Эмиссии фотонов и лентонов при квантовых переходах в непрерывном спектре диядерной системы тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

Г'ГЗ СП

На пранач рукописи

КОРИ 1JH Ллскгеи Стннлсличоннч

ЭМИССИИ ФОТОНОВ И .ПЕПТОНОВ ПРИ'КВАНТОВЫХ ПЕРЕХОДАХ 13 НЕПРЕРЫВНОМ СПЕКТРЕ ДИЯДЕРПОЙ СИСТЕМЫ

Апторсфсрат днггецтпцпи на сопгк.-шип ученой стоппш ' к;н1д)!д;гга »(жшко-матсматичг.гкнх наук

Сигплхтыюггь: 01.0-1.02 - тсорстичгск^я <|IJI.T.II;;L

Воронеж 1097

Работа пыполнсна на кафедре теоретической физики Воронежского государственного университета.

Научный рукоподитель: доктор фт.-мат. наук, • профессор И.В. Копытнн

Официальные оппоненты: доктор фнз.-мпт. наук,

профессор С.Г. Кадмснскнн

доктор фил.-мат. наук, вед. и. с. 10.М. вильекш!

Ведущая организация: Институт ядерных

исследований РАН 0

Защита диссертации состоит«! " '' ^^'Л-орЯ 1997 г. и с~~ часон на ласедшшп диссертационного совета К' 063.48.02

при Воронежском государстшчшом уштеренте' е по алресу: 39-1693, Воронеж, Университетская »л., 1, ВГУ.

■ С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежского государственного уштерппета.

Автореферат разослан " 2^1'' I 1997 г.

Учении секретарь ; /

Диссертационного совета ■ //

кандидат технических наук, до^пху ц/^У^ В.)]. К л

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность тЬмы диссертации

о

Одним га главных направлений экспериментальной и теоретической ядерной фтопки последнего времени является .изучение физических процессов, стимулированных поЦ-ионнымн столкновениями при исреллтшшстскнх энергиях (20151) Мл В/нуклон). С одной стороны, это обусловлено введением в действие соответствующих ускорителей тяжелых поиоп п исследовательских программ в крупнентнх ядерных центрах, а с другой — ценностью получаемой в процессе исследования информации о динамике ядро-ядерного соударения, о свойствах ме^хъядерного взаимодействия, о деталях ядерной и атомной структуры сталкивающихся частиц; о механизме реакции н др. Источником такой информации являются не только прямые процессы как результат лдерных реакций, но по многом и относительно более слабые вторичные процессы, стимулировании« иоле:! динамической днядерной системы, которая образуется нрн ядро-ядерном столкновении. Эти процессы, кате пргшн-ло, сопровождаются змпссней вторичных частиц. Исследование физических .тар актер нет п г: таких частиц позволяет не гс.плп потггь природу явления, по нередко получить ¡1 прецизионные данные о механизме столкновения и о ядро-ядерном изапмоден-стши, недоступные при анализе прямых процессов и упругого рассеяния. Именно вторичные процессы являются предметом изучения в дайной диссертации.

Несмотря на сравнительно успешное пкепернменталыюе исследование сиектроа пторичных частиц, испускаемых п ядр<? ядерных сго.ткнопениях, солдат: не последовательной теории птнх процессов затруднено, гшиду существенной многочдетич1 иости проблемы, и треОует модельного подхода. Существующие п настоящее время модели многочисленны, но практически ИИ одна из них ие молгет претендовать на достаточно полное микроскопическое описание изучаем!,гх явлении. Главные недостатки многих из нмгетшгх моделей зактючаютоя л следующем: . .

- наличие свободных параметров препятствует пониманию физической сущности явления;

- ограниченно на массы сталкивающихся ядер сужает круг • исследуемых реакций;

- KnaiiiODuc объекты необоснованно рассматриваются в классическом или полук.пи < нчееком подходе.

Предсташгястся, что наиболее перспективно для построения теории изучение вторичных процессов на основе механизма, аналогичного ядерному тормозному излучению. С плюн сто- ■ ропы, такой подход является микроскопическим, по< кольку позволяет рассматривать акт эмиссии вторичной частицы как результат кпаитошго перехода между состояниями непрерывного спектра динамической диядерпон системы, а с другой, он универсален н, кроме того, также объясняет появление в спектре кумулятивных частиц с энергиями, превышающими энергию столкновения в расчете на одни нуклон.

Физической »механизм тормозного излучения был использован при рассмотрен!!и эмиссии жестких фотонов [1] и нодпоро-гозых зг-мезоной [2]. Ядро-ядерное взаимодействие учитывалось ю рамках киантово-оптпческон модели (КОМ), гланньш достоинством которой является отсутствие свободных параметров Несмотря на сравнительно успешное описание экспериментальных данных и ядро-ядерных реакциях, существенное расхождение с зкелерпменто.и наблюдается при исследовании, капалось бы, более простых нуклон-ядерных столкновении [3]. Причины данного факта неясны. Возмолаю, это связано не с идеен, а с расчетной схемой, базирующейся п))Н описании относительно-.го движения сталкивающихся ядер на приближении < плоскими волнами. Таким образом, актуальной проблемой 6л дет кардинальное усовершенствование расчетной схемы КОМ, что также является целью диссертации.

