Бозе-Эйнштейновские корреляции фотонов в столкновениях 208Pb+208Pb при энергии 158 АГэВ

1.1 Амплитудная и интенсивностная интерферометрия

Существуют два способа измерений размеров некогерентного источника излучения с использованием интерферометрии: амплитудная интерферометрия и интенсивностная интерферометрия. Амплитудная интерферометрия широко известна и применяется для измерения угловых размеров удаленных объектов. Это явление легло в основу интерферометра Майкельсона, созданного в конце 19 века. В нем сравниваются амплитуды волн, пришедших на два удаленных друг от друга детектора — см рис. 1 (слева). Однако позже, когда речь зашла об использовании элементарных частицах для выяснения размера их источника, оказалось, что сравнивать амплитуды волн частиц практически невозможно. В связи с этим был разработан другой подход к измерению угловых размеров удаленных источников — интенсивностная интерферометрия, в которой сравниваются не амплитуды двух волн, а корреляции интенсивности — см. рис. 1 (справа).

Рис. 1: Амлитудная (слева) и интенсивностная (справа) интерферометрии.

В отличие от амплитудной интерферометрии, интенсивностная осноS вана на использовании не столько волновой природы частиц, сколько их тождественности. Волновые функции двух тождественных частиц должны быть симметризованы (или антисимметризованы — в зависимости от спина частиц). Это требование приводит к тому, что вероятность найти два бозона с почти совпадающими импульсами больше, чем если бы это были не тождественные частицы. Чем точнее совпадают импульсы частиц, тем больше отличие вероятности их найти по сравнению с нетождественными частицами. Масштаб относительных импульсов, на котором возникает отличие тождественных частиц от нетождественных, определяется геометрическими размерами источника. Мы проиллюстрируем это на простом примере. Рассмотрим волновую функцию двух тождественных частиц, излученных в точках и Х2 с импульсами к и и фазами ф и

Вероятность одновременной регистрации двух частиц с импульсами к и к2 будет ф2 = 1 + cos (h — к2)(х 1 — х2). (2)

Второе слагаемое определяет отличие тождественных частиц от нетождественных и несет в себе информацию о размере источника: (xi — #2).

Этот эффект можно также рассмотривать с другой точки зрения, перейдя на язык статистической физики. Бозе-Эйнштейновские корреляцииэто явление, связанное с заполнением фазового пространства: симметризация многочастичной волновой функции влияет на измеренные п-частичные спектры и приводит к увеличению числа пар частиц, излученных близко друг к другу в фазовом пространстве, по сравнению с произведением независимых одночастичных распределений. Размеры ячеек фазового пространства определяются геометрическими размерами источника частиц с рассматриваемым импульсом. Чем больше размер источника, тем меньше размер ячейки фазового пространства. Таким образом, подбирая относительный импульс пары частиц и наблюдая за возникновением Бозе-Эйнштейновских корреляций, можно измерить пространственную протяженность элементарных ячеек в фазовом пространстве и, следовательно, размер источника.

Основные результаты диссертационной работы таковы.

• Разработан метод выделения двухфотонных Бозе-Эйнштейновских корреляций в столкновениях ультрарелятивистских тяжелых ионов в условиях высокой множественности.

• Этот метод применен к 7 Г + РЬ и р + РЬ столкновениям при энергии 160 ГэВ и РЬ + РЬ столкновениям при энергии 158 АГэВ, изучавшихся в эксперимнте WA98. Оказалось, что набранная статистика позволяет обнаружить двухфотонные корреляции лишь в 10% центральных столкновений Pb+Pb при 158 АГэВ.

• Показано, что двухфотонные корреляции, обнаруженные при малых относительных импульсах (Qinv < 100 МэВ), могут быть интерпретированы только как корреляции прямых фотонов.

• В 10% центральных столкновений Pb+Pb при 158 АГэВ для двух диапазонов среднего поперечного импульса пары, 100 < Kt < 200 и 200 < Kt < 300 МэВ, измерен инвариантный корреляционный радиус двухфотонных Бозе-Эйнштейновских корреляций.

• В 10% центральных столкновений Pb+Pb при 158 АГэВ для двух диапазонов среднего поперечного импульса пары, 100 < Kt < 200 и 200 < Kt < 300 МэВ, измерена сила двухфотонных корреляций и получен выход прямых фотонов в диапазоне поперечных импульсов 100 < Pt < 300 МэВ.

• Полученый корреляционный радиус оказался заметно больше предсказанного, также как и выход прямых фотонов оказался больше предсказанного. Все это вместе позволяет говорить о том, что теоретические предсказания недооценивают время жизни и/или скорость излучения термальных фотонов из адронного газа.

В заключении автор хотела бы выразить благодарность Владиславу Ивановичу Манько за научное руководство и помощь на протяжении всей работы, Дмитрию Юрьевичу Пересунько, Terry Awes и Tomas Peitsmann за многочисленные плодотворные и детальные обсуждения, а также всей коллаборации WA98, без которой данная работа была бы невозможна.

7 Заключение