PRODUCTION D'IMPULSION TRANSVERSE ÉLEVÉE : STRUCTURE DES ÉTATS FINAUX

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Submitted on 1 Jan 1976

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PRODUCTION D’IMPULSION TRANSVERSE ÉLEVÉE : STRUCTURE DES ÉTATS FINAUX

P. Darriulat

To cite this version:

P. Darriulat. PRODUCTION D’IMPULSION TRANSVERSE ÉLEVÉE : STRUCTURE DES ÉTATS FINAUX. Journal de Physique Colloques, 1976, 37 (C2), pp.C2-35-C2-45. �10.1051/jphyscol:1976205�.

�jpa-00216478�

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JOURNAL DE PHYSIQUE Colloque C2, supplément au n° 2, Tome 37, février 1976, page C2-35

PRODUCTION D'EMPULSION TRANSVERSE ELEVEE : STRUCTURE DES ETATS FINAUX

P. DARRIULAT CERN, Geneve, Suisse

Résumé. — Les résultats récents obtenus aux anneaux de stockage du CERN sur la structure d'états finaux d'interactions avec production d'impulsion transverse élevée sont passés en revue.

Abstract. — Recent results concerning final state structure of interactions with large transverse momentum production are presented.

1. Introduction. — Void plus de deux annees que les premieres observations etaient faites, aux anneaux de stockage du CERN, d'une production plus impor- tante que prevu de mesons n d'impulsion transverse elevee [1, 2, 3]. L'intense activite experimentale qui a suivi a permis une etude assez poussee des sections efficaces inclusives dans un domaine d'impulsions transverses superieures au GeV/c [4]. Ces mesures, effectuees a plusieurs valeurs de l'energie totale, de Tangle de production et pour differents types de particules n'ont pas permis de discerner quel processus dynamique est en jeu. Cette annee nous a donne une serie de mesures d'un type nouveau s'attachant a definir la structure des etats finaux associes a la production d'impulsion transverse elevee. Si Ton peut aujourd'hui en tracer une image bien plus precise qu'auparavant, on ne sait pas encore trancher entre les diverses explications qui ont ete avancees. La raison en est tant dans la complexite des mecanismes mis en jeu que dans la flexibilite des modeles theoriques [5]

qui ont su s'adapter aux nouveaux resultats experi- mentaux.

Les uns identifient les interactions avec production d'impulsion transverse elevee a une collision quasi deux corps entre constituants des protons (partons, mesons, e t c . ) . La decomposition des protons incidents en constituants et des constituants ayant interagi en hadrons se decouplent de l'interaction dure de base, tout comme dans les diffusions profondement inelas- tiques de leptons. L'etat final est caracterise par une structure coplanaire avec deux families de hadrons possedant des impulsions transverses internes faibles.

Les autres donnent de l'interaction une interpreta- tion thermodynamique dont l'aspect statistique permet une production rare d'impulsions transverses elevees. La coplanarite peut dans ce cas etre preservee en introduisant des etats intermediaires de spin eleve [6].

Entre ces deux types extremes de modeles d'autres explications ont ete suggerees, egalement compatibles avec l'experience, par exemple faisant appel a un analogue hadronique du rayonnement de freinage [7].

Dans cet expose je me bornerai a donner une description aussi complete que possible de la structure des etats finaux avec production d'impulsion transverse elevee, et a formuler les questions dont les reponses seraient les plus determinantes pour eliminer tel ou tel des modeles proposes [8].

A seule fin de mettre un peu d'ordre dans la pre- sentation des resultats, j'adopterai une classification en trois families des particules de l'etat final. Cette classification decoule naturellement des mesures de densite de population dans l'espace des phases (Fig. 1) mais rien ne permet a priori de traiter chacune des trois families comme une entite physique dotee de caracteristiques propres. Cette separation doit etre consideree comme une maniere commode mais arbi- trage de schematiser une realite complexe et si la

#

^ipidity

a z i m u t h **\

FIG. 1. — Densite des particules emises en association avec une impulsion transverse elevee (pLa separation en trois families est schematiquement indiquee. ±) dans l'espace azimut-rapidite.