Помимо процессов эмиссии жестких фотонов п подпорого-вых пионов, для которых ндел «тормозного* механизма оказа-(лас в плодотворной, на со основе можно попытаться исследовать 11 другие вторшпше процессы, пока недостаточно изученные теоретически, хотя эти проблемы также актуальны. К пх числу можно отнести эмиссию ¿"-электронов, рождение днлептон-ных пар, столкновнтельный /2-распад стабильных изотопов и др. Для этих целей наиболее подходят процессы, обус топленные действием электромагнитного ноля, поскольку, во-первых.

структура, плектро:магнитного юаимоденствн;! хорошо нзпест-IIЯ, n, DO-DTOpMX, nonycKill'MIJC ЧасТИЦЦ НС ПОДПерГаК )Т С Я СИЛЬНОМУ иоздейстпни со стороны ядерно)! среды. Некоторые из этих процессов. например, дилептопное ро.кденне н иыОипание £-:мектр01юп-щи! столкновениях тяжелых попои промежуточных: :шерпш ПОКА ."НССПсрИМСНТОЛЬНО НС НССЛеЛ01)а1Ш, и результаты их теоретического изучения полезны не только сами по себе, но и необходимы при планировании таких гжепернмецтоп в будущем.

Цель диссертации'

Основной целы» настоящей диссертации является построение теории кпантопмх переходоп мелсду состояниями непрерывного спектра лдро-ядернон системы под действием злектромпг-тггных полон (при промежуточных энергиях столкнопеиня). I) длиной днссер'.'лшш рснпготся следующие конкретные задачи:

1. Усовершенствование теоретической' схемы квантопо-оптнчеасой модели из рдбот [1.2] за счет учета иелокадь-пости оптического потенциала.

2. Исследование нового процесса — пми'.'спи лептоиоп (олг.к-тропот» п познтропоп), стимулированной пон-поишл;.ш

гтолкпопсниямн.

3. Разработка новой теории, осноиашюи на отказе от приближения с плоскими волнами [1.2] при рассмотрении процесса сгмкнопсиия, для понынюння точности расчетной схемы. . а

■1. Нсследоианне характеристик электромагнитного и леи- < тонного излучений на основе полой теории.

5. Тестирование известных теоретических и эмпирически?: оптических потенциалов по характеристикам .-электромагнитного II лептониого излучении, н том числе п п плане получения ответа на вопрос (фундаментального по,'лдка — . должен быть плп нет в потенциалах гсчанмодемстпия легких ядерных частиц отталкнвателыгыи жор».

Научная новизна и .значимость работы

В работе на Gaie «тормозного» механизма эмиссии рассчитываются спектральные и угловые характеристики высокоэнерге-тнческих вторичных частиц в пон-нонных столкновениях про-межуточйых энергий.

Впервые для ядро-ядерных соударешш проводится прямой расчет амплитуды процесса, эмиссии быстрой частицы в коор-I, дннатном представлении с волновыми (функциям!!, найденными численным решением уравнения Шредингера п оптическом по тснциалс. Используется мультнпольпое разложение как для вол- . новых функций, так и для оператора рождения частицы.

Впервые исследуется влияние иелокалыюстн потенциала . межъядерного взаимодействия на наблюдаемые характернсти-j ici! вторичных частиц, о

' Впервые на примере эмиссии "жестких фотонов формулнру-

I е.тся критерий дзшольности излучения п непрерывном' спектре при палинш короткодействующего ядерного потенциала.

Впервые исследуется лептониое излучение в области промежуточных энергии столкновения.

Тема, разливаемая в диссертации, являогсч плановой в каучио-исслецокатпльской работе кафедры теоретической фи. энкн (помер гос. регистрации (Л.9.СОООМ57) и входит и тематику следующих грантов (руководитель — приф. Копытин IÍ.B.):

- грйнг №95-02 0ÚG74 Российского фонда фу'цдаменталь-. них исследований »Исследование столкновнтелыюго бета-

распада протока н стаб'нлышх ядер >;

— грант К=9о-0-С.1 -11 Конкурсного Центра фундаментального естествознания при С.-ПбГУ »Стимулирование радиоактивных ядерных превращений н эмиссии быстрых частиц ион-ионными столкновениями»:

- - 3 .гранта Администрации Воронежской области в период . с 1993 по 1995 г.

Основные результаты; выносимые па защиту

•1. Разработана обшая теория, позволяющая исследовать процессы эмиссии быстрых вторичных частиц, стимулпрован-

ш.тс ион-ношш.мн столкновениями в диапазоне промежуточных энергий н обус.ктленные электромагнитным полем. Ее достоинствами ямляпляются отсутствие подгоночных параметров и ограничении на массы сталкивакпцпхей лдер, а также реализация в координатной предстаашнт расчетной схемы, позволяющей получать замкнутые выра- ■ ленпя для дифференциальных ссчошш процессов эмиссии • жестких 7-кнаитоп п быстрых лентоноп.

2. Проведено уточнение ранее известного варианта квянтово-оптнчгекоп модели процессов .эмиссии вторичных частнп за счет учета энергетической зависимости параметров оптических потенциалов. Показано, что учет нелокалышетн таких нотенппалов заметно влияет на характеристики вторичных частиц,

3. Использование, ыульчипольных разложении позволило уточнить критерий д.Тя дппольного приближения при рае-четах вероятности квантовых переходов между состояниями непрерывного спектра в короткодействующих потен-шимах типа Вудса- Саксоиа. Это, по-первих, кяй и з ку-лоновском note, должен быть псрелятшшстскип диапазон столкнонитслышх энергий, п, со-г.торих, выполнен'.!« дополнительного условия Е„ап « lie. где Еп — пнергпя вторичной частит.! (фотона или днлептониой нары) и ав — параметр днффузностп потенциала.

