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原子核结构和重子-重子相互作用一直是核物理学家最关心的基本问题,它们是研究物质结构乃至宇宙天体起源的基础,也涉及到人们最关心的强相互作用理论。奇异自由度的引入在该领域的研究中打开了一个新的窗口,使强相互作用的研究步入了一个新的阶段。在实验上,超核主要是通过(K-,π-)和(π+,K+)反应产生的。随着高亮度质子加速器的出现,通过协同产生反应A(p,K+)ΛB和A(p,pK+)ΛB产生超核并进行超核物理研究已成为可能。目前,我国兰州的CSR已建成,并即将开始运行。CSR的质子束流能量可以达到2.8 GeV,直接使用质子束流开展超核物理研究将有可能。研究在CSR上进行超核物理研究的可能性,并给出理论预言是当前一项紧迫和有意义的工作。本论文在共振态模型下,计算了基本过程pp→pK+Λ的振幅,并进一步在PWIA和DWIA的框架下,集中地讨论了可在CSR上进行的产生超核的两类单步反应,A(p,K+)ΛB和A(p,pK+)ΛB反应,预言了这两类反应中的各类产生截面,讨论了超核的测量方法和应测量的物理量。得到的主要结果如下:
(1)在DWIA的计算中,基本过程是利用共振态模型计算的,Λ超核中Λ超子的波函数是通过求解唯象势的薛定谔方程得到。核过程的振幅中考虑了核的扭曲效应,它是采用的程函近似方法处理的。核扭曲的效应压低了产生截面,其幅度一般为3-10倍。结果发现,对于A(p,K+)ΛB类型反应,反应截面约在nb数量级;对于A(p,pK+)ΛB类型的反应,反应截面在μb的数量级。在CSR上开展这类实验研究是可能的。
(2)A(p,K+)ΛB类型反应是大动量转移的反应,最小动量转移约为1GeV/c,产生的超核中的超子易处于较高轨道态,即高自旋态的超核。这类反应微分截面的特点是:动量转移大,反应截面较小;Λ处于高轨道(如处于pΛ-壳层)态的超核的产生截面大于处于低轨道(如处于sΛ-壳层)态的超核的产生截面;当靶核密度的形式取定后,质量越大的超核的产生截面越小;反应截面对原子核表面密度的分布很敏感,数值计算结果会有一些不确定性。
(3)在A(p,pK+)ΛB类型的反应中,最小动量转移仍然可达到300-400MeV/c,因此这个反应同样会显示上述大动量转移反应的特点,即Λ处于高轨道(如处于pΛ-壳层)态的超核的产生截面大于处于低轨道(如处于sΛ-壳层)态的超核的产生截面;一般说来,质量越大的超核的产生截面越小;反应截面对原子核表面核子的分布很敏感。不同的是这个反应的反应截面接近了μb的数量级。这使实验观测变得更容易实现。为对实验研究提供参考,我们还计算了出射质子和K介子的双微分截面,指出反应的双微分截面分布在很窄的一个出射质子和K介子的动量空间。我们还提出通过测量单举反应A(p, pK+)X的丢失质量谱,获得超核产生的信息和精确的超核质量。
(4)研究了以丰质子核12O为靶核的A(p,pK+)ΛB类型的反应。丰质子核中质子的单粒子波函数是用平均场理论计算的。结果表明,丰质子核中质子的单粒子波函数比稳定核分布得宽一些。可以想象,A超子在丰质子核上如形成超核的话,Λ超子分布会宽一些,我们研究了唯象势改变对超子波函数的影响,发现,凡在上述三体末态反应中出现的反应截面的特性,在丰质子超核的反应中都会出现,即Λ处于高轨道(如处于pΛ-壳层)态的超核的产生截面大于处于低轨道(如处于sΛ-壳层)态的超核的产生截面;反应截面对原子核表面质子的分布很敏感。当时使用较宽的Λ束缚波函数后,由于超核波函数在内部被压低,使超核产生截面变小。为给实验研究做参考,我们也给出了这类反应的各类双微分截面和不变丢失质量谱。