Article published online by EDP Sciences and available at http://dx.doi.org/10.1051/jphyscol:1976205

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C2-36 P. DARRIULAT

plupart des résultats présentés prêchent en sa faveur les expériences futures devront en contester le bien- fondé.

La première famille, la plus peuplée, ne présente pas d'asymétrie azimutale et s'étend sur un long intervalle de rapidité.

La seconde contient la particule à grande impulsion transverse ainsi que quelques autres émises dans la même région angulaire.

Enfin la troisième contient des particules produites dans un cône très ouvert dont l'axe est situé à rapidité zéro et azimut opposé à celui de la particule à grande impulsion transverse.

2. La première famille. - La Collaboration Pise, Stony Brook (PSB) en avait déjà suggéré l'existence en étudiant des interactions accompagnées de la production d'un no d'impulsion transverse élevée à 900 [9]. Ils avaient remarqué que la densité de particules produites à petit angle est une fonction légèrement décroissante de .l'impulsion transverse pl du no, ce qu'ils attribuaient à la diminution de l'énergie totale disponible

fi,,,

⁵

&

^-2 pl. Deux résultats récents confirment cette idée.

La Collaboration Aix-la-Chapelle, CERN, Heidel- berg Munich (ACHM) a mesuré [IO] les corrélations de rapidité entre particules chargées produites en association avec un no à 900 (Js = 53 GeV, pl 2 2 GeV/c).

Ils observent la même structure à courte portée (Fig. 2).

caractéristique d'une émission de clusters indépen- dants (avec typiquement deux particules chargées par cluster), que celle qui est observée dans une interaction inélastique courante, sans production d'impulsion transverse élevée [Il]. D'autre part il n'y a que peu de différence entre l'hémisphère contenant le no et son complément. Ces résultats suggèrent que la plupart des particules ont des impulsions transverses faibles et sont produites en clusters comme dans une i n t e r a ~ tion courante.

La Collaboration CERN, Collège de France, Heidelberg, Karlsruhe (CCHK) a mesuré [12] la densité de particules positives à l'avant (x, > 0,5) associées à la production d'une particule positive d'impulsion transverse élevée (p, = 1,5 à 4 GeV/c) à l'arrière (- 0,5 < x, < - 0,2). Ni la distribution azimutale, ni le spectre d'impulsion transverse des particules à l'avant ne sont affectés par la production à l'arrière.

La distribution longitudinale des particules avant présente d'autre part deux caractéristiques intéres- santes :

- le pic diffractionnel est fortement réduit (Fig. 3) ; - la densité de particules est une fonction lente- ment décroissante de pl (Fig. 4), confirmant et préci- sant les résultats de PSB [9], pourtant privés de mesure d'impulsion et d'identification de charge.

Dans les interactions courantes, sans production d'impulsion transverse élevée, on sait que les propriétés des cônes avant et arrière sont découplées : une

FIG. 2. - Coefficients de corrélation de rapidité entre particules chargées émises dans un mème hémisphère (données de ACHM à

f i

⁼⁵³GeV). a) Pour des interactions sans production d'impul- sion transverse élevée. b, c) Pour des interactions avec production d'un no à 900, p, > 2 GeV/c, soit dans l'hémisphère opposé au no (b), soit dans le même (c). Les courbes correspondent à une

description en clusters de densité gaussienne.

factorisation analogue semble être valable en présence de production d'impulsion transverse élevée.

3. La deuxième famille. ^-La Collaboration CERN, Columbia, Rockefeller (CCR) fut la premiére à observer une forte corrélation entre un no d'impulsion transverse élevée à 90° et les particules produites dans le même intervalle angulaire [13]. La Collabora- tion CERN, Columbia, Rockefeller, Saclay (CCRS) nous donne maintenant [14] un ensemble important de mesures couvrant un grand domaine de $et portant

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STRUCTURE DES INTERACTIONS A GRAND pl C2-37

XL

FIG. 3. -- Densité invariante de particules positives dans la région x, > 0,s pour des interactions inélastiques : i) sans production d'impulsion transverse élevée ( O ) ; ii) avec production d'une particule positive, p, > 1 GeV/c, - 0,4 c x, < - 0,2 (A). Les don-

nées sont de CCHK à& = 52,5 GeV.

