Исследование фрагментации релятивистских ядер 14N методом ядерной фотографической эмульсии тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ имени П.Н. ЛЕБЕДЕВА

на правах рукописи УДК 539.172.17

003450375

ЩЕДРИНА Татьяна Викторовна

Исследование фрагментации релятивистских ядер методом ядерной фотографической эмульсии

специальность 01.04.16 - Физика атомного ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

2 3 0НТ2008

Москва, 2008 г.

003450375

Работа выполнена в Лаборатории физики высоких энергий им. В.И.Векслера и А.М.Балдина Объединенного института ядерных исследований

Научный руководитель

кандидат физико-математических наук ЗАРУБИН

Павел Игоревич

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук, СМИРНОВА

профессор Лидия Николаевна

кандидат физико-математических наук, ГОРНУШКИН

старший научный сотрудник Юрий Алексеевич

Ведущее научно-исследовательское учреждение: ГНЦ РФ Институт теоретической и экспериментальной физики, г. Москва.

Защита состоится « » 2008 г. в « »часов на заседании

диссертационного совета Д 002.023.04 в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН (119991, г. Москва, Ленинский пр. 53, гл. здание)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Физического института им. П.Н.Лебедева РАН по вышеуказанному адресу.

Автореферат разослан « » 2008 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

доктор физико-математических наук, старший научный сотрудник

А.В. Серов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа посвящена систематическому исследованию фрагментации ядер с энергией 2.1 А ГэВ методом ядерной фотографической эмульсии. Формирование пучка релятивистских ядер азота и облучение эмульсии было осуществлено на нуклотроне ОИЯИ в 2003 г. Работа выполнена в рамках сотрудничества БЕККЕРЕЛЬ, экспериментальная программа которого ориентирована на изучение кластерных степеней свободы в возбужденных ядрах, в которых отдельные группы нуклонов проявляют себя как составляющие кластеры. Основными объектами кластеризации ядер рассматриваются малонуклонные системы, не имеющие возбужденных состояний, т.е. дейтроны, тритоны, ядра 3Не и 4Не.

Проблеме кластерных степеней свободы посвящены многочисленные исследования, начинающиеся с открытия расщепления легких ядер. В облаете релятивистских энергий выполнены циклы исследований ряда легких ядер эмульсионным методом и методикой пузырьковых пропановых и водородных камер. Однако, данные по ядру азота - одного из ключевых стабильных ядер - в условиях полного наблюдения и измерения характеристик заряженных фрагментов до настоящего момента отсутствовали.

Первоначальная цель настоящего исследования состояла в выявлении роли дешронной кластеризации во взаимодействиях ядер !4Ы, протекающих с наименьшей передачей возбуждения. Такой тип ядерной кластеризации был установлен при изучении диссоциации более легких ядер 6Ы и '°В, которые также как и 14Ы принадлежат к малочисленному классу нечетно-нечетных стабильных ядер. В процессе нашего изучения выявилась яркая роль 3 а-частичной кластеризации, изучение которой позволило развшъ выводы более ранних исследований ядер пС и ,60.

Значительная статистика, накопленная на предыдущих этапах, позволила отобрать интересующие нас редкие моды диссоциации, в которых произведена полная идентификация фрагментов, что составило третий этап данного исследования. Наблюдение достаточно редких событий может стать экспериментальным основанием для понимания перехода ядра ,4И в многочастичные состояния, что даст дополнительные аргументы в пользу развития исследований структуры ядер методами релятивистской ядерной физики.

Актуальность диссертационной работы состоит в изучении картины релятивистской фрагментации ядра ,4Ы как одной из принципиальных задач эмульсионного сотрудничества БЕККЕРЕЛЬ по исследованию легких ядер. Решение этой задачи имеет самостоятельную ценность для понимания кластерных степеней свободы в ядре '4N^l его роли в проблеме синтеза ядер. Новые данные по ядру 14N расширяют физическую основу для понимания кластерных степеней свободы в соседних ядрах, в том числе радиоактивных.

Цель диссертационной работы состояла в получении экспериментальных сведений по кластерным особенностям диссоциации ядра ИЫ во всем многообразии каналов фрагментации, доступных в ядерной фотографической эмульсии - измерение зарядов, плоских углов и углов погружения, определение импульсов релятивистских фрагментов.

Научная новизна й значимость диссертационной работы. Предшествующие работы по исследованию фрагментации ядра 14N были выполнены с рядом принципиальных ограничений, как в угловых измерениях, так и классификации следов релятивистских фрагментов. В настоящей работе представлено исследование структурных особенностей ядра 14N с максимально полным применением возможностей метода ядерной фотографической эмульсии.

