ТЕМА № 1.3.3.1.2. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЛЕГКИХ АДРОНОВ И ЯДЕР

Объектом исследований являются взаимодействия легких адронов и ядер. В ходе исследований измеряются сечения и изучается динамика рождения легких адронов в процессах электронной аннигиляции, также изучается реакция фотодезинтеграции дейтрона. Цель работы – проведение фундаментальных и ориентированных научных исследований с целью получения новых научных знаний, развития методов научных исследований, создания научного и научно-технического задела для развития наукоёмких технологий Свойства адронов изучались в экспериментах с детекторами СНД и КМД-3 на электрон-позитронном коллайдере ВЭПП-2000 (ИЯФ СО РАН, Новосибирск) и в международных экспериментах BABAR (SLAC, США) и BESIII (Пекин, Китай). На коллайдере ВЭПП-2000 продолжался набор данных в области рождения возбужденных векторных резонансов 1.05–1.87 ГэВ. На электронном накопителе ВЭПП-3 с установкой ДЕЙТРОН проводился сеанс набора данных для изучения взаимодействия квазиреальных фотонов с поляризованным дейтроном. В последнее время сильно возрос интерес к изучению физики легких адронов в электрон-позитронной аннигиляции. Это связано с прецизионными экспериментами по поиску явлений, не описываемых Стандартной моделью. Теоретические предсказания для таких экспериментов особенно в области сильных взаимодействий, в значительной степени основываются на экспериментальных данных. При низких энергиях точные теоретические расчеты из первых принципов, в рамках квантовой хромодинамики, не могут быть сделаны в настоящее время с необходимой точностью. Ярким примером является измерение полного сечения электрон-позитронной аннигиляции в адроны, которое необходимо для прецизионного расчета бегущей константы электромагнитного взаимодействияα_em и аномального магнитного момента мюона a_μ. Величина a_μ была измерена в эксперименте Muon g-2 (Фермилаб) в 2023 г. с относительной точностью 2×〖10〗^(-7). Точность, ожидаемая после анализа всего объема набранных данных, составляет 1.4×〖10〗^(-7). Для того чтобы достичь той же точности в расчете a_μ требуется измерить сечения процессов e^+ e^-→π^+ π^-, e^+ e^-→π^+ π^- π^0 и e^+ e^-→K^+ K^- с систематическими погрешностями, не превышающими 0.2%, 0.8% и 1% соответственно. Лучшие измерения наиболее важного процесса e^+ e^-→π^+ π^- при энергии ниже 1 ГэВ, имеющие заявленную статистическую неопределенность в пределах от 0.5 до 1%, выполнены либо прямым сканированием исследуемого энергетического диапазона (эксперименты КМД-2, КМД-3, СНД на коллайдерах ВЭПП-2М и ВЭПП-2000 в Новосибирске), либо методом радиационного возврата (эксперименты BABAR, KLOE, BESIII). Разброс данных по сечению, полученных в разных экспериментах, достигает 3-6% и существенно превышает заявленные систематические неопределенности. Более того недавнее измерение КМД-3, выполненное в рамках этого проекта и опубликованное в 2024 г., дает значение дисперсионного интеграла от сечения e^+ e^-→π^+ π^-, определяющего точность предсказания a_μ, на 4% больше, чем среднее значение всех предыдущих экспериментов. В ближайшее время новые измерения сечения e^+ e^-→π^+ π^-, основанные на уже накопленной статистике, ожидаются в экспериментах СНД, BABAR и KLOE. В будущем – в экспериментах BESIII, Belle-II и в экспериментах СНД и КМД-3 по данным 2024-2025 гг. Можно надеяться, что новые измерения разрешат проблему, возникшую после появления результата КМД-3 (2024). В ИЯФ СО РАН прецизионные измерения адронных сечений при энергии в системе центра масс ниже 2 ГэВ проводятся в экспериментах на e^+ e^- коллайдере ВЭПП-2000 на установках СНД и КМД-3. В настоящее время в этих экспериментах накоплены данные с интегральной светимостью около 1 фб-1/детектор, которые позволяют проводить измерение сечений с наилучшей в мире статистической точностью. Важными задачами экспериментов на ВЭПП-2000, требующими большой статистики, являются тщательное изучение динамики рождения адронов вe^+ e^-аннигиляции и свойств возбужденных векторных резонансов, находящихся в области энергий 1–2 ГэВ, в частности, измерение их радиационных распадов, наиболее чувствительных к кварковой структуре изучаемых векторных состояний. В 2022–2023 годах проведено новое сканирование области энергии в системе центра масс от 1.1 ГэВ до порога рождения нуклон-антинуклонных пар. В настоящее время ведется анализ этих данных. В области энергии ВЭПП-2000 находятся пороги рождения нуклон-антинуклонных пар. Поскольку на пороге пары нуклонов рождаются в S-волне, реакции e^+ e^-→ нуклон антинуклон чувствительны к взаимодействию в конечном состоянии и являются прекрасным инструментом для изучения нуклон-антинуклонных взаимодействий. В экспериментах КМД-3 и СНД уже сделаны первые измерения рождения протон-антипротонных и нейтрон-антинейтронных пар вблизи порога. Обнаружено необычное поведение сечений этих процессов: они имеют вид ступеньки. Такое поведение может объясняться сильным взаимодействием нуклона и антинуклона в конечном состоянии. Необычные структуры (провалы) вблизи порога рождения нуклонов были обнаружены также в некоторых адронных сечениях. В 2020–2022 годах был проведен сеанс набора данных от порога рождения нуклон-антинуклонных пар до 2 ГэВ. Измерения адронных сечений проводятся сотрудниками ИЯФ также в рамках международных коллабораций BABAR (США), BES-III (Китай) как с использованием методики радиационного возврата, так и прямым сканированием. Еще одну часть предлагаемого проекта представляет эксперимент по изучению свойств дейтрона. Процессы фотодезинтеграции дейтрона являются наиболее надежным тестом для проверки моделей нуклон-нуклонного взаимодействия, а также субъядерных степеней свободы в электромагнитных процессах. Эффективным инструментом исследования в области фотоядерных реакций являются поляризационные наблюдаемые, обладающие высокой чувствительностью к малым вкладам в амплитуду реакции. В ИЯФ СО РАН измерения тензорных анализирующих способностей реакции фотодезинтеграции дейтрона проводятся на электронном накопителе ВЭПП-3 с использованием метода сверхтонкой внутренней мишени и системы мечения квазиреальных фотонов. В отчете представлены результаты исследовательских работ 2024 года, выполненные на перечисленных выше установках. Результаты опубликованы в 16 научных статьях. Можно сделать вывод, что государственное задание 2024 года по теме «ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЛЕГКИХ АДРОНОВ И ЯДЕР» выполнено.