FIG. 4. -- Dépendance de la densité de particules chargées à I'avant par rapport à l'impulsion transverse p, émise dans une région éloignée en rapidité. Les données de PSB (O) sont associées à I'énlission d'un no à 90U (113 et concernent les particules chargées entre 0,7O et 1,3O. Les données de CCHK (O) sont associées à I'émis- sion en arrière d'une particule positive entre 90 et 210 ( p , ) et concer- nent les particules positives ë I'avant (x, > 0,5). La densité de particules (CCHK) en absence de grand pl est aussi indiquée (A).

Les données de PSB sont normalisées arbitrairement.

sur des pions neutres et chargés. Les caractéristiques essentielles sont les suivantes :

- Les sections efficaces invariantes de production à 900 de deux pions alignés sont bien plus élevées que celles qu'on peut calculer à partir des spectres inclusifs et sans corrélation. Le rapport entre ces deux quantités augmente avec p, et atteint 2 ordres de gran- deur quand chacun des pions a une impulsion transverse supérieure à 3 GeV/c (Fig. 5).

- LI n'y a pas de différence notable entre les corré- lations no-no, no-n+ et no-n-.

- La corrélation est une fonction croissante de Js.

La même observation est faite par ACHM [15l dans le cas de production alignée de deux no à 8 = 900 et à 8 = 530. Leurs résultats sont en accord avec ceux de CCRS et ne mettent en évidence aucune dépendance notable par rapport à 8. La dépendance en Js est illustrée de la façon suivante : la section efficace invariante de production de paire est exprimée en fonction de l'impulsion transverse ,TI du dipion.

FIG. 5. ^-Production d'un 'n à 90°, aligné avec un no d'impulsion transverse > 3 GeV/c (CCRS). La quantité F est le rapport entre la section efficace invariante de production inclusive d'une paire no nt, intégrée sur l'impulsion transverse du no à partir de 3 GeV/c, et la section efficace ipvariante de production inclusive d'un no intégrée dans le même domaine. L'impulsion transverse du n i est portée en abscisse. Les losanges noirs correspondent aux valeurs

que F prendrait en l'absence de corrélation.

Elle ne dépend que peu de la différence Ap, entre les impulsions transverses de chacun des deux pions.

Moyennée sur Ap, elle peut être décrite par une expression

avec n = 7,l

+

0,5, comme dans le cas de production inclusive d'un seul pion (Fig. 6). Ceci suggère qu'un même parent donne naissance au dipion ou au pion isolé selon le cas. Mais la distribution en masse invariante de la paire de pions ne présente aucune structure ni dans la voie no no ni dans la voie no n* (intervalles couverts 0,7 à 1,8 GeV/c2 et 0,3 à 1,O GeV/c2 res- pectivement).

Une étude globale de la seconde famille est faite par ACHM [IO] à partir de distributions angulaires des particules chargées et des rayons y produits en association avec un no d'impulsion transverse élevée à 8 ⁼900 et 8 = 53O (Fig. 7 et 8). Dans chacun des deux cas une population plus dense est observée au voisinage du xO. Dans une région de f 1,5 unité de rapidité et 7- 600 d'azimut, ceci correspond a un excès de 0,9

+

0,l particule chargée par événement, indépendamment de p, (Fig. 9) et à une quantité semblable de rayons y.

Autre contribution à l'étude de la seconde famille : un groupe du CERN

[lq

a mesuré la distribution en rapidité des particules chargées produites dans le même intervalle d'azimut qu'un no d'impulsion transverse élevée à 900. Ils observent que leur distribution en rapidité est d'autant plus étroite que leur impulsion transverse est plus élevée, ce qui se traduit par des masses invariantes préférentiellement basses (Fig. 10).