Î. Па основе анализа спектральных и угловых характеристик жесткого электромагнитного излучения при протон-ядерных п ядро-ядерных столкновениях показано, что «тормозной» механизм генерации доминирует и столкно-вптельных 7-снектрах при энергиях фотонов от 30 МдВ до 100 МэВ, а в случае нротои-ядерних столкновении — практически до кинематического предела реакции.

5. Показано, что в нейтрон-ядерных столкновениях выход тормозного 7-нзлучення сравним но величине с его выходом в протон-ядершлх реакциях. ' . '

G. Выявлена высокая' информативность спектров быстрых электронов н позитронов, появление которых обусловлено

процессом днлептошюго рождения п поле столкиовитель-ньтл: партнеров.

7. При исследовании симметричных систем выявлены различия в формировании тормозных диподьного и квадруполь-

1 Ног» излучений. В частности, в реакции (о., ¿»7) в иысо когшергстичесшй части спектра наблюдается максимум, тогда как в излучении несимметричных систем в тормозных спектрах наблюдается экспоненциальный спад выхода ' • излучения с рост ом энергии фотона.

8. .Выявлена чувствительность фотонных и лептонных спек-трои к поведению на малых расстояниях волновой функции относительного движения в столкнопительиой а — п-сисгеме.

Практическая ценность работы

Разработана расчетная схема, позволяющая на ос попе «тормозного» механизма генерации вычислять характеристики Электромагнитного и лоцтоиного излучении в ядро-ядерньтх столкновениях промежуточных энергий и реализующаяся в двух приближениях по enocoüy описания процесса столкновения: с плоскими и с искаженными шлшшп.

. Относительно (шлее престал расчетная схема, разработанная на основе приближении с плоскими волнами, позволяет делать достаточно наделение предварительные, оценки величины выхода частиц. Это подтверждено в известных ядро-ядерных реакциях сопоставлением результатов расчета сечснни эмиссии 7-квактоо в .ядро-ядерных реакциях с экспериментальными данными.

■ Отсутствие свободных параметров и достаточная адекватность реальной физике процесса'делает разработанную теоретическую схему прецизионным инструмен том для независимого тестирования межъядерних потенциалов и зарядовых распределений. .

Теоретическое изучение не исследованных в настоящее время явлений позволяет поставить экспериментаторам новые па-дачи, а также выработать оптимальные условие для проведения соответствующих экспериментов'в будущем.

Апробация работы и публикации

Основные результат i.t исследования онубликопаны п журналах «Ядерная физика* «Известия РАН. Серия физическая»!! в тс »псах докладов, сделанных на следующих конференциях:

«Ядерная спектросмшия и структура атомного ядра» (44 .Международное соксшание. Лу(жа, 21 24 июня 1994 г.):

«Ядерная спекшим копня и структура атомного ядра» (45 Международное < пиешание. С-ПеторОург, 27-.*?() нюня 1995 г.):

«Международное Сицешанне по физике ядра« (4G Совещание по ядерной щек i роскотши и структуре атомного ядра. Мо. кнл. 1!) 22 нюня 19% г.);

'•Свойства ядер, удаленных от долины стабильности» (47 Международное совещание но ядерной спектроскопии и ст рук ¡ \ ре а томного ядра. Оонинск. 10 нюи я 1997 г.).

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит ил Введения, четырех глав, Заключения п Приложения. OCiimui ооъем диссертации составляет 150 ст|1аннц машинописного текста, включая 7 таблиц н 21 рисунок, a также синеок цитируемой литературы из 89 наименовании.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

По Iíae<)nutm дается литературный обзор «• ана-ш.юм существующих моделей эмиссии вторичных частиц и ион-ионных столкноненнич промежуточных энергии. ставятся основные зл-дачи. р(чнаемые и диссертации, и приводится краткое содержание отдельных ее глав.

I! клане 1 (раздел 1.1) формулируются ш .-.одпые физические положения кшштоно-оптпческоц модели, применение которой к описанию лмиссни вторичных частпн в ядро-ядерных стодкнонепиях [1.2] показало, что во мноюм они действительно могут соо те ге снова ть реальной физике явления:

а) эмиссия вторичной часта!,, нрон< ходит на началыюн < садни соударения, что позволяет. рш:< ми г рпвнть проце< < как периферийный; • .

б) межъядерное поле мом;»к> моделировать оптическим но тшщиалом.

Оптический потенциал, представляет собой функцию ме.-къ-ядерного расстояния, п общем случае, комплексную, с параметрами, зависящими от энергии столкновения, и позволяет ( вести многоканальную задачу рассеяния к потенциальной. Параметры оптического потенциала не подгоняются для обеспечения соответствия рассчитываемого эмиссионного спектра, полученному в эксперименте, а берутся готовыми из анализа экспериментальных данных по упругому рассеянию либо вычисляются в микроскопическом подходе. , . В разделе 1.2 вычисляются амплитуда и сечение процесса. Вводится оператор эмиссии високоэнергетнческой частицы иод действием электромагнитного поля. В с.ц.и. он имеет следующую структуру:

х (-1)А+1р + ^ р| - . (1)

Здесь — массовое число ядра А (индекс Л полагается рапным 1 для налетающего ядра и 2 — для ядра-мишени, в последующих выкладках он используется и как управляющий); Р. = (.4]П.1 + АгИ\,г)/А1 — координата центра масс двухъядер-ной системы, г = К] ~ В-2 — относительная координата; Яд — координата центра масс ядра Л; — координат» 1-го нуклона ядра А, отсчитанная относительно его центра масс; Л/ = ЛгЬ^',

д - О

Л. 12- — А\А2/А1\ р = -¿Л у,-, Р =• -Ш /» — постоянная План-

.9 •

е."