Научно-практическая ценность работы. Исследования структурных особенностей релятивистских ядер14N выполнены с максимальной полнотой наблюдения заряженных фрагментов, высокой степенью детальности их идентификации и рекордным угловым разрешением. Такой подход создает экспериментальную основу для развития модельных представлений о механизмах взаимодействий ядер при высоких энергиях. Изучение фрагментации в удобных условиях, обеспечиваемых в обратной кинематике, может иметь приложения для решения проблемы распространенности изотопов.

Основные положения, выносимые автором на защиту, состоят в следующем.

1. Впервые получена детальная картина релятивистской диссоциации ядер иЫ в ядерной фотографической эмульсии, облученной на Нуклотроне ОИЯИ. Уникальные возможности эмульсионного метода позволили систематически представить зарядовую топологию, угловые распределения и изотопический состав релятивистских фрагментов ядер 14Ы как в наиболее периферических взаи-

модействиях ("белых" звездах), так и в событиях с образованием фрагментов ядер мишени и мезонов.

2. Выявлен лидирующий вклад канала диссоциации 14N ЗНе + Я. Результаты анализа импульсных и азимутальных корреляций a-частиц из данного канала фрагментации свидетельствуют о том, что порядка 20% событий фраг-ментируют через образование промежуточного состояния 8Ве (0+) 2 а.

3. Исследована роль дейтронов как кластеров в канале 14N ЗНе + Н, приведено сравнение с ранее изученными случаями релятивистской фрагментации 6Li ч>Не +Н и 10В-> 2Не + Н.

4. Впервые для ядра UN идентифицированы процессы релятивистской диссоциации 14N "С + 3Н, UN 6Не + 4Не + 3Не + р, MN ->4Не + 2 3Не + á, для которых характерны глубокая перегруппировка a-частичной структуры ядра I4N и преодоление высоких энергетических порогов.

Апробация работы. Результаты исследования, вошедшие в данную диссертационную работу, представлялись автором на следующих научных мероприятиях: 8-th International Workshop "Relativistic nuclear physics from hundreds of MeV to TeV", Dubna, Russia, May 23-28, 2005; Рабочее совещание "Исследование процессов фрагментации релятивистских ядер на Нуклотроне методом ядерных фотоэмульсий. Сотрудничество БЕККЕРЕЛЬ", 4-5 октября, 2005; Юбилейная научная сессия-конференция секции ЯФ ОФН РАН "Физика фундаментальных взаимодействий", ИТЭФ, Москва, 5-9 декабря 2005; Совместный семинар ЛВЭ и ЛФЧ, Дубна, 20 января, 2006; International А.М. Baldin Seminar of High Energy Physics Problems "Relativistic Nuclear Physics & Quantum Chromo-dynamics", Dubna, Russia, September 25-30,2006; Fourth European Summer School on Experimental Nuclear Astrophysics, Santa Tecla, Sicily, Italy, 26 September - 3 October, 2007; Сессия-конференция Секции ядерной физики ОФН РАН "Физика фундаментальных взаимодействий", ИТЭФ, Москва, 26-30 ноября, 2007; Специализированный научный семинар по релятивистской ядерной физике, 14 мая 2008; The 2-nd International Conference "Current Problems in Nuclear Physics and Atomic Energy", NPAE, Kyiv, UKRAINE, June 9-15,2008.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано S печатных работ, приведенных в списке литературы (в том числе, в реферируемых научных журналах).

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, приложения и списка литературы, содержащего 49 наименований. Работа изложена на 99 страницах машинописного текста, включающих 28 рисунков, 6 таблиц и 25 микрофотографий взаимодействий легких релятивистских ядер с ядрами фотоэмульсии.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЩШ

Во Введении представлен краткий обзор работ, посвященный изучению кластерных степеней свободы в периферических процессах при фрагментации легких релятивистских ядер в ядерных фотоэмульсиях в условиях полного наблюдения и измерения характеристик заряженных фрагментов; сформулирована задача экспериментального исследования, приведено краткое содержание диссертации по главам.

В параграфе В.1 подробно представлены результаты работ по изучению структуры ядер 6П и 10В, принадлежащих, как и 14Ы, к редкому классу легких нечетно-нечетных ядер. Особое внимание уделяется вопросам, связанным с проявлением а-дейтронной кластеризации в данных ядрах.

В параграфе В.2 приводится обзор работ по изучению альфа - частичной кластеризации в диссоциации релятивистских ядер 9Ве 2а + п как источника простейшей а-частичной системы; рассматриваются некоторые кинематические особенности процессов фрагментации 12С->За и ,60 —> 4а.

Параграф В.З посвящен предшествующим исследованиям ядра иЫн актуальным вопросам по изучению фрагментации этого ядра.

В Главе I представлен анализ периферических взаимодействий ядер найденных при поиске взаимодействий по первичным следам.