Dans l'expérience de CCHK [17], la situation est tout autre. La particule à haute impulsion transverse est positive et produite en avant (x, = 0,2 à 0,5 et

(5)

C2-38 P. DARRIULAT

-3 -2 -1 O 1 2 3 -3 -2 -1 O 1 2 3

1- 1-

FIG. 8. - Densités des particules chargées associées à un no émis à 530 (p, > 3,8 GeV/c, JT = 53 GeV). Les courbes correspondent à des interactions sans production d'impulsion transverse élevée

(ACHM).

90° data A 5 3 O data

FIG. 6. - Section efficace invariante de production inclusive d'une FIG. 9. - Multiplicité en particules chargées dans la seconde paire de no alignés à 900 (ACHM). Les données sont moyennées famille intégrk sur I 1,5 unité de rapidité et I 60" d'azimut sur la différence d'impulsion transverse entre les no de la paire et par rapport à un no d'impulsion transverse p, produit soit à 900, tracées en fonction de leur somme. Les courbes correspondent soit à 53' (ACHM,

&

⁼53 GeV).

à l'expression A(',,

+

p,,) -" exp(- B(x,,

+

^x,,)).

FIG. 7. - Densités des particules chargées associées à un no émis à 900 (p, > 2 GeV/c, f i ⁼53 GeV). Les courbes correspondent à des interactions sans production d'impulsion transverse élevée

(ACHM).

p,

-

²GeV/c). Aucune corrélation angulaire n'est observée avec les autres particules positives; quant aux négatives elles présentent un léger excès de densité dû essentiellement à des désintégrations A + pn- (Fig. 11). Il serait intéressant d'étudier l'évolution de la seconde famille entre les régions centrale et avant et de comprendre si sa disparition peut s'expliquer à

partir de considérations d'ordre cinématique.

4. La troisième famille. - Il y a plus d'un an que PSB et ACHM ont observé une importante asymétrie azimutale dans la distribution des particules chargées associées à la production à 900 d'un no d'impulsion transverse élevée [18]. A la même époque CCR mesurait une forte corrélation positive entre no's émis dos à dos à 90° [13]. Un ensemble important de mesures nouvelles permet aujourd'hui de tracer une image plus détaillée de cette troisième famille.

Je traiterai d'abord du cas où la particule d'impulsion transverse élevée est émise à 900, cas dans lequel la troisième famille est bien sûr symétrique et centrée à rapidité zéro.

(6)

STRUCTURE DES INTERACTIONS A GRAND p,

FIG. 10. - Production de particules chargées dans un intervalle de f 2 unités de rapidité et f 27O d'azimut par rapport à un no émis à 90° avec 2 GeV/c d'impulsion transverse (CERN, ,,h = 53 GeV). Les données sont distribuées en quatre paires de figures correspondant à différents intervalles d'impulsion transverse pour les particules chargées : 400 à 600 MeV/c (a), 600 à 800 MeV/c (b), 800 à 1 200 MeV/c (c) et au-dessus de 1 200 MeV/c (d).

La colonne de gauche montre les distributions de rapidité, celle de droite le spectre de masse de la paire no-particule chargée. Les courbes correspondent aux spectres de masses que produiraient des particules chargées de distribution uniforme en rapidité.

La résolution en masse dans la région du méson p est de l'ordre de f 50 MeV/cZ.

CCRS a mesuré les corrélations entre deux pions d'impulsions transverses élevées produits dos à dos à 900 141. Les données couvrent un domaine important de

JF

^{s et p,.}^Lesrésultats rappellent ceux obtenus dans le cas de production alignée, des corrélations importantes étant observées pour toutes les combi- naisons de charge (Fig. 12)' à ceci près que les corréla- tions ne dépendent pas de l'énergie totale

&

(Fig. 13).

Ce nouveau résultat montre que la ressemblance entre les deux configurations dans le domaine d'énergie des ISR est dans une certaine mesure accidentelle.