ка, с — скорость света, а ~ —- — постоянная тонкой струк-. 11£ туры, Щн — масса нуклона; = 1 -- для. протона и 0 — для

нейтрона; индекс а идентифицирует испускаемую частицу. Обозначения Е„ и к„ соответствуют энергии и импульсу частицы а. Множители, а'"' а М"1 определяются типом исследуемого процесса и могут содержать операторы, действующие на спиновые

переменные частицы о. Н выражении (!) прснебрегаетея действием ш'Когсрснтногп источник».

Полновая функция динамической днядермон системы п с.ц.и. выглядит следующим о>>ра:ч).ч:

Здесь индекс ,ч идентифицирует состояние системы, ЛК„ -- импульс системы как целого и этом состоянии, кк, относительный импульс, функция" г: | задает внутреи-'

нее состояние ядра А (Д1Л> •• соответствующий набор кпанто-вых чисел). Б настоящей работе рассмотрение процесса эмиссии быстрых чаетни проводится в с.ц.м., и и дальнейшем полагается К, — О. Волнонаи функция относительного движения ядер »/{к,, г) удовлетворяет уравнению Шредши ера с оптическим потенциалом (непрерывны!! спектр):

• ^„г) (- - и^[Це„г)} '/(к,,г) - 0,' (3)

!<<!■■■: ■ •

где /I = ш у Ли - приведенная масса, е„ —--- - пиергця отно-

2/1 .

сительного движения в состояние. I"), ■ оптический'

потенниал (без учета кулонов» К(<)1 компоненты).

Согласно предложенному «тормозному» механизму, акт эмиссии быстрой чаетниы представляется как результат свободно-свободного квантового перехода между состояниям» 1«) и [/) нернерыиного спектра динамической диядерной системы (индекс I отмечает начальное состояние системы, / — конечное). Сечение процесса может быть найдено по нппестнон-формуле

П КОТОрОИ

полная энергия состояния |я) (« '= г',/), — энергия воз-

буждения ядра А н состоянии ¡а), — г/ед Л( — полная масса сталкивающихся ядер.

Для ВЫЧ1ГСЛС11Ш1 амплитуды П]»^« ■ ! А/'"1 Требуется знание явноговида. функций г/(1с,.,г), который иолучнп. непросто, поскольку аналитическое решение уравнения (Л) с потенциалом типа Вудса--Саксона отсутствует. Тем не менее, данная трудность может быть преодолена различными способ,- п в панн, спмости от иыбрапного диапазона сч'олкковптельных знергнй. , В работе рас.сматрнвыются два. способа получения фун1 мпн

1) модельное представление на основе дополнительных предположений;

2) численное решение уравнеши (3).

Каждый из птнх способов рассматривается подробней

. В ^параграфе 1.2.1 амплитуда рассчитывается в первом порядке теории волмз'шешш по межъядериому взаимодействию. «Невозмущенное» решение уравнения (3) представляет собой плоскую волну: ,

_ »/(к„г)«ел". • . ■ (5)

В приближении с плоскими полипмп амплитуда процесса имеет следукш(ую структуру:

Л/,в) ]Г (П.^ОниШи + иС,т{Е0)11|»). {6}

: л=;'.2 . -

Здесь - •

; , а1ш(Еа) =: £ И {Е, ~Е»+ Е„Г' («I; '

И

' с„„ (Д.) = |п> Г«)-1 <«|-

функции Грина; (7 — межъядерное взаимодействие; нпдекс п отмечает -промежуточные состояния системы. Рассматривается «прямот механизм генерации излучения, не зачитывающий вклада кол лективных возбуждений ядер типа гигантских розонансов (это оправдано нрн анергиях быстрых частиц от

30 .\'ЫЗ). Лодстантля (2) и (1) п (()) и учитывая приближенно (5), получаем:

Л/<" = (2а)3 ЩК/ + К) (7)

л1 ,'1

Здесь

м

»'А''Гд(,)(к<.)®л}; (8)

Вд ^'(е/.чл^к, - и^Це^пх)

к/ 4- (—1 )л+ 1 к„ •'»а

(2) ¿Л X

А,-,

чд^-^-и-!)*^*

переданный импульс (и работах (1, 2] различия между и{о,л)(а,Ч\) " и.^л>(е/, С1д) не Лмчдоет,); ~ энергетиче-

ские знаменатели;

Уд(в,(кп)=Ь<в^д(кв);

%

1-1

Для получения спектральных и угловых характеристик испускаемых частиц сечение (4) необходимо проинтегрировать по К/, к/ и просуммрропть по поскольку эти величины в ннклюэшшых экспериментах, как прашгло, не фнк ируются. Если исключить ил рассмотрения акты эмиссии с иэмененнем

внутренних состоянии сталкшщкицпхси ядер, то выражение (9) упростится:

У ■

где и /л(к,1 - - соответственно зарядовое число и форм-фактор ядра А.

Таким образом, «формулы для сечения эмиссии быстрых частиц, полуденные в приближении е плоскими ио.шами, удобны . н имеют ясныii физический смысл как фурье-преобразование межъядерного взаимодействия по переданному имн\льсу. Использование импульсного представления делает расчетную схему достаточно простои, чтобы по многих случаях были возможны вычисления в замкнутой форме.