Параграф 1.1 посвящен вопросам облучения эмульсии, первичному поиску и отбору событий, определению среднего пробега. Стопка, состоящая из 20 слоев ядерной фотоэмульсии типа БР-2 была облучена пучком ядер !4М с импульсом 2.86 А ГэВ/с на нуклотороне ЛВЭ ОИЯИ. Эмульсионные слои толщиной около 600 мкм имели размер 10*20 см2. При облучении пучок был направлен параллельно плоскости эмульсии вдоль ее длинной стороны. Поиск событий осуществлялся просмотром по "следу", что позволило зарегистрировать все типы взаимодействий без выборки и получить длину свободного пробега доя разного типа взаимодействия с высокой точностью.

Рис. 1. Средняя величина свободного пробега А для неупругих взаимодействий в ядерной фотоэмульсии в зависимости от массы налетающего ядра А. Квадратами обозначены значения A,h, вычисленные по формуле Брадта-Питерса, кружками - экспериментально полученные величины Аехр. Стрелкой указано значение A (14N). Кривая - аппроксимация по геометрической модели.

Определенный таким образом средний свободный пробег ядра в фотоэмульсии составил XN =(13.0 ± 0.4) см на полной статистике 951 взаимодействие ядра 14N с ядрами фотоэмульсии. Эта величина и полученные ранее значения ЯА для ряда других ядер-снарядов в фотоэмульсии, представлены на рис.1. На рисунке 1 представлены как экспериментально полученные величины Аар, так и значения А,д вычисленные по формуле Брадта-Питерса. Из рисунка видно, что аппроксимация по данной модели удовлетворительно описывает экспериментальные данные для А = 14.

В параграфе 1.2 описан зарядовый состав ядер пучка и релятивистских фрагментов. Определение заряда двух- и однозарядных частиц производилось визуально с высокой степенью достоверности, т.к. однократная ионизация (25 - 30 зерен на 100 мкм) однозарядных частиц надежно отличается от 4-х кратной ионизации (100 -120 зерен на 100 мкм) двухзарядных частиц.

Для определения зарядов ядер пучка и релятивистских фрагментов с 2 > 3, образующихся при развале ядра-снаряда UN использовался метод счета 5-электронов (Ng) на единице длины исследуемого трека. Результаты определения зарядов на следах пучковых частиц дают следующий состав пучка - доля ядер 14N составила 81 %, остальные 15% и 4% приходятся на изотопы углерода и бора, соответственно.

К,

Рис. 2. Распределение по числу д-эпектронов следов фрагментов-спектаторов ядра >4Н с зарядами 2> 2 (83 следа). Сплошная линия соответствует аппроксимации суммой функций Гаусса.

Результаты определения зарядов = 3 + 7 методом счета 5-электронов иллюстрируют его высокую надежность (см. рис.2). Измерения зарядов частиц первичного пучка и фрагментов ядер-снарядов позволяют проследить корреляцию между 2рг и X7.fr т.е. выделить события с сохранением заряда в конусе фрагментации. Таким образом, найдены события, удовлетворяющие условию

В параграфе 1.3 анализируются особенности зарядовой топологии найденных при просмотре по "следу" взаимодействий, см. таблицу 1. В верхней строке указан заряд фрагмента с Ъ > 2, во второй - число однозарядных фрагментов, в третьей - число двухзарядных, в четвертой, пятой и шестой строках - число найденных событий с данной топологией для "белых" звезд, событий с возбуждением ядра-мишени и суммарное число взаимодействий для каждого канала соответственно. Величины в последних трех строках приведены как в абсолютных величинах, так и в процентном соотношении.

Из данных, приведенных в таблице 1 видно, что при фрагментации ядер "Л/ реализуются 9 каналов с разной зарядовой конфигурацией, начиная от канала С+Н {25 %) до почти полного расщепления Не + 5Н (5%). Основной вклад вносят каналы ЗНе + Н (35%), С + И (25 %) и 2Не + ЗН (17%), которые в сумме составляют 77 %. Для каждого канала фрагментации в Приложении представлена соответствующая микрофотография. Данные, приведенные в таблице 1, ука-

б

зывают на лидирующую роль канала с зарядовой конфигурацией 2+2+2+1, детальному анализу которого посвящена Глава II настоящей работы.

Табл. 1. Распределение периферических взаимодействий ядер 14N с импульсом 2.86 А ГэВ/с (Лу по зарядовым модам с ¡2^ = 7 (161 событие), в том числе 61 "белая" звезда (Лу, и 100 событий с фрагментами мишени (Иф и без заряженных мезонов (п5 = 0). N21, N¡2, - число одно- и двухзарядных частиц соответственно. В процентах указаны доли событии данного типа.