Les données de ACHM [IO] permettent une étude globale de la troisième famille (Fig. 7 et 14) qui apparaît comme un excès de particules centré à rapidité zéro et azimut opposé à celui du no d'impulsion transverse élevée. Elle s'étend sur f 2 unités de rapidité et f 900 d'azimut, indépendamment de p,.

Dans cette région le nombre de particules chargées produites augmente de 3,7 It 0,3 unités par événement entre p, = 0,5 et 5 GeV/c (Fig. 14 et 15). La troisième

O

A Z I M U T H

360"

FIG. 11. - Distributions azimutales de particules positives (figure du bas) et négatives (figure du haut) produites entre les rapidités

+

2 et

+

3 avec une impulsion transverse supérieure à 0,5 GeV/c, en association avec une particule positive émise à rapidité

+

^{2 et}

azimut 200 (indiquée par la flèche). Les données sont de CCHK à

f i

⁼^{53 GeV.}

famille est peuplée en nombres égaux de particules chargées et de rayons y (venant de no).

Des résultats préliminaires [19] de la Collaboration Daresbury, Liverpool, Rutherford (DLR) montrent que la multiplicité et la distribution en rapidité de la troisième famille ne dépendent que peu de la nature de la particule émise à impulsion transverse élevée (a*, K r , p') (Fig. 16).

Un groupe du CERN [16] fournit des renseigne- ments importants sur les distributions d'impulsion et de charge dans la troisième famille. La particule d'impulsion transverse élevée (2 à 4 GeV/c) est un no identifié par sa désintégration en deux y (O ⁼900 et

f i

⁼53 GeV). Les résultats portent sur un intervalle de

+

30' autour de l'azimut opposé à celui du no.

Ils s'expriment simplement en fonction des para- mètres x, et p, définis comme suit :

x, est la fraction de l'impulsion transverse du no équilibrée par le hadron chargé dans la troisième famille.

(7)

P. DARKIULAT

p; (charged particle) GeVk 0.1

F 0.01

0.001

FIG. 12. - Production den' à 900 (impulsion tramversep3 dos à dos avec un no d'impulsion transverse supérieure à 3 GeV/c. La quantité F est définie en figure 5 (CCRS).

1- "OPPOSITE SIDE" CHARGED PARTICLES

lS = 30.6 GeV

O

O 53.7 p; (no) r 3 GeVk

-

⁴ 62.4

4 Fully inclusive spectrum at VI= 44.8 GeV

-

4

-

⁴

- -

-

4

- -

- +

-

1 I 1 1 I

" OPPOSITE SIDE " CHARGED PARTICLES 0.4 ⁶p;b 0.8 GeVIc

o 0.8 S p;< 1.2 GeVlc P; ) 3 GeVlc

0 1.2 S p; S 2.8 GeVlc

Vc: GeV

FIG. 13. - Production de n* à 90° dos à dos avec un no d'impulsion transverse supérieure à 3 GeV/c. La quantité F définie en figure 5 est moyennée sur de petits intervalles de l'impulsion transverse y, du TC*, et sa dépendance e n f i est indiquée (CCRS).

(8)

STRUCTURE DES INTERACTIONS A GRAND p,

x pl = 5 GeVIc e p, = 38 GeVlc O pL = 3.0 GeVlc A pl = 2.1 GeVlc

O pl = 0.8 GeVlc

+

pl = 0.30 GeVlc

O

$

Azimuth

-

FIG. 14. - Distributions azimutales des particules chargées (rapidité entre - 2 et

+

2 ) associées i un no à 900 (azimut OU) d'impulsion transverse p, (ACHM,

fi

= 53 GeV).