В параграфе 1.S.2 оценивается влияние учета'.зависимости параметров оптического потенциала от энергии столкновения на величину сечений, полученных в приближении с плоскими волнами. Показано, что разнчне, между сечениями, рассчитанными с амплитудой (8) и по методу, предложенному в [1,2], увеличивается с ростом энергии столкновения н при c¿ > 71) МэВ становится двукратным..Этот эффект может нрояшггься в выт сокоэнергетйчоской части спектра.

В ■параграфе 1.2.'i расчетная схема КОМ усовершенствуется за счет отказа от приближения (5), поскольку оно не обеспечивает количественно надежные результаты при рассмотрении нуклон-ядерных реакций. В ионом методе, называемом приближением с ис.кажммыхт волнами, при вычислении амплитуды используется прямой расчет матричного элемента-оператора (1) с волновыми функциями )/(líj,r), найденными численным решением уравнения Шредингера (3) в оптическом потенциале. В настоящей работе данный метод является основным.

В дальнейших расчетах использованы мультппольные разложения в сферической системе координат как для волновых функций:

так и для оператора (1) (его экспоненциального множителя):

в 4я. sr ¡'М^-аг)У1т(^)УМ, <рЛ (Н)

•Здесь углы Я = ((>, + ) н 5-'г (вг. г>г) иаднют направления векторов г ч к. соответственно (т нсполкюмано стандартное обозначение для сферических гармоник; - ■ сферическая функция Бесселя, /?/(/■.<.. г) ■ - радиальная волновал функция (в общем случае комплексная), шмшн вид которой в случае сферических ядер находится численным решением радиального уравнения Шредннгсра с комплексным потенциалом:

1 А (г,ЛЬ(К,г) +

1-' <1г V г

+

К-'ЦУ-'- г)

Л|(*.>)=* 0.

Граничными условиями являются требования, налагаемые на асимптотическое поведение функций Л((А.\,г) ['1].

Из разложений (]()) и (11) следует, что амплитуда процесса в приближении ( жкн/Ьршшмн волнами тлеет структуру, аналогичную (7), но г другими множителям» Вд и Ъ,\: '.

' 1 ь 1.М Г,,,' '

1 ' а1 г.м '

х 5 с,,/1И/, у-/) 1 )'л, (0а, ) С', '1Ы „(, С[» т (Ь, к/, (,■„). Введены следующие обозначения:

<1г 2т

^Д/,,/.у,/-,,) = у л^П^^кг^г)^^.,-)^^-

п,„ „„ = у/[Ъц + I). ..(--Ч, + 1):

- коэффициент векторного сложения; £ циклические орты {ц — 0, ±1); иу = к„Лу>/Лх. Все углы отсчитываются в сферической системе координат относительно направления, задаваемого вектором к;. Таким образом, приближеннее искаженными, волнами требует вычисления радиальных интегралов (12). ■ ^

Если эксперимент не позволяет фиксировать состояния поляризации испущенных частиц, то но этим характеристикам необходимо провести суммирование. Данная процедура индивидуальна для каждого типа частиц.

Раздел 1.3 Содержит параметризацию некоторых известных из .эксперимента оптических потенциалом н зарядовых форм-факторов.

Глава 2 посвяшена электромагнитному излучению в нуклон-ядерных и ядро-ядерных столкновениях. В раздели 2.1 получены замкнутые выражения для сечении .эмиссии фотонов в приближениях как с плоскими, так и с искаженными волнами (с суммированием но состояниям поляризации фотонов). Данные выражения достаточно громоздки и здесь не приводятся. Оператор испускания -у-кванта. Яд1' получается из если в

(1) положить (И") = б'1' = 0. а'"' = а'7' — и. где и единичный вектор поляризации (ротона.

В разделе 2.2 выполнены расчеты "/-спектров в приближении с искаженными волнами с использованием потенциалов, найденных в упругих процессах.

В параграфе 2.2.1 исследовано электромагнитное излучение в нуклон-ядерных столкновениях. Па примере реакции р(140 МэВ) + 12С, 27А1 и р(1С8 МэВ)4- 1МТЬ оценивается влияние высших мультнполей. Показано, что при рассмотрении эмиссии 7-Квантов с энергиями до 100 МзВ достаточно ограничиться лишь учетом компоненты Е1. По результатам расчетов сформулирован критерий диполиностп в непрерывном спектре. Он заключается, во-первых, в иерелятивнзме сталкивающихся партнеров, а, во-вторых, в выполнении условия Е„ао <С Ьг при наличии короткодействующего потенциала тина Вудса С'аксона, где по - - параметр днффузпости. В динолыюм приближении зарядовая зависимость входит в формулы для расчета сечении в

виде так палшмемого эффективного наряда множителя

возводимого п квадрат, где /лСч) ' зарядовый форм-фактор ядра Л. . .

13 том же параграфе рассчитаны тормозные 7-епсктры а тех протон-ядерных реакциях, а которых ■приближение с плоскими волнами покапало неудовлетворительные результаты (см. (3J): р( 72 Мл В) + 1?С, ":'Сн, тЛц, 1<лАи. 13 настоящей работе в приближении с искаженными полна;,!!! получено неплохое согласие с, экспериментом.