6 5 5 4 3 3 - - -

К, 1 - 2 1 4 2 3 1 5

Мг - 1 - 1 - 1 2 3 1

К, 16 26% 5 т 8% 2 3% 1 2% - 6 10% 21 35% 5 8%

щ 24 24% 4 4% 3 3% 5 5% 2 2% 3 3% 21 21% 35 35% 3 3%

40 25% 9 5% 8 5% 7 4% 3 2% 3 2% 27 17% 56 35% 8 5%

Методика и контроль качества угловых измерений в эмульсиях, облученных ядрами 14И, подробно представлены в параграфе 1.4. Стоит отметить, что в данном исследовании измерялись и анализировались как плоские углы ф, так и глубинные углы а на основе которых рассчитывались полярные углы 5 и азимутальные углы ц/. В отличие от этого, в предшествующих работах по выполнялись измерения только проекций углов соответствующих фрагментов на плоскость эмульсии, что недостаточно для анализа внутренних характеристик многочастичных систем. Среднеквадратичные отклонения при измерении углов & и »// вторичных двухзарядных фрагментов ядер 14И в данном эксперименте составили аз = 0.10°±0.02°, <т„ = 0.50° ±0.06°.

Параграф 1.5 посвящен вопросам использования метода многократного кулоновского рассеяния для идентификации фрагментов. Результаты разделения одно- и двухзарядных фрагментов по массовому числу А/г = р$с / рф (где две -экспериментально полученное значение, ро = 2.86 А ГэВ/с, р - 0.9), иллюстрирующие точность метода, приведены на рис. 3.

Рис. 3. Зависимость средней величины <р@с> для релятивистских фрагментов с Ър = 1 и 2р = 2 от идентифицированного (приписанного, предполагаемого) массового числа фрагмента Ар для "белых" звезд 14Ы —> ЗНе + Н и 14Ы С + Н; линия - результат линейной аппроксимации.

В распределении наблюдается достаточно отчетливая группировка фрагментов по массе Ар. Средние значения величины ррс для различных изотопов водорода и гелия равны соответственно: <рРс (Ар = 1)> = 2.6 ГэВ, <рРс (Ар = 2)>= 5.8 ГэВ, <Ррс (Ар = 3)>= 8.2 ГэВ, <ррс (Ар = 4)>= 11.4 ГэВ, <р/}с (Ар = 6)> = 15.6 ГэВ. На рисунке 3 приведены также ошибки измерения величины ррс для различных фрагментов с 1 <Ар < б.

Глава П посвящена исследованию событий лидирующего канала фрагментации 14К—> За+Х. Для увеличения статистики событий данного класса проводился специальный ускоренный просмотр по площади. Таким методом было найдено 132 события с тремя релятивистскими фрагментами с 1 = 2, которые и составили предмет изучения второй главы.

При анализе основных кинематических характеристик релятивистских «-частиц - фрагментов ядра-снаряда из реакции 14Ы —* ЗНе + X делалось два допущения. Во-первых, предполагалось, что все двухзарядные фрагменты являются 4И е. Во-вторых, анализ делался только на основе данных Не фрагментов. Двухзарядные фрагменты из реакции диссоциации 14N —> ЗНе + X вылетают в пределах узкого переднего конуса, средний угол раствора которого меньше 1° (параграф II.1).

При анализе поперечных импульсов Не фрагментов, как уже было упомянуто выше, принималось предположение, что все двухзарядные фрагменты являются 4Не. Однако, как известно из экспериментальных данных, примесь 3Не среди двухзарядных фрагментов при фрагментации "N —>■ ЗНе + X составила 30%. Анализ -распределений (параграф II.2) для событий, в которых было проведено разделение двухзарядных фрагментов на 3Не и4Не, отдельно для каждой группы, а также для сравнения всех Не вместе в предположении, что они являются 4Не показал, что влияние замены 3Не на 4Не приводит к несущественному изменению вида спектра.

Анализ дифференциальных распределений поперечных импульсов Не фрагментов из реакции 14N —► ЗНе + X проводился как в лабораторной системе -pt, так и в системе 3-х а-частиц - р'. При описании импульсного распределения в системе 3-х a-частиц наибольшее согласие теории и эксперимента достигалось при аппроксимации экспериментальных данных суммой двух функций Рэлея. Подобная ситуация имела место и ранее при исследовании фрагментации ядер12С За и160 ->4а.

Ожидаемое значение параметра распределения Рэлея для поперечных импульсов, испускаемых из ядра UN а-частиц, равно a (p¡) = 160 МэВ/с, что находится в удовлетворительном согласии с экспериментальным значением (pt) = 151 МэВ/с, в предположении, что все двухзарядные фрагменты в инклюзивном распределении по величине pt в л.с. являются 4Не.

Одной из возможных причин возникновения двух функций Рэлея для описания распределения по величине p't, может быть наличие последовательных

распадов ядра азота на три «-частицы, т.е. образование нестабильного ядра 8Ве. В частности, на это указывает асимметрия в распределении по парному азимутальному углу £,* между векторами поперечных импульсов а-частац. На рис. 4

PuPl

представлено распределение по парному азимутальному углу е = arceos--

Р.Р*

в системе покоя 5a-частиц для процесса UN —* За + X.