L J

1 2 3 4 GeVlc

P A

-

1

0

O)

u

3 -

O O. TJ w

g

^{2 -}

L u

-

_O

:

L ⁱ

5 )

z

FIG. 15. - Multiplicité en particules chargées dans un intervalle de

*

¹unité de rapidité et

+

30' d'azimut autour d'une direction opposée à celle d'un no d'impulsio~ transverse p, à 90D (ACHM,

CCR et CERN, Js = 53 GeV).

p , est la composante de l'impulsion du hadron chargé, orthogonale au plan défini par le no et les protons incidents (Fig. 17). Les résultats, essentiels sont les suivants :

t ACHM C C R

9 C E R N SFM

*

O

t

i +

- les distributions en rapidité n'ont pas de dépen- dance notable par rapport à x, (Fig. 18) ;

- 4

T ,

?

-

L

- 3

2

D w

- 2 2 Vi L

-

U _O

- 1

-

0 ?

c

- les distributions en p , restent étroites lorsque x, augmente (Fig. 19) ;

- l a distribution en x, des particules de y , < 800 MeV/c décroît rapidement quoique attei- gnant x, 3 1 (Fig. 20). Elle est très semblable à la distribution en x, des hadrons produits lors d'une diffusion d'électrons profondément inélastique [?O].

Dans le cadre des modèles de partons, et dans la mesure où le no emporte la totalité de l'impulsion du parton-parent, les deux distributions sont identiques au spectre de fragmentation du parton en hadrons ;

- le rapport R entre particules positives et particules négatives dans la région de la troisième famille est de l'ordre de 1,4, indépendamment de la rapidité, pour les particules de x, petit. Pour les particules du grand x,, R est une fonction croissante de la rapidité et atteint R % 2,2 à rapidité 2 et x, > 0,4.

Etudions maintenant le cas de collisions où la particule d'impulsion transverse élevée est produite ailleurs qu'à 900.

Deux groupes [18] avaient déjà observé une légère asymétrie dans cette configuration, les densités les plus fortes correspondant aux rapidités opposées à celle de la particule d'impulsion transverse élevée.

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C2-42 P. DARRIULAT

A A

P O S I T I V E S

-

v

A : O

A

Y

-

H e m i s ~ h e r e

A

- ^A

v"

Mme heoisphere

- 7

A A A

t

N E G A T I V E S

ve

A M ê m e henisphere

r

A A

A

8

I o

1 ^Q

^VO

^v

^O

FIG. 16. - Multiplicités en particules chargées produites dans un intervalle de f 4 unités de rapidité et f 450 d'azimut par rapport à un hadron émis à 900 (impulsion transverse pl) soit dans le même hépisphère, soit dans l'hémisphère opposé. Le hadron à 900 est un n (O, O), un K ( V , V), ou un p (A, A) de charge soit positive (figure du haut), soit négative (figure du bas) (résultats préliminaires

de DLR à

f i

⁼^{53 GeV).}

proton 2

/

proton 1

FIG. 17. - Diffusion à grand p, d'un no à

-

⁹⁰⁰^:décomposition de l'impulsion P d'un hadron de la troisiémc famille.

Tracks 02

in A 9 = 609

Normalization Arbitrary

FIG. 18. - Distributions en rapidité des particules chargées émises dans un intervalle d'azimut de I 300 par rappo-rt à la direction opposée à un no de 2,5 GeV/c à 90" (CERN, Js = 53 GeV). Les figures correspondent à différentes valcurs de la fraction x, d'impulsion transverse du no équilibrée par la particule chargée : x, = O à 0,4 (a), x, = 0,4 à 0,6 (6). x, = 0,6 à 0,9 (c). Une même courbe dans chacune des trois figures aide I'œil à les comparer.

Les nouvelles mesures de distributions angulaires de ACHM [IO] permettent d'étudier cet effet plus en détail. Un a0 est produit à 53O avec une impulsion transverse comprise'entre 3 et 5 GeV/c. On observe que la densité de particules dans la région de la troisième famille augmente au fur et à mesure qu'on s'éloigne de l'azimut du no mais les distributions de rapidité restent centrées autour de zéro (Fig. 9).

