PHYSIQUE AVEC LES ANNEAUX DE COLLISIONS A ELECTRONS ET POSITRONS

HAL Id: jpa-00213902

https://hal.archives-ouvertes.fr/jpa-00213902

Submitted on 1 Jan 1970

HAL

is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers.

L’archive ouverte pluridisciplinaire

destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés.

PHYSIQUE AVEC LES ANNEAUX DE COLLISIONS A ELECTRONS ET POSITRONS

J. Bizot

To cite this version:

J. Bizot. PHYSIQUE AVEC LES ANNEAUX DE COLLISIONS A ELECTRONS ET POSITRONS.

Journal de Physique Colloques, 1970, 31 (C5), pp.C5-165-C5-180. �10.1051/jphyscol:1970509�. �jpa-

00213902�

PHYSIQUE AVEC LES ANNEAUX DE COLLISIONS A ELECTRONS ET POSITRONS J . C . Bizot

Ecole Normale Supérieure L a b o r a t o i r e de l ' A c c é l é r a t e u r L i n é a i r e

F a c u l t é des Sciences 91-Orsay (France)

Résumé.- Les r é s u l t a t s obtenus d u r a n t c e s d e r n i è r e s années avec l e s anneaux de c o l l i s i o n s à é l e c t r o n s e t p o s i t r o n s s o n t p r é s e n t é s . Ces r é s u l t a t s p o r t e n t , d'une p a r t s u r l e s t e s t s de l'Electrodynamique Quantique e t , d ' a u t r e p a r t s u r l a production de hadrons, p r i n c i p a l e - ment p a r l ' i n t e r m é d i a i r e des mésons v e c t e u r s p , w e t

+.

Abs t r a c t

.-

+.

Les avantages d e s anneaux d e c o l l i s i o n s , en c e q u i concerne l e domaine d ' é n e r g i e q u ' i l s per- m e t t e n t d ' e x p l o r e r , s o n t b i e n connus. Pour l e s an- neaux à p r o t o n s , l e gain en é n e r g i e e s t important : un anneau de 20 GeV é q u i v a u t à un a c c é l é r a t e u r de 850 GeV. S ' i l s ' a g i t d ' é l e c t r o n s , l e g a i n e s t enco- r e p l u s important : des anneaux d e 500 MeV s o n t comparables du p o i n t de vue é n e r g é t i q u e à un accé- l é r a t e u r de 1000 GeV pour é t u d i e r l e s i n t é r a c t i o n s e n t r e é l e c t r o n s e t d e s anneaux d e 1,5 GeV équiva- l e n t à un a c c é l é r a t e u r d e 9000 GeV. Mais c e t t e com- p a r a i s o n n ' a p l u s de sens dans l e c a s des é l e c t r o n s en e f f e t , s i d e s anneaux à p r o t o n s p e r m e t t e n t de f a i r e , d è s a u j o u r d f h u i , a v e c d e s anneaux c e que l'on f e r a p e u t ê t r e a p r è s demain avec des a c c é l é r a t e u r s p l u s p u i s s a n t s , l e s anneaux à é l e c t r o n s p e r m e t t e n t de f a i r e ce que l ' o n ne p o u r r a i t pas f a i r e d'une a u t r e manière : d e s é l e c t r o n s ou des p o s i t r o n s ac- c é l é r é s peuvent i n t e r a g i r avec l e s é l e c t r o n s atomi- ques, mais l e s r é s u l t a t s d e ces i n t e r a c t i o n s s e r o n t t o u j o u r s noyés au m i l i e u d e ceux des i n t e r a c t i o n s électron-noyaux. Les anneaux à é l e c t r o n s s o n t donc l e s e u l moyen d ' é t u d i e r l e s i n t e r a c t i o n s e n t r e é l e c t r o n s à h a u t e é n e r g i e .

L ' i n t é r ê t de l ' é t u d e d e c e t t e i n t e r a c t i o n e s t m u l t i p l e : l e premier domaine, mais non l e p l u s important, e s t l ' é t u d e d e l ' i n t e r a c t i o n électroma- gnétique. LIElectrodynamique Quantique r é s i s t e b i e n jusqu'à p r é s e n t aux t e s t s qu'on l u i f a i t s u b i r , mais il e s t u t i l e de l a v é r i f i e r aux t r a n s f e r t s l e s p l u s é l e v é s p o s s i b l e s . Les anneaux f o u r n i s s e n t plu-

s i e u r s moyens de f a i r e c e t t e v é r i f i c a t i o n . L ' a u t r e i n t é r ê t d e s anneaux c o n s i s t e en l ' é t u d e des hadrons p r o d u i t s . Dans l e mécanisme de

magnétique e n t r e l e s é l e c t r o n s , e s t b i e n connu e t t o u t e l ' a t t e n t i o n p e u t a l o r s ê t r e r e p o r t é e s u r l ' a u t r e élément : l e s i n t e r a c t i o n s f o r t e s . De p l u s

+

-

dans l e s anneaux e e l e s r é a c t i o n s q u i s e f o n t avec l e s p l u s grandes s e c t i o n s b f f i c a c e s s o n t c e l - l e s q u i procèdent p a r l ' i n t e r m é d i a i r e d'un s e u l photon v i r t u e l du genre temps : dans ces condi- t i o n s , l e s p r o d u i t s d e d é s i n t é g r a t i o n s o n t dans un é t a t J~~ = 1-- c e q u i s i m p l i f i e l ' é t u d e

[II.

