Исследование короткодействующих нуклонных корреляций в ядрах в рассеянии электронов высоких энергий тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.02 ВАК РФ

РГб од

1 9 ДПР 1993 ЕРЕВАНСКИЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

САРГСЯН МИСАК МИХАЙЛОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ КОРОТКОДЕЙСТВУЮЩИХ НУКЛОННЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ В ЯДРАХ В РАССЕЯНИИ ЭЛЕКТРОНОВ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

Специальность: 01.04.02 - Теоретическая физика

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание .ученой степени кандидата физико-математических наук

ЕРЕВАН-1993

Рчиота выполнена в Ереваиском физическом институте. Научные руководители:

Доктор физико-математических наук

Франкфурт Л.Л. (Ст.Петербургский Институт Ядерной Физики) Доктор физико-математических наук

Егиян К.Ш. (Ереванский Физический Институт)

Доктор физико-математических наук

Азнаурян И.Г. (Ереванский физический институт) Кандидат физико-математических наук

Маргарян А.Т. (Ереванский Физический Институт)

Ведущая организация: Ереванский Государственный Университет

заседании специализированного Совета Д 034.03.01 по присуждению ученых степеней при Ереванском физическом институте (375036, г.Ереван, ул. Бр.Алиханян 2)

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЕрФИ.

Официальные оппоненты:

Защита состоится "

1У93г. в 14 ч. на

Автореферат разослан

1993г.

Ученый секретарь специализированного Совета

кандидат физ.-мат. наук

В.А.Шахбазян

0НУ1ЛЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена теоретическому изучению коротко -действующих нуклокных корреляции в ядрах и их проявлении в процессах рассеяния олекрояов высоких энергия.

Актуальность исследования связана прежде всего с отсутствием достаточно удовлетворительного описания процессов рассеяния электронов высоких опергий на ядрах в кинематической области, запоезюшой для озссеяпия на свободном нуклоне (Кзи). Кроме того, планируемые эксперименты в ЬРФИ (Ьревэп). Ш!АФ (Ныопорг »мое, США) требуют систематической разработки методов теоретического исследования явленна, соусловленных физикой атомного ядра на малых расстояниях.

Цель работа состояла в проведении теоретических расчетов процессов инклюзивного и эксклюзивного олоктрообразования на ядрах в КЗО. Специфика кинематических условии треоовала корректного .учета релятивистских эффектов, так как внутриядерные нуклоны, .участвующие во взаимодеиствии, иаовт импульсы поряякэ мас:сы покоя нуклона.

Кроме того, при анализе данных по рассеянию на дейтроне при больших о2 необходимо было проанализировать возможности проявления эффектов типа ЕМС и их влияние на вычитаемые данные по ноятоонным фермфзкторам.

При теоретическом описании данных по инклюзивному электрообразованию на ядрах с « > возникал вопрос

адекватности описания высокоимцульсной компоненты волновой функции (ВФ) ядер, которая достигнута в рамках гоедположепня о существовании короткодействующих пуклонпых корреляций (КПК). Теоретическое рассмотрение реакций эксклюзивного

электрообразования на ядрах, когда в конечном состоянии рассеянный электрон регистрируется в совпадении с образованным в КЗО протоном, позволяло непосредственным образом исследовать природу высокоимпульсной компоненты ВФ ядер.

Научная ношзиа____работьк Для ■ описания рапных по

околопороговым инклюзивным реакциям при малых .углах

рассеяния электронов достаточно было теоретическое 'описание структурной функции w2A<i.-.»2), так как поперечная структурная функция w U'.ti2» была подавлена фактором t.w'i?/?), однако для анализа экспериментальных данных при больших углях (вплоть до 180°) требовалось рассчитать поперечные структурные ф,унк;даи ядер, которые были вычислены в диссертации в рамках модели динамики на световом конусе.

Проведено теоретическое вычитание упругого (магнитного) формфактора нейтрона из данных по шо,г>>х рассеянию при больших о2 (до 10 (i'oEi/c)2). Показано, что корректный учет релятивистских эффектов и эффектов типа ЕМС существенно влияет на извлекаемые данные по упругому формфактору нейтрона.

На основе предположения о короткодействующих нуклопюх корреляциях сделаны предсказания о скеилинговом поведении нормированных отношении инклюзивных сечений при * > i.

Вычислены структурные ■ функции эксклюзивного электрообразования протонов в КЗО, на базе которых описаны первые экспериментальные данные, полученные в ЕрФИ.

Практическая ценность работы. Полученные формулы позволяют вычислить инклюзивные и эксклюзивные реакции в широком кинематическом диапазоне. Сделанные в диссертации предсказания являются сильным аргументом в пользу проведения новых экспериментальных измерений. Проведенные теоретические результаты могут быть использованы для планирования новых экспериментов по электрообразованию в КЗО. Результаты, полученные в данной дисертации использовались как при анализе полученных в ЕрФИ данных, так и при предложении эксперимента на строящемся ускорителе СЕБАФ.

Апробация работы. Материалы, изложенные в диссертации, докладывались - на:

1. v Всесоюзном рабочем совещании по предельной фрагментации ядер (Нор-Амберд, Ереван 1988г.),

2. Конференции ядерных взаимодействий при промежуточных

энергиях (ЛИЯФ, От.Петербург,1989г.),

3. Совещании пользователей СЕБАФ (СЕБЛФ, Ньюиорт Ньюс, США, 1990г.),

4. Рабочем совещании по электромагнитным взаимодействиям адронов и ядер при промежуточных энергиях (Нор-Амберд, Ереван, 1990г.)

5. Новогоднем цикле семинаров в Тель-Авивском Университете, Тель-Авив, Израиль, 1991г.)