Ce n'est que dans un intervalle de f 300 autour de l'azimut opposé à celui du x0 qu'une asymétrie apparaît soudain. L'effet est clair dans le cas des particules chargées, moins dans le cas des rayons y (Fig. 21). Si Son décrit, de façon tout à fait arbitraire, cette asymétrie comme provenant d'une quatrième famille superposée à la troisième famille (définie comme étant centrée à rapidité zéro quel que soit l'azimut), cette quatrième famille a les propriétés suivantes :

(10)

STRUCTURE DES INTERACTIONS A GRAND p,

Number Events Normalizat ion

Arbitrary

Pout (,MeV l c )

Normalization

Arbitrary 60 -

20 -

1 I I I

0 200 400 600 800

Pout ( MeVlc )

1

^, ^, ^,

^"a,.

^-

O .2 .4 .6 -8 1.0 1.2

FIG. 20. - Distribution en x, de particules chargées produites cen- ( C ) tralement ( - 2,3 < y < 2,3) et avecp, < 800 MeV/c, associées à un no à 900 d'impulsion transverse élevée (O) (CERN, fi = 53 GeV).

Norrnalization La distribution en x, des hadrons obtenus par électroproduc-

Arbitrary tion (O) provient de la référence [20].

20

-

I I I I

O 200 400 600 800

t.

M)<Ivlc(80

Pout (MeVlc) - ^C

& a40 -

+

t +

FIG. 19. - Production centrale ( - 2,3 < y < 2,3) de particules $ _{t t +} ^{t t t}

chargées associées à un no émis à 900 (p, x 2,s GeV/c) (CERN, oa - ^t fi = 53 GeV). Les distributions en p, (p,,, sur la figure) corres- :.

pondent à différentes valeurs de Px (voir Fig. 17) : 1,3 à 2,l GeV/c (a), ' _I

1,l A 1,3 GeV/c (b) et 0,6 à 0,9 GeV/c (c). Une même courbe dans ^O

chacune des trois figures aide l'œil à les comparer.

2

^0.40- 4

+

nOclvl.rS0

- elle est centrée autour de la rapidité opposée à celle du no ;

- elle contient en moyenne 0,50 & 0,12 particule chargée et autant de rayons y dans un intervalle d'azimut de & 300.

Des mesures plus fines, avec identification de particules et mesure d'impulsion, sont nécessaires pour comprendre si cette quatrième famille possède des caractéristiques propres qui puissent justifier son introduction autrement que pour des raisons purement pragmatiques.

Dans l'expérience CCHK [ I l où la production de moment transverse se fait entre et 21°, la troisième famille apparaît centrée autour de 900, sans qu'il soit toutefois possible d'affirmer qu'une asymétrie du même ordre que celle observée par ACHM soit absente (Fig. 22). A rapidités élevées on observe une augmen- tation du rapport entre particules positives et particules négatives, tout comme dans le cas où l'impulsion transverse est produite à 900, voire dans le cas des

FiG. 21. - Densités de photons associés à l'émission d'un no à 530 ( p , = 3 à 5 GeV/c). Les courbes correspondent à des interactions sans production d'impulsion transverse élevée (ACHM, = 53 GeV).

spectres inclusifs, indiquant une certaine factorisation des effets de charge par rapport à la production asso- ciée d'impulsion transverse. Une autre information fournie par CCHK confirme une propriété carac- téristique de la troisième famille : elle concerne la distribution en impulsion transverse des particules chargées dans la région centrale (1 y 1 < 2). Aux azimuts voisins de celui de la particule à impulsion transverse élevée les distributions sont identiques aux spectres inclusifs, tandis qu'aux azimuts opposés une forte corrélation est mise en évidence, semblable à celle observée par CCRS [14] dans le cas de production à 90° (Fig. 23).

(11)

C2-44 P. DARRIULAT

FiG. 22. - Densités de particules chargées dans un intervalle d'azimut de

*

361' par rapport à la direction opposée à une particule positive de grand p, ( > 2.5 GeV/c) émise à l'avant ( y = -2)

(CCHK, J;= 52,s GeV).

POSITIVES NEGATIVES

FIG. 23. - Distributions invariantes d'impulsion transverse de particules chargées produites centralement ( - 2 < y < 2). asso- ciées à une particule positive, p, > 1.5 GeVIc. émise à y = - 2.