Il a é t é r a p p e l é récemment [2] que des anneaux pouvaient s e r v i r à é t u d i e r a u s s i l ' i n t é - r a c t i o n yy : dans l e c a s où l e s deux é l e c t r o n s o n t d i f f u s é à p e t i t a n g l e , l e s deux y v i r t u e l s s o n t t r è s proches de l e u r couche de masse. Les s e c t i o n s e f f i c a c e s peuvent d e v e n i r comparables à c e l l e s que donne l ' a n n i h i l a t i o n l o r s q u e l ' é n e r g i e des f a i - sceaux augmente.

Les p r i n c i p e s des a p p a r e i l l a g e s u t i l i s é s j u s q u ' i c i à S t a n f o r d , Orsay e t Novosibirsk s o n t a s s e z semblables : des chambres à é t i n c e l l e s o p t i - ques déclenchées p a r une logique de compteurs à s c i n t i l l a t i o n . Des chambres à plaque minces pla- cées au v o i s i n a g e de l a zone d ' i n t é r a c t i o n permet- t e n t de mesurer l e s t r a j e c t o i r e s d e s p a r t i c u l e s chargées i s s u e s de c e t t e zone, des chambres à p l a - ques p l u s é p a i s s e s p l a c é e s p l u s l o i n permettent de r e c o n n a i t r e l a n a t u r e d e s p a r t i c u l e s : l e s é l e c - t r o n s e t l e s y développent des g e r b e s , l e s é t i n - c e l l e s dues aux g e r b e s p r o d u i t e s p a r l e s y n'appa- r a i s s e n t qu'après une c e r t a i n e é p a i s s e u r t r a v e r s é e l e s ^II s u b i s s e n t en g é n é r a l une i n t é r a c t i o n nuclé- a i r e a v a n t d ' a v o i r perdu t o u t e l e u r é n e r g i e par i o n i s a t i o n , l e s o n t un parcours b i e n déterminé par l a r e l a t i o n é n e r g i e parcours. Des compteurs p r o d u c t i o n , un d e s éléments, l ' i n t e r a c t i o n é l e c t r o - p l a c é s au-dessus d e s a p p a r e i l l a g e s h o r s d ' a t t e i n t e

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1970509

J.C. BIZOT

des particules des réactions étudiées permettaient d'interdire les déclenchements dus aux rayons cos- miques.

RESULTATS OBTENUS JUSQU'A PRESENT AVEC LES ANNEAUX

Les expériences faites sont les suivantes :

Etude des mésons vecteurs

à Stanford [3] (E = 300 et 556 MeV)

à Orsay 141 (E = 510 MeV) et Frascati

P]

(E = 0,8 à 1 GeV)

à Orsay [5] (E = 290 à 352 MeV) Novosibirsk [6] (E = 510 à 670 MeV) Frascati [16] (E = 0,8 à 1 GeV) à Novosibirsk [8] (E = 500 MeV)

à Orsay Cg] [5] (E = 280 à 510 MeV) et Novosibirsk [IO] (E = 280 à 500 MeV) à Orsay Cl

11

à Orsay u5] à 510 MeV

Autres réactions

(12) e+ + e

-

plus de deux particules ^à Frascati 171 [16]

(E = 0,8 à 1 GeV)

+

-

(13) e + e + n+ + n

-

à Frascati [16] (E = 0,8 à 1 GeV)

Le premier appareillage utilisé à Orsay (fig. 1 ) a permis d'étudier les réactions (21, (3), (5), (6), (8) et (9). Pour l'étude de la réaction (7), un second appareillage (fig. 2) a été cons- truit, qui ne comportait que des chambres à pla- ques minces, les K chargés de faible énergie étaient arrêtés dans les compteurs à scintilla- tions, c'étaient les hauteurs des signaux (10 à 15 fois plus grandes que pour une particule au mini- mum d'ionisation) qui signaient les K. Les hauteurs

des signaux étaient photographiées sous forme di- gitale en même temps que les étincelles.

Au début, l'appareillage utilisé à Novo- sibirsk (fig. 3) était semblable au premier appa- raillage d'Orsay, il a ensuite été modifié pour permettre aux K chargés d'atteindre les premiers compteurs et combine actuellement les avantages des deux premiers appareillages d'Orsay avec un angle solide plus petit cependant.

Pour l'étude des réactions (10) et (II)

: A p p a r e i l l a g e d'Orsay n O 1

s l , s 2 , s ' l , s ' 2 , AC : Compteurs à s c i n t i l l a - t i o n

c l , c2, c3, c4, c ' l , c ' 2 , c'3, c l 4 : Chambres à é t i n c e l l e s .

Fig : A p p a r e i l l a g e de Novosibirsk 1 ) Compteurs d'antico'lncidence "cosmique"

2) Absorbeur d e Pb de 20 cm

3 ) Chambre à é t i n c e l l e s "de parcours"

4) Chambre à é t i n c e l l e s "de gerbes"

5) Absorbeur de Dura1 2 cm

6 ) Chambres à é t i n c e l l e s à plaques minces 7 ) Fenêtre de l a chambre à v i d e e x t e r n e 8) Zone d ' i n t e r a c t i o n

9) Chambre à v i d e i n t e r n e 10) Compteurs à s c i n t i l l a t i o n 11) Aimant de l'anneau

Fig : Appareillage d'Orsay n 0 2

1 à 4 : Compteurs à s c i n t i l l a t i o n sans guide d e l a lumière ; S1 à S4 : chambres à é t i n c e l - l e s .