Рис. 4. Распределение по парному азимутальному углу е*у в системе покоя За-частщ для процесса 14Ъ1 —> За + X. Кривая - расчет по модели прямого статистического распада ИЫ-*За+Х.

Роль 8Ве ясно проявляется и в распределении событий фрагментации иЫ —> ЗНе + X по величине энергии 0,г<* пары а-частиц, образующихся в реакции, см. рис. 5. Первый пик распределения на рис. 5 соответствует значению, ожидаемому для продуктов распада нестабильного ядра 8Ве в основном состоянии 0+. Эта часть спектра представлена в 20-кратно увеличенном масштабе на вставке рис. 5. На ней видно хорошее совпадение центра распределения с энергией распада основного состояния 8Ве ((¡) = 91.8 кэВ). Получено, что доля а-частиц, являющихся продуктами распада 8Ве составляет - (25 + 30) %.

Для оценки энергетического масштаба образования За-систем в канале 14И —* За + X представлено распределение по инвариантной энергии возбуждения 2 относительно основного состояния ядра 12С (рис. 6). Основная часть событий на рис. 6 сконцентрирована в области 2 от § до 14 МэВ, перекрывающей известные уровни 12С. Смягчение условий отбора для событий ЗНе + Я, при котором разрешено образование фрагментов мишени, не ведет к смещению пика За-возбуждений. Это обстоятельство указывает на универсальность механизма заселения Зсе-состояний.

Рис. 5. Распределение событий фрагментации 14N —> ЗНе + X по величине энергии <2за пары а-частиц, образующихся в реакции. На вставке: часть распределения в интервале (0 ~ 500) кэВ.

Рис. б. Распределение по инвариантной энергии возбуждения Qзa троек а-частиц относительно основного состояния ядра 12С для процесса 14N -*3а+ X. Незаштрихованная гистограмма соответствует всем двухзаряд-ным фрагментам, с фрагментацией мишени и без (132 события); заштрихованная гистограмма соответствует "белым"звездам (41 событие).

ррс, веУ

Рис. 7. Распределение одно- и деухзарядных фрагментов ядра ыЫ по измеренным значениям р@с в канале диссоциации ЗНе + Н (37 следов для деухзарядных фрагментов, 25 следов для однозарядных фрагментов). Незаштрихованная часть гистограммы соответствует двухзарядным фрагментам, заштрихованная часть гистограммы - однозарядным фрагментам. Сплошная линия соответствует аппроксимации суммой двух функций Гаусса для однозарядных фрагментов, и трех функций Гаусса для деухзарядных фрагментов. Максимумы аппроксимирующих распределений расположены при значениях рРс, равных 2.6ГэВ и 5.8 ГэВ; 8.2 ГэВ, 11.2 и 15.0 ГэВ и соответствуют изотопам водорода % 2Н и гелия: 3Не, 4Не, 6Не.

Разделение изотопов водорода и гелия в канале фрагментации —► За + X проводилось по результатам измерения их импульсов [рРс\ в предположении, что спектаторные фрагменты ядра-снаряда сохраняют импульс на нуклон, равный первичному (параграф П.З). На рис. 7 представлены результаты измерения многократного рассеяния для одно- и двухзарядаых фрагментов событий типа "белая" звезда для исследуемого канала.

Для группы фрагментов с одинаковой скоростью и одинаковым зарядом, но разными массами распределение по рРс должно представлять собой суперпозицию нескольких нормальных распределений. Измеренные значения импульсов для однозарядных фрагментов (заштрихованная часть гистограммы) удовлетворительно аппроксимируются суммой двух гауссианов, максимумы которых

Табл. 2. Распределение статистики из 109 событий 14И —> За + Н + X в интервале <2з« < 20 МэВ для различных множественностей сопровождающих частиц (пв = 0). В скобках указано число событии при п, > 0. ЯР, - суммарный поперечный импульс системы из За-частиц для "белых" звезд (пш = 0, пь = 0). фрагментации на водороде (пе = 1, пь = 0), фрагментации на тяжелых ядрах эмульсии (щ = 0, пь = 1 и щ= 2).

п8=0, Пь = 0 ПВ = 1> Пь=0 «8=0, Пь= 1 п8=0, ц,= 2 %= о> Пь= 3 п8=0, Пь=4 п8=0, пь=5 щ=0, Пъ= 6 п,>0, Пь> 0 1> пь=0 %= 1. Пь=3

МэВ 41 6 23 (6) 16 (7) 3 О) 2 0) 1 (1) 1 0) 8 (2) 7 0) 1

ЕРЬ МэВ 215.7 ±20.6 166.7 ±28.1 360.3 ±28.5

расположены при 2.6 ГэВ и 5.8 ГэВ и соответствуют изотопам 'Н и 2Н. Полученное таким образом отношение выхода изотопов 'Н к 2Н, примерно, равно 2:1. Это указывает на заметное снижение в нашем случае доли дейтронов среди однозарядных фрагментов по сравнению со случаями релятивистской фрагментации ядер 61Л (канал Не + Н) и 10В (канал 2Не + Н), где выходы протонов и дейтронов примерно равны.