Les croix correspondent à un intervalle de

+

18" en azimut par rapport à celui de la particule à grand p, et les cercles à un intervalle de

+

36O par rapport à l'azimut opposé (CCHK, d ' s = 53 GeV).

5. Conclusions. ^-La richesse dcs récents résultats concernant l'étude des états finaux d'interactions avec production d'impulsion transverse élevée nous a permis d'en préciser la structure :

- Une première famille de particules semblable aux produits de collision d'une interaction courante, non diffractive, à énergie totale

- Une seconde famille (moins d'une particule chargée par événement et à peu près autant de rayons y) de particules produites au voisinage de la particule à grand pl, et partageant avec elle quelques propriétés

communes qui suggèrent que cette famille soit issue d'un même parent. Il semble peu probable que des résonances du type p, o, cp jouent un rôle important à cause de la grande similitude entre les corrélations n'-no et no-ni. Il faudra répondre à plusieurs questions pour comprendre la source de cette seconde famille de particules : les distributions en x, et p, y sont-elles les mêmes que pour la troisième famille ? Comment s'effectue la transition à partir de la structure en clusters observée dans les interactions courantes, sans production de grand pl ?

- Une troisième famille de particules, centrée à rapidité zéro et azimut opposé A celui de la particule de grandp,, contenant en nombre égal hadrons chargés et photons. Sa multiplicité croit avec pl (de 3,7 f 0,3 particules chargées entre 0,3 et 5 GeV/c). Ses dimensions angulaires sont grandes : f 2 unités de rapidité et f 90° en azimut. En premiére approximation elle n'est pas affectée par la composante longitudinale de la particule à grand pl. Seul un petit nombre de particules (- 0,5 particule chargée par événement) équilibre une fraction appréciable ( > 30 0/,) du moment transverse; elles restent au voisinage du plan défini par les protons incidents et la particule à grand p, (( p, ) z 400 MeV/c), mais couvrent une grande région de rapidité lorsque la particule à grand p, est produite à 900. Que deviennent ces particules lorsque l'émission de grand pl se fait ailleurs qu'à 900 ? Sont-elles responsables de la légère asymétrie en rapidité observée dans certaines expériences ?

Il devient maintenant essentiel de comprendre pourquoi la troisième famille couvre un si grand intervalle de rapidité. Dans les modèles de partons les plus simples on s'attend à observer une production coplanaire de deux jets hadroniques dans chaque interaction. L'un d'eux serait aisément identifiable à la seconde famille. L'autre serait produit autour d'une rapidité moyenne variant d'événement à événe- ment à cause de la différence d'impulsion longitudinale entre les partons incidents. Dans ce cas la troisième famille ne semblerait couvrir une grande région de rapidité que parce qu'elle est mise en évidence en moyennant les densités de particules sur un grand nombre d'interactions. Mais événement par événe- ment elle aurait des dimensions semblables à celle de la deuxième famille. Pour répondre à ces questions on se heurte à de grandes difficultés si le nombre de particules affectées par la production de grand pl (pas plus d'une particule chargée de chaque côté) est aussi faible que les résultats actuels semblent l'indiquer.

Les études de corrélation cherchant à mettre en évi- dence un jet dans la troisième famille sont noyées au milieu des particules de faible impulsion transverse de la première famille. Pour cette raison priorité devrait être donnée à des expériences à très grand pl (> 6 GeV/c), de préférence dans la région centrale pour éviter les complications cinématiques, mais légèrement décalée par rapport à 900 pour permettre

(12)

STRUCTURE DES INTERACTIONS A GRAND p, C2-45

la mise en évidence d'une éventuelle influence de la A FNAL, et plus tard au SPS, la possibilité d'utiliser composante longitudinale. des faisceaux de types différents et de déclencher à Le programme actuel des ISR devrait permettre de l'aide de calorimètres hadroniques devrait encourager répondre a ces questions dans un avenir proche. une génération nouvelle d'expériences importantes.

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