M1,M2' : m i r o i r s ; PM : h a u t e u r s d e s signaux d e s compteurs 1 à 4 sous formes d i g i t a l e s

(6 b i t s )

Fig : A p p a r e i l l a g e n 0 3 d'Orsay

1 ) Faisceaux ; 2) Chambres à v i d e ; 3 ) E t i n c e l l e ; 4) Lumière provenant d e l ' é t i n c e l l e 3 ;

D compteur plomb c h a m b r e à

é t i n c e l l e s

J.C. BIZOT

un troisième appareillage (fig. 4) a été construit à Orsay et mis en service il y a quelques mois. Il a été décrit dans une communication présentée à ce congrès et doit permettre de donner prochainement d'autres résultats sur les réactions (3) à (6),(8) et (9). La logique des compteurs permet de déclen- cher à la fois sur des particules chargées et sur des Y avec une bonne efficacité pour lesY

.

Deux appareillages utilisés à Frascati (fig. 5 et 6) ont donné des résultats préliminai- res : l'un (réactions (23, (3), (121, (13) est construit suivant des principes semblables à ceux qui ont conduit aux appareillages d'Orsay et de Novosibirsk, mais sa taille est beaucoup plus im- portante. Beaucoup d'informations en provenance des compteurs sont utilisées au cours du dépouil- lement. La protection contre le rayonnement cosmi- que est assurée par mesure de temps de vol et non plus à l'aide de compteurs spéciaux.

L'autre appareillage qui étudie les réac- tions (2) et (12) comporte des chambres à étincel- les magnétostrictives déclenchées par des comp- teurs à scintillation. Il a l'avantage d'être com- plètement "en ligne" avec un petit ordinateur mais nlanalyse,pour chaque trace détectée,que l'angle que fait le plan contenant la trace et la ligne des faisceaux avec un plan de référence passant par le faisceau (angle azimuthal autour de la ligne des faisceaux). Une seule trace par télescope est enregistrée. Sont enregistrées aussi, des informa- tions concernant les compteurs déclenchés, les hauteurs d'impulsions dans les compteurs C et D

ainsi que l'intervalle de temps suivant le déclen- chement du passage des paquets.

Les mesures de luminosité (le coefficient de proportionalité des taux de comptage à la sec- tion efficace) sont'faites en utilisant soit la réaction de diffusion Bhabha à petit angle (exp.(2) (3), (12), (13) à Frascati), soit la réaction de Bremsstrahlung double à petit angle (réactions (2), (3), (5)

,

,

Novosibirsk) soit la réaction de diffusion à grand angle (réaction (1) à Stanford, ( 6 ) , (10) et (11) à Orsay, (3), (4) et (5) à Novosibirsk). Les deux premières méthodes sont basées sur la validité de l'électrodynamique quantique aux faibles transferts tandis que la troisième méthode suppose l'électro- dynamique quantique valable aussi aux transferts élevés.

Les tests d'électrodynamique quantique

demandent des mesures de luminosité du type des 2 premières puisque leur but est justement de véri fier la validité de 1'E.D.Q. aux transferts élevés.

A Stanford cependant, le test portait sur la dis- tribution angulaire des événements diffusés entre 40' et 90' :en cas de violation de ltE.D.Q., les évenements diffusés à angle plus faible correspon- dant à un transfert plus faible auraient eu une section efficace moins modifiée que ceux diffusés à angles plus grands.

Dans toutes ces expériences, les taux de déclenchements des chambres étaient toujours très supérieurs au taux de comptage des réactions étu- diées à cause du bruit de fond dû aux particules perdues par la machine. Les photos ont donc dû être triées et les événements candidats ont été me- surés. Certains principes utilisés pour accepter un événement étaient pratiquement les mêmes dans tou- tes les expériences : un bon événement devait pro- venir de la zone d'intéraction (qui peut être sché- matisée par un segment de droite puisque, à Orsay, les faisceaux avaient un diamètre de l'ordre de 1 à 2 mm et que les paquets avaient une longueur de l'ordre de 20 à 30 cm) et devait être en phase avec le passage des paquets dans la section expérimenta- le. D'autres principes variaient suivant les réac- tions étudiées : traces alignées pour toutes les réactions donnant deux corps ou au contraire nette- ment désalignées pour les réactions donnant plus de deux corps etc

...

Parmi les principales corrections qu'ont dû subir les résultats, il faut citer les correc- tions radiatives dues au fait qu'un électron a une probabilité non négligeable d'émettre un photon du- rant le processus même de la réaction. Dans l'ap- proximation dite du pic, on ne considère que les photons émis à 0' par rapport à l'électron qui ra- yonne. Ce phénomène a deux effets lorsque le pho- ton d'énergie k est rayonné par l'électron ou le positron incidents :

1) l'énergie dans le système du centre de masse n'est plus 2E, mais seulement

2-k) .