Поскольку экспериментальные данные по эмиссии жестких фотонов и нейтрон-ядерных реакциях отсутствуют, в работе проведено теоретическое изучение основных закономерностей процесса. Исследованы столкновения п(7,15,20 МзВ) ц

и(1П М:>В) 4- '"Са, n*Sit, wsPb. Показано, что выход ',-кг.анто!) п нейтрон-чдерпых столкновениях сравнпм с их пыходом и протон-ядерных реакциях. Данное обстоятельство является как следствием близких по порядку величины значении* эффективных нарядов (13), так и незначительной роли кулоиовского пл.".-имоденстпия.

Недавно п работе [j], был получен оптически» потенциал, п()ИГодный для описания рассе/.пия о системе u + 2asPb п достаточно широком диапазоне энергий до 1G5 МзО. С этим потенциалом был рассчитан спектр тормозного получения для энергии нейтрона £¡ — 20 МэВ. Отмечается нерегулярное поведение величины «/a'"1'¡dE-ydíly п зависимости от энергии -кванта п диапазоне 5 Мл В ¿ Е~, ¿ 15 МэВ, lio отсутствие экспериментальных дашщх по тормозному излучению нейтронов и этой области не позволяет сделать заключение о наличии п спектре фотонов полученного пика.

С другой сторопы, поскольку особых физических оснований, позволяющих обосновать наличие такого пика в спектре, найти не удалось, была предпринята попытка сгладить Kpimym и ■ области от 4 МэО до 12 МзВ за счет варьировать! параметров потенциала из работы [5]. Выяснилось, что наибольшую чувствительность пик в тормозном спектре проявляет к глубине поверхностного члена п мнимой части оптического нотеиип.иа.

Ее уменьшение па 25% снижает величину'.максимума оолыпе, чем на порядок. В то же премч,полное и дифференциальное сечения упруюго рассеяния гораздо м- нее чувстпнтелыш к изменению этого параметра.

Такие результаты неудивительны, поскольку в принятой модели формирование тормозного излучения ирнеходит главным образом п поверхностной области ядра, где градиент оптического потенциала максимален, тогда как в упругом рассеянии особенно важны объемные члены. Отсюда вытекает, что исследование тормозного и.злученпя может давать более точные сведения об оптическом потенциале, чем упругое рассеянно, по крайней мере,-в отношении о тдельных «то компонент. С этих позиций экспериментальное исследование фотонных спектров в нуклон-ядерном рассеянии, помимо самостоятельного интереса, по .выяснению природы излучения, может использоваться для решения обратной задачи - тестирования оптических потенциалов, обычно отличающихся неоднозначностью вводимых параметров, с помощью исследования неупругих процессов.

В параграфе 2.2.2 оценивается вклад поляризационного механизма, обусловленного разрядкой электрических днпольно-го и кпадрупольного гигантских резонансна. При рассмотрет нни нейтрон-ядерных реакций существующие экспериментальные данные заставляют ограничиться энергией столкновения 20 МэВ, и нижняя граница спектра опускается при этом до ~ 1 МэВ, где вклад данного механизма может оказаться значительным.

Оценки показали, что во всех случаях максимум величины сечения ¿Ри^/^ЬуШ.,- в процессе, обусловленном поляризационным механизмом, составляет от 2 до 12 нби/(МэВ ср) н зависимости от начальной энергии нейтрона и направления вылета 7-ква'нта. Эго более, чем на два порядка, ниже вклада прямого механизма.

В параграфе 2.2.3 в рамках метода, с искаженными волна-'ми рассчитываются сечения эмиссии ^-квантов в некоторых ядро-ядериых реакциях, рассмотренных ранее в работе [1] с плоскими волнами: ,()Аг+ 1<лАн (30 МэВ/нуклон), 4(!Аг+ и,нС<1 (44 МзВ/нуклрн), м.\г + '^Р!. (30 МэВ/нуклон), :1Не -!- 143 Бн) (27 МэВ)-, 12С + (84 МэВ/нуклон). Как и в работах [1,2], межъядернын потенциал моделируется суммой однонуклоиних

оптических иотеншгалов (их шчцестпенных частей), полученных из ап;\ли.1л экспериментов по упругому рассеянию. Показано, что нош,ш метод позволяет удовлетворительно воспроизводить экспериментальные -)-спектры не только по форме, но и по абсолютной величине. Выпилена та к;.; о высокая чупстшггель-яоеть расчетной схемы к величинам параметров оптических потенциалов.

В разделе 2.3 оценивается влияние кулоновского взаимодействия на. величину выхода 7-квантов. Расчеты фотонного выхода на чисто кулововском потенциал!! показывают, что в указанном энергетическом диапазоне влияние кулоновского поля пренебрежимо мало.

В гмюе 3 в рамках «тормозного» механизма исследуется новый процесс —- эмиссия быстрых лептоноп в ядро-ядерных столкновениях. Процесс эмиссии рассматривается в приближении запаздывающего взаимодействия [С). Оператор берется в виде? **"

(11)

Здесь г* — - координата /-го нуклона ядра Л; =

(ср(г}),}(1-))) - нуклоннын, У'(г) - лептонный 4-токн перехода; р(т--- зарядовая, ](г *) -- токовая плотность /го нуклона ядра Л; Лг/>::) —- суммарная энергия испускаемых в одном акте лептопои; слагаемое /( введено для обеспечения аффекта запаздывания. Оператор (1-1) содержит в себе два канала: рождение электрон-познтроиных пар п выбивание электронов из ионных оболочек.