Выход фрагментов составляет для 3Не приблизительно (30 - 35)%, для 4Не - (65 - 70)%. Имеется также несколько изотопов гелия в районе р/Зс от 14 до 16 ГэВ, которые были идентифицированы как "Не (5% от общего числа взаимодействий). Значение р[к (Не) в 15 ГэВ несколько ниже ожидаемого, что связано с некоторыми методическими вопросами в определении данной величины.

В параграфе И.4 приведена оценка вероятности взаимодействий ядер на водороде эмульсии и на группе ядер САГО + AgBr. Для оценки сечения взаимодействий ядер ,4Ы на различных группах ядер, входящих в состав фотоэмульсии, проведен анализ событий 14Ы 3 а + Н + X для различных множественностей сопровождающих частиц. В табл. 2 представлено распределение для 109 событий исследуемого класса взаимодействий в интервале (¿За < 20 МэВ по числу и типу сопровождающих фрагментов ядра мишени. Там же представлено среднее значение суммарного поперечного импульса для системы из 3 «-частиц для фрагментации на легких и тяжелых ядрах эмульсии.

Из данных, представленных в таблице видно, что среднее значение величины суммарного поперечного импульса системы из За-частиц для "белых" звезд (иг = 0, пь = 0) и взаимодействий на водороде эмульсии (пе = 1, щ = 0) в

пределах ошибок одинаковы. При образовании более тяжелых фрагментов мишени (пг = 0, пь = 1, 2) среднее значение суммарного поперечного импульса системы из За-частиц существенно увеличивается.

ГЛАВА III посвящена полностью идентифицированным и редким каналам диссоциации ядра мМ Несмотря на небольшую статистику представленных в данной главе мод диссоциации, сам факт их наблюдения полезен для понимания динамики релятивистской мулътифрагментации. В параграфе Ш.1 обсуждаются следующие двухчастичные каналы фрагментации 14N —► С + Я, иМ —> В + Не, ,4К' —»■ Ы + Ве, Вероятность образования последней из выше перечисленных мод диссоциации крайне мала, из 61 взаимодействия типа "белая" звезда зарегистрировано только одно событие с развалом на два примерно равных по массе ядра. Поэтому, остановимся на более детальном представлении результатов для 2-хтельных мод ^ —► С + Я, 14И —► В + Не с более высокой статистической обеспеченностью.

Можно было бы ожидать, что значения вероятности каналов диссоциации будут снижаться по мере возрастания массового порога Q. Наибольшая вероятность могла бы соответствовать каналам 14N —* шгС + 1,2Н со значениями <2 ~ 7.6 н 10.2 МэВ. Следующим по вероятности мог бы быть канал 14N -* "'В + 4Не (£) ~ П.6 МэВ). Действительно, доля событий 14Ы-^С + Н оказалась достаточно значительной - 25%. Однако лидирующую роль в данном эксперименте надежно занимает множественный канал 14N 3 4Не + р с массовым порогом 0,-19 МэВ. Доля событий 14N —* В + Не, вопреки ожиданиям, оказалась малой - всего 8 %.

Результаты идентификации 11 однозарядных фрагментов методом многократного кулоновского рассеяния для событий 14Ы —► С + Я указывают на следующее соотношение изотопов р:с1:г=6:4:1. Среднее значение величины суммарного переданного системе поперечного импульса не зависит от изотопного состава фрагментов С + Я и приблизительно равно 160 ± 20 МэВ/с. Микрофотография данного канала фрагментации представлена на фото 1.

Фото 1. Фрагментация ядра иЫ —+ С + Н с импульсом 2.86 А ГэВ/с в периферическом взаимодействии на ядре эмульсии. На фото отчетливо видна вершина взаимодействия -IV и узкая струя из двух фрагментов. Один из них, после определения заряда методом счета 5-электронов, идентифицирован как 2 = 6 или углерод (С), второй является однозарядным фрагментом. Однозарядный фрагмент идентифицирован по измерениям р(1с как протон (р).

Для канала фрагментации 14N —+ В + Не (фото 2) произведена идентификация двухзарядных фрагментов методом многократного кулоновского рассеяния. Все фрагменты с 2 = 2 из N —► В + Не оказались "Не.

Фото 2. Фрагментация ядра '4N —> В + Не с импульсом 2.86 А ГэВ/с в периферическом взаимодействии на ядре эмульсии. На верхнем фото видна вершина взаимодействия - IV и узкая струя, состоящая из двух фрагментов. При смещении по направлению движения струи фрагментов (нижнее фото) можно различить один фрагмент бора и один двухзарядный фрагмент.