2) le système du centre de masse n'est plus confondu avec le système du labo- ratoire et s'il s'agit de réactions à 2 corps, les traces ne sont plus

a l i g n é e s . Au cas où une coupure s u r l ' a n g l e e n t r e l e s deux t r a c e s a é t é f a i t e , une c o r r e c t i o n d o i t donc ê t r e appliquée. On en t i e n t compte en consi- d é r a n t que chaque é l e c t r o n a l a p r o b a b i l i t é P(k)dk d ' é m e t t r e un y d ' é n e r g i e k :

11 f a u t c i t e r a u s s i parmi l e s c o r r e c t i o n s , l ' a b s o r p t i o n des p a r t i c u l e s dans l a m a t i è r e qui précède l e s compteurs de déclenchement.

C e t t e c o r r e c t i o n dépend d e l a logique d e dé- clenchement e t p e u t ê t r e importante : pour é v i t e r un t r o p grand nombre d e déclenchements par l e b r u i t d e fond machine (dû aux p a r t i c u l e s perdues p a r l e s

f a i s c e a u x à l a s u i t e de c o l l i s i o n s avec l e gaz r é - s i d u e l ) on e s t amené à n e déclencher que s u r des p a r t i c u l e s a y a n t t r a v e r s é une c e r t a i n e é p a i s s e u r de m a t i è r e en é l i m i n a n t a i n s i une grande q u a n t i t é d e p a r t i c u l e s d e f a i b l e é n e r g i e . C e t t e c o r r e c t i o n e s t s u r t o u t importante pour l e s événements hadroni- ques : à Orsay pour l a r é a c t i o n ( 5 ) , l a c o r r e c t i o n é t a i t de l ' o r d r e d e 20 % (10 % d e chaque c ô t é ) . A F r a s c a t i , pour l a r é a c t i o n ( 1 3 ) , e l l e a t t e i g n a i t 5 0 %.

TESTS DE L'ELECTRODYNAMIQUE QUANTIQUE

A l ' o r d r e l e p l u s b a s e t en ne c o n s i d é r a n t pas l e s c o r r e c t i o n s r a d i a t i v e s q u i peuvent ê t r e p r i s e s en compte comme il a é t é indiqué précédem- ment, l e s diagranmes s o n t l e s s u i v a n t s :

Ces r é a c t i o n s peuvent ê t r e c a l c u l é e s com- plètement en supposant que l'électrodynamique quan- t i q u e e s t v a l a b l e à tous l e s t r a n s f e r t s . Pour in- t r o d u i r e une v i o l a t i o n p o s s i b l e de l ' é l e ~ t r o d ~ n a - mique quantique, on i n t r o d u i t d e s f a c t e u r s d e

forme qui dépendent du t r a n s f e r t e t q u i provien- d r a i e n t s o i t d'une m o d i f i c a t i o n d e s propagateurs, s o i t d'une m o d i f i c a t i o n d e l a f o n c t i o n de v e r t e x , s o i t des deux.

S i l ' o n i n t r o d u i t c e t t e v i o l a t i o n s o u s l a

forme d'une m o d i f i c a t i o n du propagateur d e l a par- t i c u l e v i r t u e l l e en r e m p l a ~ a n t - - l / q p a r 2 :

1 E

-

2 + 7 7 -

,

,

A

( 4 ) , K r o l l a montré qu'on ne p o u v a i t modifier l e propagateur de l ' é l e c t r o n sans m o d i f i e r a u s s i l e s f o n c t i o n s de v e r t e x s i l ' o n v o u l a i t que l e courant électromagnétique r e s t e conservé. Dans c e s condi- t i o n s , l e f a c t e u r d e forme pour l a r é a c t i o n (4)

La r é a c t i o n (1) t e s t e l e comportement d'un photon du genre espace e t l a r é a c t i o n (3) un pho- ton d u genre temps. La r é a c t i o n ( 2 ) p e u t comporter l e s deux types de photons v i r t u e l s , mais comme l e s e x p é r i e n c e s f a i t e s j u s q u ' i c i n e d i s t i n g u e n t pas l e s charges des p a r t i c u l e s émises, l e s s e c t i o n s e f f i c a c e s mesurées s o n t dominées par l e diagramme

( a ) c ' e s t à d i r e p a r un photon du genre espace.

Voici l e s r é s u l t a t s q u i o n t é t é obtenus ( l i m i t e à 9 5 % de confiance) :

+ - + -

Expérience e-e- + e-e- e t e e ⁺ e e : t e s t du photon v i r t u e l du g e n r e espace.