В р.зздело 3.1 исследуется каши дн.тептонного ро:гсденпя. В этом случае оператор (14) может быть приведен к виду (1) с константами Еа ~ Е,- + /?,.+ , 5с„ — (|,

О

где IicI-q ~ £,. -f + , q ~kc- 4 . Et~(li;.t) н kt-(kr+) соответственно анергия и импульс злеглрона, (политропа). г<„(к) н г,,(-к) соответственно электронный и нозитроиний биспн-иоры, 7 и 7° — матрицы Дирака.

Амплитуда ироцессн состоит m двух компонент. Процесс, соответствующий поперечной компоненте, может интерпретироваться как рождение виртуального фотон», с его последующим превращением в дилептошгую пару. Продольная компонента соответствует рол;дению пары кулоиовскнм полем ядер.

Сечение рассчитывается в приближениях с плоскими и искаженными волнами. Покачано, что при ультрарелнтивнстских значениях энергии лептонов ¡электронные спектры совпадают с познтрошилми. Полученные формулы'громоздки и эдесь не Приводятся. ¡>

В раздел« 3.2 исследуется выбивание электронов из ионных оболочек. Д-iri упрощения выкладок рассматриваются. А'-электроны.

Раздел 3.3 посвящен численным расчетам сечений лептон-. ной эмиссии. Поскольку экспериментальные данные по эмиссии ультрарелятивнстских лептонов (с энергиями выше 2(1 МэВ) отсутствует, исследуются лишь теоретические закономерности ' в нопе^сшш спе ктр ал и ¡о лтдо в и х характеристик испущенных электронов и позитронов. 7J параграфе 3.3.1 рассматриваются ядро-ядерные столкновения: л0Аг +• ,,7Ан (3D МзВ/луклон), "N+^Ni (35 МэВ/нуклон),20N>; +-12С, «Си м ,f4) + 10sAg, 181Та, 197Аи (40 МэВ/нуклон), ,2C-P2MU (81 МэВ/пуклон), 20Ne+MSPb (40, 49.4,.61.4, 81 МэВ/нуклон); в параграфе 3.3.2 --• нуклон-ядерные: />(140 МэВ) + 12С, 27А1.

:В работе показано, что по своей информативности лептон-иые спектры не уступают фотошшм и шишным. Порядки величин их выхода таковы, Что позволяют проводить их надежную экспериментальную регистрацию. Таким образом, исследование столкновительных лецтоиных спектров может стать еще одним "прецизионным инструментом для тестирования межъядерных потенциалов и зарядовых распределений. Отмечается также пренебрежимо малый вклад капала выбивания электронов при их энергиях выше 20 МэВ.

В главе 4 исчждуются оптические потенциалы, полученные в микроскопическом подходе на основе модельных прсдставле-

mm о структуре ядра » динамике процесса, столкновения.

В разделе 4.1 рассмотрены некоторые известные потенциалы 'V — о-пэаимодсиетвня.

Одной из фундаментальных проблем, не решенных в физике ядро-ядерных взаимодействий, является проблема потенциального описания взаимодействия легких частиц, представляемых и виде кластеров: о, г, t, d и др. Вопрос фундаментального порядка, требующий ответа, звучит так: есть пли нет оттал-кнвлтедьиая сердцевина в потенциалах взаимодействия легких ядерных частиц, и том числе и «-частиц?

Модели потенциала с отпт.пктательиой ссрдцсвиной, начиная с работ Бракиера, активно разпипалпсь Базем с сотрудниками в ГО-е голы (см., нанр. [7]). Явный пид такого потенциала для о — о-столкновения иолучеи, например, в работе [8]. Альтернативный подход, использующий модель глубокого притмження,. развивался московской группой (см. [9]). Авторы [9] считают такую модель По ice микроскопичной. Как выяснилось, для решения поставленной проблемы о структуре кластерного потенциала исследование упругого рассеянна неэффективно. Дело и том, 'по в рамках обоих подходоп можно так параметризовать взаимодействие, что полученные потенциалы окажутся фазопо-зквивалентньгми, в здесь исследование характеристик вторичных частиц предосталляет хорошую возможность решения поставленной проблемы.

Расчеты выхода 7-кваптоп » а — п-столкповеннях (ги/рпгриф !).1.1) при энергиях столкновения и с.ц.м. 25 и 50 МлВ позволили обнаружить некоторое разрешение между максимумами и -/-спектрах, полученных с потенциалами [8] и [9] при энергии столкновения 50 МзВ. В тцнч'.рафе, для энергии столкновения в с.п.п. о() МлВ теоретически показано, что при определенном выборе геометрии экспериментального исследования iio.u.inptDïiuii.i спектром также возможно обнаружение различия ме.кду этими двуми типами потенциалов.

В разделе 4.2 исследуется микроскопический потенциал (мешеетиенная часть) системы легкое ядро мишень, полученные недавно в работе [10] на основе современной теории открытых ферми-систем. Рассчитаны спектрально-угловые характеристики тормозных 7-квантов в реакциях "'0-)-2'нР1> (40 МэВ/нуклон) н ,J('-f -'"РЬ (81 МэВ/пуклон). Дли фотонов с энергиями шьке

100 М;»В отмечается неплохое согласие с экспериментом и расчетами, проведенными с ."жсиериментнлыт полученными othio-пуклонньши потенциалами.

В Заключении сформулированы основные результаты, выносимые на защиту.

В Приложении собраны выкладки промежуточных вычислений, а также указаны существенные особенности используемых расчетных схем п численных методоп.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах;

. о

1. Ко/штии Л.В., Корпев A.C. Оптический ядро-ядерный

' потенциал ш данных по эмиссии электромагнитного п пи-

оппого излучения // Ядерная спектроскопия н структура атомного ядра (-11 Мелсдунар. совещание. Дубна, 21- 24 нюня 1994 г.).--С-Нб., 199L- -C.338.