Для данной группы событий произведен анализ угловых и импульсных характеристик образующихся фрагментов. Интересной особенностью данной

2-хтельной моды является указание на корреляцию азимутального угла разлета фрагментов ев»е с суммарным переданным системе фрагментов 10В + 4Не поперечным импульсом.

Параграф Ш.2 посвящен полностью идентифицированным модам диссоциации ,4Ы —» За + Н, для которых необходима перегруппировка нуклонов за переделы а-частичных связей, а, значит, и преодоление высоких энергетических порогов <2- Пример одного из таких взаимодействий представлен на фото 3.

Фото 3. Фрагментация ядра ,4N —*■ ЗНе + Н с импульсом 2.86 А ГэВ/с в периферическом взаимодействии на ядре эмульсии. На верхней фотографии видна вершина взаимодействия - IV и струя фрагментов. При смещении вдоль струи фрагментов (см. нижнее фото), можно выделить три двухзарядных (Не) и один однозарядный фрагмент (Н). В результате измерения импульса методом многократного кулоновского рассеяния определены массы всех фрагментов данного взаимодействия, а именно двухзарядные фрагменты в данном событии являются а однозарядный фрагмент - дейтрон.

Всего идентифицировано 36 одно- и двухзарядных фрагментов из множественных каналов фрагментации ,4N -> ЗНе + Н, из них четыре события 3 "Не + "Я, О ~ 18МэВ\ три события 6Не + 4Не + 3Не + р, О ~ 39МэВ\ два события 4Не + 2 3IIe + 3Н, Q~ 59 МэВ. Для протекания последнего из вышеперечисленных процессов необходимо разрушение двух а-кластеров и эмиссия пары нейтронов.

Полнота идентификации позволяет оценить средний поперечный импульс, переданный системе фрагментов. Величина суммарного переданного системе импульса в случае ,4Ы -> 6Не + 4Не + 3Не + '// равна <1р, > = (431 ± 43) МэВ/с.

Аналогичная величина для канала фрагментации 14Ы 34Не + 2Н составила <Ер, > = (¡82 ± 90) МэВ/с. Даже при такой малой статистике отчетливо видна тенденция увеличения суммарного переданного системе импульса в случае разрушения одного из а-кластеров.

Параграф Ш.З содержит описание процессов неупругой перезарядки, имевших место в данном эксперименте. К событиям неупругой перезарядки относились события, в которых первичный трек имел заряд 7, а суммарный заряд во фрагментационном конусе равнялся 7 ±1. Распределение событий неупругой перезарядки по зарядовым модам с 22.р = 8 и = 6 представлены в таблице 3.

Табл. 3. Распределение событий неупругой перезарядки ядер 14N с импульсом 2.86 А ГэВ/с по зарядовым модам с J2.fi- = 8 и 22$. = 6. Обозначения как в табл. 1.

Щ= 6 » ¿Г 228

ЛЬ 2 - 2

N.2 2 3 3

N.. 3 5 9

Ц- 2 7 1

Я* 5 12 10

Доля событий, представленных в таблице 3 не превышает 3% от всех найденных при первичном просмотре взаимодействий. Интересной особенностью событий неупругой перезарядки является тот факт, что во всех случаях распад происходит на фрагменты с зарядами 1 и 2. Неупругой перезарядки ядра МЛГ с распадами по другим каналам найдено не было.

По аналогии с фрагментацией 14И ЗНе +Н была произведена оценка вероятности образования промежуточного нестабильного ядра 8Ве в процессах неупругой перезарядки ядра 14Ы. Из пяти событий 14Ы —> ЗНе нет ни одной пары а-частиц с указанием на формирование нестабильного ядра 8Ве. Распределение событий неупругой перезарядки ,4Ы ЗНе + 2Н по величине энергии пары а-частиц указывает на а20% вероятность образования 8Ве из данной конфигурации. Согласно имеющейся статистике, две пары а-частиц из девяти фрагменти-руют через образование 8Ве (0+).

В ЗАКЛЮЧЕНИИ сформулированы основные результаты диссертационной работа, которые состоят в следующем

Впервые детально изучена картина релятивистской диссоциации ядер 14N в ядерной фотографической эмульсии, облученной на нуклотроне ОИЯИ. Уникальные возможности эмульсионного метода позволили систематически изучить зарядовую топологию, угловые распределения и изотопический состав релятивистских фрагментов ядер 14N как в наиболее периферических взаимодействиях ("белых" звездах), так и в событиях с образованием фрагментов ядер мишени и мезонов. Основные выводы выполненного исследования состоят в следующем:

1. Установлено, что множественный канал диссоциации 14Ы ЗНе + Н лидирует в распределении по зарядовой топологии фрагментов. Он дает вклад примерно 50%, как для "белых" звезд, так и для событий с образованием фрагментов мишени и мезонов. Таким образом, ядро 14N оказывается эффективным источником образования За-частичных систем.