A S t a n f o r d : 5 ^{= (+ 0,06} * 0,06) G ~ V - ' s e u l e s h2

l e s e r r e u r s s t a t i s t i q u e s o n t é t é i n d i q u é e s . A > 2,3 GeV

A > 4 GeV

en ne c o n s i d é r a n t que l e s e r r e u r s s t a t i s t i q u e s : A > 9.5 GeV E > O

A > 2,3 GeV E < O

en p r e n a n t a u s s i en compte l e s e r r e u r s systéma- t i q u e s :

A > 3,8 GeV & > O A > 2,O GeV E < O

La f i g u r e 7 montre une comparaison e n t r e l e s r é s u l t a t s du groupe d e s chambres magnétostric- t i v e s [ 7 : e t l a s e c t i o n e f f i c a c e pour

n2

-

i n t é g r é e s u r l ' a p p a r e i l l a g e . Le t r a n s f e r t moyen correspond à 0,41 x (23)'. L ' é v a l u a t i o n d e l a quan- t i t é

5

A

La f i g u r e 8 montre l e s r é s u l t a t s du groupe F r a s c a t i

-

-

J-C. BIZOT

Fig : A p p a r e i l l a g e d e F r a s c a t i Ref. 7 Coupe p e r p e n d i c u l a i r e aux f a i s c e a u x A i , Bi, C i e t D i ; compteurs à s c i n t i l l a t i o n ; SCai e t

SCBi chambres à f i l m a g n é t o s t r i c t i v e s ; CR1 e t CR2 : a n t i c o ï n c i d e n c e "cosmique"

F i g 6 : A p p a r e i l l a g e de F r a s c a t i Ref .16 a ) Coupe p e r p e n d i c u l a i r e aux f a i s c e a u x b) Coupe h o r i z o n t a l e

1 à 5 : compteurs à s c i n t i l l a t i o n ; C l à,C6 : chambres à é t i n c e l l e s

Fig : a ) Rapport du nombre de d i f f u s i o n Bha- bha d é t e c t é e s p a r l ' a p p a r e i l l a g e de l a f i g u r e 5 au nombre d ' événements de "monitorage".

Rth : r a p p o r t t h é o r i q u e .

b ) D i s t r i b u t i o n d e s t r a n s f e r t s pour l e s événements a c c e p t é s par 1' a p p a r e i l l a g e .

Fig : S e c t i o n e f f i c a c e de d i f f u s i o n Bhabha i n t é g r é e s u r l ' a p p a r e i l l a g e de l a f i g u r e 6. Les courbes proviennent des c a l c u l s t h é o r i q u e s pour p l u s i e u r s v a l e u r s du paramètre A

Fig : S e c t i o n e f f i c a c e d ' a n n i h i l a t i o n en p a i - r e s d e p i n t é g r é e s u r l e d i s p o s i t i f de l a f i g u - r e 6 . Les courbes proviennent des c a l c u l s théo- r i q u e s pour p l u s i e u r s v a l e u r s du paramètre A

E

L ' é v a l u a t i o n d e

-

r2

Expérience e+e- -t U+U- : c e s expériences t e s t e n t l e comportement d'un photon du genre temps.

A O r s a y : A > 1 , 7 GeV A Novosibirsk : A > 2,7 GeV

A F r a s c a t i : l a f i g u r e 9 montre l a comparaison e n t r e l e s r é s u l t a t s expérimentaux e t l e s c a l c u l s t h é o r i q u e s dans d i f f é r e n t e s hypothèses E > 0 .

+

-

Expérience e e + y y : c e t t e expérience t e s t e l e comportement d'un é l e c t r o n v i r t u e l du genre espa- c e .

Comme il a é t é d i t p l u s h a u t , il f a u t in- t r o d u i r e a u s s i une m o d i f i c a t i o n d e l a f o n c t i o n d e v e r t e x s i l ' o n v e u t que l e c o u r a n t électromagnéti- que r e s t e conservé.

L'expérience de Novosibirsk donne : A > 1 , 3 GeV D ' a u t r e s v a l e u r s v i e n d r o n t sans doute prochaine- ment de F r a s c a t i e t d'Orsay.

ETUDE DES MESONS VECTEURS

Un anneau d e c o l l i s i o n e s t s p é c i a l e - ment b i e n adapté à l ' é t u d e des mésons v e c t e u r s : ceux-ci s o n t au repos dans l e l a b o r a t o i r e e t l e s t r a j e c t o i r e s d e l e u r s p r o d u i t s d e d é s i n t é g r a t i o n o n t donc une géométrie p a r t i c u l i è r e m e n t simple.

Les mesures d e s r a p p o r t s de branche- ment p r i n c i p a u x peuvent ê t r e f a i t e s s a n s contamina- t i o n d' a u t r e s r é a c t i o n s hadroniques. Comme l ' é n e r - g i e des f a i s c e a u x e s t t r è s b i e n déterminée (quel- ques 1 0 -4 ) une courbe de résonance p r é c i s e peut- ê t r e t r a c é e d'où l ' o n p e u t e x t r a i r e l a l a r g e u r de l a résonance. E n f i n , une mesure absolue d e s e c t i o n e f f i c a c e permet de déterminer l a l a r g e u r p a r t i e l l e des modes de d é s i n t é g r a t i o n V ⁺ e+e- d'où l e cou- p l a g e du champ électromagnétique au champ d u vec-

ton : au premier o r d r e de l'électrodynamique quan- t i q u e , l a r é a c t i o n a l i e u s e l o n l e diagramme c i - c o n t r e :

?'

La s e c t i o n e f f i c a c e maximum pour l e processus

+

-

e e + v + f

1271 rvee r v f =

= -

('1 Opic 2 2 2 BveeBvf

mv rv mv

où TV e s t i a l a r g e u r t o t a l e d e l a résonance,ïvee,

rvf, Bvee, %f s o n t l e s l a r g e u r s e t l e s r a p p o r t s d e branchement des d é s i n t é g r a t i o n s de l a résonance en e+e- e t en f . En f o n c t i o n d e l ' é n e r g i e , l a sec- t i o n e f f i c a c e p e u t s e p a r a m é t r i s e r p a r une B r e i t e t Wigner.

