质与用π介子面临同样的问题。但是,如果选用原子核做靶,情况会有变化。选择适当的强作用炮弹和靶核的组合以及适当的观测量,有可能有效的压低Δ的激发的贡献。
P( , ′)X反应用于研究N*激发态。由于 粒子的同位旋为0 ,末态 ′的同位旋只能为1/2。 Oset 等[8]在非相对论的近似下,对于