2. Получена значительная статистика для канала диссоциации ЗНе + Н, позволившая оценить по угловым измерениям энергетический масштаб образующихся в периферической фрагментации За-частичных систем. Установлено, что 80% взаимодействий соответствуют кластерным возбуждениям ядра аС с энергиями от порога диссоциации до 14МэВ.

3. Выполнена оценка образования ядра 8Ве для канала фрагментации 14Ы ЗНе + Н. Из анализа угловых корреляций следует, что ядро 14N с вероятностью не менее 20% фрагменгируют через образование промежуточного состояния 8Ве -> 2а.

4. Установлено заметное снижение доли дейтронов по отношению к протонам в канале14N ЗНе + Н по сравнению с ранее изученными случаями релятивистской фрагментации более легких ядер.

5. Впервые изучены спектры по суммарному поперечному импульсу а-фрагментов в событиях 14N -> ЗНе + X. Среднее значение величины суммарного переданного системе из За-частиц поперечного импульса для "белых" звезд существенно меньше, чем для полупериферических взаимодействий, сопровождающихся образованием одного или нескольких фрагментов ядра-мишени.

6. Впервые для ядра 14N были идентифицированы процессы релятивистской диссоциации "С + 3Н, 6Не + 4Не + 3Не + р, 4Не + 2 3He + d, для которых характерны глубокая перегруппировка а-частичной структуры этого ядра и преодоление высоких энергетических порогов. Кроме того, обнаружены процессы неупругой перезарядки 14N -> ЗНе + 2Н, 14N ЗНе, l4N 2Не + 2Н.

Полученные результаты указывают на перспективность дальнейших исследований многочастичных систем легчайших ядер методом релятивистской фрагментации в экспериментах с более высокой статистической обеспеченностью.

Диссертацию дополняет ПРИЛОЖЕНИЕ, содержащее микрофотографии взаимодействий релятивистских ядер UN с ядрами фотоэмульсии. Задача данного приложения состоит в наглядной демонстрации полноты и доказательного характера наблюдений в эмульсии.

Список работ опубликованных по теме диссертации

1. D.A. Artemenkov,... Т. V.Shchedrina et aL,«Invariant analysis of the fragmentation of relativistic nuclei in emulsion», In: Proceedings of the 26th International A.M. Baldin seminar on high energy physics problems, 339-346, Dubna, September 27 - October 2, (2004) 339-346.

2. N.P. Andreeva,... T. V.Shchedrina et al., «Light nuclei clustering in fragmentation above 1 A GeV», In: Proceedings of the 8th International workshop «Relativistic nuclear physics from hundreds of MeV to TeV», 203-213, Dubna, May 23-28,(2005)203-213.

3. DA. Artemenkov ... T.V.Shchedrina et al., «Clusteringfeatures of"B, 7Be, 8B, 9Be, and I4N nuclei in relativistic fragmentation», In: Proceedings of the 9th International workshop «Relativistic nuclear physics from hundreds of MeV to TeV», 48-65, Modra-Harmonia, Slovakia, May 22-27, (2006) 48-65.

4. D.A. Artemenkov ... T.V.Shchedrina et al., «Experimental studies of clustering features of some light nuclei in peripheral fragmentation above I A GeV», In: Proceedings of 25th International workshop «Nuclear theory;25», Rila Mountains, Bulgaria, June 26 - July 1, (2006) 139-147.

5. N.P. Andreeva, ... T.V.Shchedrina et al.,«Clustering in light nuclei infragmen-

tation above 1A GeV», Eur.Phys.J. A 27S1 (2006) 295-300.

6. D.A. Artemenkov, T.V. Shchedrina, R. Stanoeva and P.I. Zarubin, «Clustering features of9Be, 14N, 7Be, and SB nuclei in relativistic fragmentation», In Proceedings of the International Symposium on Exotic Nuclei «EXONO6», Khanty-Mansiysk, Russia, July 17-22, (2006), AIP conference proceedings vol. 912(2007)78-87.

7. T.B. Щедрина и др., «Периферические взаимодействия релятивистских ядер !4N с ядрами фотоэмульсии», ЯФ 70 (2007) 1271-1275.

8. Т. V. Shchedrina and P.I. Zarubin, «Clustering features of14N in relativistic mul-tifragmentation process», In Proceedings of the 2nd International Conference Current Problems in Nuclear Physics and Atomic Energy «NPAE08», Kyiv, Ukraine, June 9-15, (2008).

Подписано в печать Ч-р-о*

Формат 60x84/16. Заказ № У/. Тираж/'ААэкз. П. л .{¡¿Г

Отпечатано в РИИС ФИАН с оригинал-макета заказчика. 119991 Москва, Ленинский проспект, 53. Тел. 499 783 3640