Pour l e s r é a c t i o n s à deux c o r p s chargés il e s t p o s s i b l e d e m e t t r e a u s s i l a r é a c t i o n sous l a forme d'une s e c t i o n e f f i c a c e électromagnétique c o r r i g é e p a r un f a c t e u r de forme, c ' e s t c e f a c t e u r d e forme q u i rend a l o r s compte d e s i n t e r a c t i o n s hadroniques :

do a2 6 3 2

-

-

1

1

di2 32 E2

Le f a c t e u r d e forme p e u t ê t r e p a r a m é t r i s é p a r une B r e i t e t Wigner :

9

Dans l e c a s d e l a r é a c t i o n (S), Gounaris e t Saku- r a i [17] o n t proposé une a u t r e p a r a m é t r i s a t i o n du f a c t e u r de forme e t o n t rendu compte de l a norma- l i s a t i o n Fn(0) = l.

2 k

o ù h ( s ) =

-

IT

JS. 2m,

k e s t l a q u a n t i t é d e mouvement d e s IT émis;

k e s t l a q u a n t i t é de mouvement d e s r émis au som- met d e s p .

I l f a u t remarquer que c e f a c t e u r de forme ne dépend que de deux paramètres : mp e t r p .

La r é a c t i o n (5) a é t é é t u d i é e au v o i s i n a g e du p e t à p l u s haute é n e r g i e à Orsay e t à Novosi- b i r s k jusqu'à 2 x 510 MeV.

J . C . B I Z O T

F i g 1 0 : F a c t e u r d e forme d u *.a) Analyses d e s r é s u l t a t s d e N o v o s i b i r s k ; b ) Analyse d e s r é - s u l t a t s d'Orsay. Les c o u r b e s e n t r a i t p l e i n r e - p r é s e n t e n t l e m e i l l e u r f i t p a r une Breit-Wigner s i m p l e (Eq.3), l e s c o u r b e s e n p o i n t i l l é l e meil- l e u r f i t p a r l ' E q ( 4 )

F i g 11 : Analyse du f a c t e u r de forme du .rr a u v o i s i n a g e du w

r

, z 12.2 MeV (fixed)

2 ^x 380 2.390 2.400 2.410 2xE(MeV)

..

F i g 1 2 : Courbe d ' e x c i t a t i o n d e l a r é a c t i o n :

+

-

e e -+ w -+ n+n-f1°

ANNEAUX DE COLLISIONS e+e-

Le f a c t e u r d e forme expérimental a é t é a n a l y s é s u i - v a n t une Breit-Wigner pour déterminer l e s t r o i s pa- r a m è t r e s : p o s i t i o n du maximum, amplitude du maxi- mum e t l a r g e u r de l a résonance. Il a é t é a u s s i ana- l y s é s u i v a n t l a formule d e Gounaris e t Sakurai pour déterminer deux paramètres seulement, l a masse e t l a l a r g e u r du p , en u t i l i s a n t l a n o r m a l i s a t i o n Fn(0) = 1. Pour l e s mesures d'Orsay l e s deux analy- s e s donnent pratiquement l e s mêmes r é s u l t a t s . Les mesures de Novosibirsk s o n t s t a t i s t i q u e m e n t compa- t i b l e s avec l e s deux a n a l y s e s mais donnent d e s ré- s u l t a t s d i f f é r e n t s (Fig. 1 0 ) . La t a b l e 1 indique l e s r é s u l t a t s d e chaque a n a l y s e pour Novosibirsk.

Au v o i s i n a g e du w , l e f a c t e u r de forme du n obtenu à Orsay semble i n d i q u e r une i n t e r f é r e n c e due à l a d é s i n t é g r a t i o n de w + 2n (Fig. 1 1 ) . Le f a c t e u r de forme e s t a l o r s paramétrisé p a r : F. ( s > =

IF^^^(^)

I

où F a l a forme (4) e t Fwnr l a forme ( 3 ) . L'ana- Plri1

l y s e permet de d é t e r m i n e r l a v a l e u r de Y e t de 5

e t en c o n n a i s s a n t rvee p a r l a r é a c t i o n :

+

-

e e -t w + n+n-ro d e d é d u i r e

rWnr.

W A ï i

X 2 de 18,29 pour 11 degrés d e l i b e r t é ( p r o b a b i l i t é 8 %) e t l ' a n a l y s e en i n c l u a n t l a p o s s i b i l i t é de w + Zn donne un X 2 de 8,66 pour 9 d e g r é s de l i b e r - t é (47 %). D ' a u t r e s mesures p l u s p r é c i s e s s o n t ac- tuellement en cours.

L'analyse d e s n a l i g n é s d é t e c t é s en même temps que l e s r é a c t i o n s 8 e t 9 permet de f i x e r une l i m i - t e s u p é r i e u r e à l a d é s i n t é g r a t i o n du $ en n+r-.