2. Копытни И. В.. Долгополое М.А., Кщтен A.C.., Мини.» JI.A. С'пектралыю-углоиые распределения бист])ых ДСИТ01ЮП при ноп-пошшх столкновениях // Ядерная спектроскопия и структура атомного ядра (Ммкдуиар. совещание. С-11отербург, 27-30 пиши 1995 г.).-- С-Пб., 1995.- -С.305.'

3. Копытпп U.U., Долгополое М.А., Корпел A.C., Минин JI.A. Спектральпо-углопые распределения быстрых электронов при иои-шшпых столкновениях // Изв. АН. Сер. фпп.- ШЮ. ~T.G0.--C.lil.

4. Копытни ¡i.D., Долгополо о И. А., Kopitco A.C., Минин Л.А. Эмиссия быстрых позитронов в ион-понных

1 столкновениях при промежуточных энергиях // ЯФ.— i99C.--T.50: С. 1195.

0. Копытип И.В., Корпев A.C., Чурикова Т.А. Эмиссия пионов н жестких фотонов при свободно-свободных переходах в диядерной системе // Международное Совещание по физике ядра'(46 Совещание по ядерной спектроскопии и

структуре атомного ядра. Москва, 19 22 июня 199G г.).-С-Нб., 199Ö. С .91.

6. Кчиытпн U.U., Дп.иитолоа М.А., Кпрнса A.C., Чурако-па Т. А. / Квннтоно-оптическля «модель эмиссии легких вторичных частиц в нон-иоинмх столкновениях // Международное Совещание но физике ядра (46 Совещание по ядерной спектроскопии н структуре атомного ядра. Москва, 10 22 нюня 19!)G г.). С-Пб., 199G. С.157.

7. Копытип И. В., Долгополое М.Л., Коррсо A.C., Чурикова Т.Л. Электромагнитное излучение при нуклоц-ядорном столкновении // ЯФ. 1997.- Т.60. С.86Э.

8. Копытип ¡I.D., Koptina A.C., Чуракопа Т.Л. / Эмиссия жестких фотонов при свободно-свободных переходах в ди-ядернои гиггеме // Изв. ЛИ. С'ер. физ.1997.-, T.G1. C.G19.

0. Коиынтн И.О., Корчгп A.C. / Электромагнитное излучение в ядро-ядерных столкновениях // ЯФ.- 1993. - ТШ.~ Вып.,'1. Принято в печаль.

Коиыгпин И. В., Корш:« A.C.. '[урпкова Т.А. / Эмиссия высокознергетнческого излучения п нуклон-ядерных и ядро-кдериых столкновениях // Свойства ядер, удаленных от долшш стабильности (47 Междунар. совещание по ядерной спектроскопии П структуре атомного ядра. Обнинск, И) 13 июня 1997 г.).-С-Пб., 1997. С.Ш.

10. Коиытин И.П., Корнав A.C. / Дилептоипое рождение и эмиссия быстрых позитронов при ядро-ядерных столкновениях // ЯФ. 1993. T.G1.- Вып.З. - Принято в печать.

Копытпн Л.В., Корнсв A.C., Кургалин С.Д., Чурако-«и Т.А. / Днлеитонное рождение, при ядро-ядерных столкновениях // Свойства ядер, удаленных от долины стабильности (47 Междунар. совещание по ядерно;' с пектрех кот.чн и структуре атомного ядра. Обнинск, 10 13 июня 1997 V.). С-Пб., 1997. С'. 133.

О

Цити р ob an нал

литература

3. Камлмпн U.U.. Куглср А., Нчниоижкиьич Ю.Э. и др. // ЭЧАЯ.---1989.--Т.20.---С7ли.

2. Баткин U.C., Копыт чип ¡f.D., Пенион >.гксаич Ю.Э. // ЭЧЛЯ.—- 199Î.--Т.22.-- С.512. • 0

3. BamwH И.С., Копыгтш ПЛ.. Чг.ркыш«;« Д.А. // Ibi¡. ЛИ ; •• СССР. Сер. фхш.--10Ш.--Т.54.-С.114.

4. Ландау Л.Д., Лифшиц U.M. Квантовая механика.— M.: Паута, 1989. •-768е.

!). Johnson C.li. t.a. H Phys. Hcnv - 1987. - V.C3tv Р.2252.

6: Айзенберг IL, ¡'райнер В-. Механизмы возбуждения ядра:

. Пер. е..англ.—М.: Ато.мп.чдат, 1973.- -318с.

7. fíaz A.J., ОоШкщ V.Z., Gndncii К.А. et ni // Z. Pliys. -1977- -Y.A280.--P.17l.

' ' 8. 'au s'., Bodmer A.R. // Nue}. Phys. -19GÖ. - V.80.-' i'.09.

■9. Нукяоииьге ассоциации в атомных одрах и ядерные реакции миогонуклинных передач./ Немец 0.Ф.. Неудачпн В.Г., Рудник А.Т. и dp.- - Кпои: líayi.oaa думка, 1988. — 488с.

10. • Кадцснский С.Г. Любошиц U.U., Шийиинч A.A. // ЯФ.—-1995.—Т.58. —СЛОМ.

А/

4 ■

Зака]' 8'f'5*~óm iO W37 г. Тир. -fOO жз. ¡¡.¡(¡оратория операт-мюй полиграфии йГУ ~~~ ' • 21