L'analyse q u i d o i t t e n i r compte d e l a p o s s i b i l i t é d ' i n t e r f é r e n c e avec l e p comme dans l e c a s d u o donne deux s o l u t i o n s , l ' u n e compatible avec O e t

l ' a u t r e e x i g e a n t une v a l e u r d'environ -90° pour l ' a n g l e d ' i n t e r f é r e n c e . Les r é s u l t a t s de Novosi- b i r s k donnent une v a l e u r également compatible avec O au c a s où il n ' y a pas d ' i n t e r f é r e n c e e n t r e p e t $. La courbe du 2n dans c e t t e r é g i o n n'indique pas non p l u s d e forme de courbe d i f f é r e n t e de c e l l e due au p dans c e t t e r é g i o n . Il e s t i n t é r e s s a n t de p a r l e r i c i même des r é s u l t a t s obtenus à F r a s c a t i pour l a r é a c t i o n (13) b i e n que l e domaine d ' é n e r g i e

s o i t t r è s é l o i g n é d u p.

Les r é s u l t a t s de F r a s c a t i s o n t encore t r è s p r é l i m i n a i r e s : 14 événements o n t é t é d é t e c t é s des- q u e l s il f a u t s o u s t r a i r e l e s événements de b r u i t s

d e fond donnant a i n s i 11,6

*

L'analyse d e s mesures f a i t e s à Orsay (Figu- r e 1 2 ) - l e s s e u l e s actuellement- d e l a r é a c t i o n (6) ne p e r m e t t e n t pas de déterminer l a masse du w ( l a mesure absolue de l ' é n e r g i e d e s f a i s c e a u x n ' e s t pas assez p r é c i s e pour c e l a ) q u i a donc é t é p r i s e dans l e s t a b l e s mondiales e t q u i a s e r v i avec l a masse du $ à é t a l o n n e r l ' é n e r g i e de l a machine. C e t t e analyse permet de mesurer l a l a r g e u r du w mais avec une p r é c i s i o n i n f é r i e u r e à c e l l e donnée par l a mo- yenne mondiale. Pour améliorer l a p r é c i s i o n d e s au- t r e s r é s u l t a t s , l e s a u t e u r s o n t donc p r é f é r é impo- s e r l a l a r g e u r du w dans l ' a n a l y s e . Les mesures a c t u e l l e m e n t en cours p e r m e t t r o n t s a n s doute de donner une v a l e u r p l u s p r é c i s e . d e l a l a r g e u r du W .

Les mesures f a i t e s s u r l e $ ( r é a c t i o n s 7. à 11)

-

-

d é s i n t é g r a t i o n s du $ en supposant que l e s s e u l s modes de d é s i n t é g r a t i o n s o n t $ + K'K-, $ + K ~ K ~ ,

+

-

$ ⁺ r n vO, 4 + ny, $ + r O y e t 4 + a+*-, pour l e s deux d e r n i e r s modes, s e u l e s d e s l i m i t e s s u p é r i e u r e s a v a i e n t é t é données précédemment, c e s l i m i t e s s e t r o u v e n t maintenant sensiblement r é d u i t e s (on a c h o i s i l a s o l u t i o n B = O). E l l e s p e r m e t t e n t éga-

$

lement de déterminer l a l a r g e u r t o t a l e du 4 e t com- me pour l e p e t l e w

,

r a p p o r t de branchement $ + e+e-.

Des l a r g e u r s p a r t i e l l e s

rV

r ^{-, e+e- =}

d

v 3

%gVZ

d e s mésons v e c t o r i e l s . Les gV a p p a r a i s s e n t dans l ' e x p r e s s i o n du e o u r a n t électromagnétique hadroni- que en f o n c t i o n d e s champs-du p D , du w e t du $ :

~~~~~i~ e t Renard ont montré q u ' i l convenait de t e n i r compte des l a r g e u r s f i n i e s des mésons vecto-

rvee

r i e l s en remplaçant Tvee p a r

-

J.C. B I Z O T

2c, Mev

Fig 13 : Courbe d'excitation de la réaction :

a +

-

e e + $ + t''Ki

a) Résultats de Novosibirsk b) Résultats d'Orsay

I

1

1'

O' 4046 1020 ₄₀₂₄ B E , Mev

-

Fig 14 : Courbe d'excitation de la réaction :

+

-

e e + $ + n'n-no

a) Résultats de Novosibirsk b) Résultats d'Orsay

----

---- ----

O

.c

4616 1620 1044 2E, M ~ v

a Fig 15 : Courbe d'excitation de la réaction : b

+

-

e e ⁺ 4 + K+K-

a) Résultats de Novosibirsk b) Résultats d'Orsay

ANNEAUX DE COLLISIONS e+e'

g l e s de somme obtenues p a r i n t é g r a t i o n d e s fonc- t i o n s s p e c t r a l e s : Das, Mathur e t Okubo [ 33

1

a v a i e n t montré que l ' o n d e v r a i t a v o i r :

- r 1 = m r + m r 3 pee w wee 4 +ee

Sugawara [37 ] a proposé une m o d i f i c a t i o n de c e t t e r è g l e en u t i l i s a n t un modèle de v i o l a t i o n d e SU3 :

4mK* 2

-

-

3 3m

P 'pee = [murme+ m4r+ee]

Gourdin [ 3 8 ] e t Cremmer r 3 9 j o n t proposé une a u t r e r è g l e , indépendante d e l a précédente :

En a p p l i q u a n t l e s c o r r e c t i o n s d e s l a r g e u r s f i n i e s , comme il a é t é indiqué p l u s h a u t , l e s r é s u l t a t s d'Orsay donnent pour Das, Mathur e t Okubo :

-

+ m I'

'

w u

+

Pour S u ~ a w a r a

-

-

- r ⁼ 2.57 * .20 MeV 2

3 3m _P pee

Pour Gourdin e t Cremmer :

Ces r è g l e s d e v r o n t cependant ê t r e modi- f i é e s p a r l a s u i t e puisque, d ' a p r è s l e s r é s u l t a t s de F r a s c a t i , l e s mésons v e c t e u r s p , w e t 4 n e s u f - f i s e n t pas pour r e n d r e compte du courant électroma- gné t i q u e hadronique

.

AUTRES REACTIONS

Nous avons d é j à p a r l é d e s r é s u l t a t s obtenus s u r l a r é a c t i o n ( l 3 ) . 1 1 f a u t a u s s i s i g n a l e r l e s r é s u l t a t s p r é l i m i n a i r e s de F r a s c a t i e t de No- v o s i b i r s k s u r l e s r é a c t i o n s du type (12). La sec- t i o n e f f i c a c e t o t a l e e s t a s s e z d é l i c a t e à c a l c u l e r c a r l ' e f f i c a c i t é de l ' a p p a r e i l l a g e dépend du nom- b r e de corps émis e t c e l u i - c i e s t pour l e moment inconnu. Les événements o n t é t é s é l e c t i o n n é s s u r l a base de p l u s d e 2 chargés v u s ou de 2 chargés

franchement d é s a l i g n é s e t non c o p l a n a i r e s avec l e f a i s c e a u (pour é v i t e r l e s 2 corps a p p a r a i s s a n t com- me m u l t i c o r p s à cause d e s c o r r e c t i o n s r a d i a t i v e s ) . L'information obtenue s u r chaque événement n ' e s t pas t r è s r i c h e du f a i t q u ' i l n ' y a p a s de mesure d ' é n e r g i e d e s p a r t i c u l e s émises, mais seulement d e s l i m i t e s maximales données p a r l e s parcours observés L'ordre de grandeur d e s s e c t i o n s e f f i c a c e s p e u t cependant ê t r e donné e t il a é t é trouvé de l ' o r d r e de 2 x 10-32cm2 p a r l e groupe de Frascati-Rome-Pa- doue e t é g a l à (3,3*0,3st*0,8syst ) 1 0 - ~ ~ p a r l e

groupe des chambres m a g n é t o s t r i c t i v e s . Rappelons que l a s e c t i o n e f f i c a c e pour l a production d'une p a i r e d e p a r t i c u l e s a n t i p a r t i c u l e s de s p i n 112 e s t 2 x

la3' % ^{/ F I}

$ 1 ~ 1 ~ .

Les expériences f a i t e s à Novosibirsk i n d i - quent également un nombre d e m u l t i c o r p s important, à peu p r è s 2 f o i s a u t a n t que d e p mais à d e s éner- g i e s p l u s b a s s e s qu'à F r a s c a t i . Les e r r e u r s s t a t i s - t i q u e s s o n t t r è s importantes

Aucune i n t e r p r é t a t i o n s é r i e u s e ne p e u t ê t r e donnée a c t u e l l e m e n t , d e s hypothèses o n t é t é émises en r e l a t i o n avec l a ' t h é o r i e des p a r t o n s : une p a i r e d e p a r t o n a n t i p a r t o n s e r a i t c r é é e avec une s e c t i o n e f f i c a c e de fermions ponctuels e t n ' a u r a i e n t e n s u i - t e r i e n de p l u s p r e s s é à f a i r e que de s ' a n n i h i l e r en p l u s i e u r s ^II.

J.C. BIZOT

Ji

u p i c ( e ' e q )

RESULTATS D'ORSAY

1.64

*

773.6 ⁺ 5.3 MeV 110.7 * 5.3 MeV 7.4 * .6 KeV (6.4

*

*

1.0 * .18 KeV (. 82

*

*

(164

*

*

*

1.44

*

(48.3

*

*

*

< .5 % (95 % de c o n f i a n c e )

RESULTATS DE NOVOSIBIRSK

Analysés p a r Ref.17 Analysés p a r une simple B r e i t e t Wigner

1.05 * .2 1 . 3

*

768

*

'

140

'

6.05 * .50 5.25

*

(4.2 * . 8 ) 1 0 - ~ (5.

*

3.96 ⁵ .35 4.67 + .42 MeV 1.31

'

*

< .8 % (95 % d e c o n f i a n c e )

BOnOV ^< .24 % (95 % de c o n f i a n c e )

- TABLE 1

-

R é s u l t a t s d e s e x p é r i e n c e s s u r l e s mésons v e c t o r i e l s

R é s u l t a t s c a l c u l é s avec l e s c o r r e c t i o n s de l a r g e u r f i n i e

Valeur ~ o r r e c t i o n s ( ' ~ > ~ ~ ) 2

-

4 n - 1.99 * .16 a = 1.07

P

R é s u l t a t s s a n s c o r r e c t i o n de l a r g e u r f i n i e

-

-

V a l e u r s d e s c o n s t a n t e s de couplage d é d u i t e s d e s r é s u l t a t s d'Orsay