6. Семинарах физического отделения в СЕБАФ,(СЕБАФ,Ньюпорт Ньюс, США, 1990 и 1992г.),

7. Семинарах научного подразделения ЕрФИ, Ереван,

Публикации. По результатам диссертации опубликовано II работ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения,четырех глав, заключения, двух приложений .и списка цитируемой литературы. Работа содержит 147 страниц машинописного текста, включая 44 рисунка, 2 таблицы и 93 ссылок на печатные работы.

Во введении приведено краткое описание проблем ядерной физики на малых межнуклонных расстояниях. Дан сжэтыя обзор экспериментальной и теоретической ситуации, сложившейся к настоящему- времени. Конкретизирован круг проблем рассматриваемых в диссерации, и дано краткое изложение содержания диссертации.

В Главе I рассматривались кинематические характеристики околопороговых инклюзивных реакций на ядре дейтерия. Показано, что ограничения на переданный электроном четырехимцульс, а2 > 1 (ГэВ/с)2, на Бьеркеновское переменное х = пг/-2тъо > 1 н на конечную образоваванную адронную массу, I Гзв > ~ мс > 100 МэВ, однозначно определяют "импульсы участвующих во

взаимодействии, нуклонов порядка собственных масс покоя. Представление классической ядерной физики неприменимо в описании таких внутриядерных состояний, где существенны релятивистские эффекты.

В главе приведен обзор методов описания релятивистской волновой функции ядра в системе бесконечного импульса и в системе светового конуса. Показано, каким образом устраняются противоречия, вносимые нерелятивистским описанием ядра и вводятся новые переменные (как доля импульса ядра, уносимая составным нуклоном «, и f-\ = f ^ компонента, характеризующая энергетическое состояние нуклонов) наиболее адекватно описывающие релятивистское ядерное состояние.

В колинеарном приближении рассчитаны поперечные структурные функции для околопороговых инклюзивных реакций на дейтроне.

В Главе.Ii. на основе формализма, приведенной в первой главе, описаны экспериментальные данные по околопороговым инклюзивным реакциям на дейтроне в широком диапазоне п2 (I * IÜ ГэВ2/с2). Показано, что учет релятивистских эффектов существенно .улучшает согласие с экспериментом особенно при х > 1-0. Рассмотрены такие проявления эффектов типа EMG и необходимость их учета при анализе данных, особенно при »2 > 6 (ГзВ/с)2. Показано, что корректный учет эффектов ЕМС улучшает согласие данных по магнитному формфактору нейтрона, извлекаемых из анализа инклюзивных сечений по Шр.спх рассеянию, с предсказанием КХД.

В Главе 3 рассмотрены инклюзивные околопороговые а<р,в')х реакции на средних и тяжелых ядрах. Показано, что уже на уровне кинематического анализа можно утверждать, что во взаимодействии с. виртуалиым фотоном участвуют г коррелированные нуклоны, где:

i > Гх1 ♦ 1 1x1 - целая часть величины х.

На основе предположения доминирующего вклада парных короткодействующих нуклонных корреляций (KHK), в области,i i < х < произведены расчеты инклюзивных электронных спектров и

а

сравнение с имеющимися экспериментальными данными.

Из пропорциональности ВФ ядер, в области вклада парных корреляций получено следующее соотношение для отношения сечения инклюзивных реакция на ядре а и на ядре* дейтерия:

где Г = О (О2) + а (Ц2)] ~ 0.7 ПрИ П2 > 2(ГэВ/С), 3

ер ер ьм г *

я2(м -есть вероятность нахождения парных корреляций в ядре а.

Сравнение с экспериментальными данными подтверждают существование скейлинга для таких отношения.

Кроме того, проанализированы эффекты проявления взаимодействия в конечном состоянии (ВКС). Показано, что при * —> 2, для средних и тяжелых ядер ВКС в основном обусловлены с взаимодействием вибитого нуклона с коррелированным партиерем. Такое поведение приводит к существенному сокращению эффектов ВКС в рассмотренном выше отношении.

В конце главы рассмотрена специфика применения приближения полноты на световом конусе. Показано, что при достат^чн- < больших о2 масса остаточного ядра слабо зависит от (определение с< дано выше) взаимодействующего нуклона. Так г обстоятельство позволяет в выражении для сечения провести интегрирование по массе остаточного ядра при фиксированном

Такое интегрирование приводит к тому, что сечение будет выражаться через матрицу плотности на световом конусе и следс вательно, рассмотренные отношения будут пропорциональны СООТВеТСТВуЮЩИМ ФУНКЦИЯМ рг'(а):

7 ■ а (х,и2)

? - а (к,О2)

«А

Ас (х,а2)

где определена из условия существования парной корреляции:

П + ?т -Ал2 - Аго2

\>, = ? ~ Уга ' ' ~--

рг

где - инвариантная масса конечной деухнуклонной системы:

и2 - -о2 Мд к + 4шг, 3 С) - г.- - |п! .

р Г О - ' '

Построение экспериментальных отношений в зависимости от таким образом определенного переменного имеет ярко

выраженное о2 независимое поведение.

Глава 4 посвящена изучению процессов электрообразования нуклонов в кинематически запрещенной области в реакциях

A(e,p-N)X / A(e,f»N,N)X. РаССМОТрвНЫ КЭК ПрЯМОЙ, ТЭК И

спектаторный механизмы образования таких нуклонов. В рамках предположения о KHK приведены некоторые особенности электронных спектров при таких реакциях. Показано, что электронные спектры будут смещены в область больших переданных энергий в сравнении с квазисвободным рассеянием.

Для количественного описания сечения образования нуклонов в кинематически запрещенную область необходимо ввести понятия функции распада, самосогласовано описывающей как вероятность нахождения взаимодействующего нуклона со световыми импульсами a, nt, так и вероятность образования остаточного ядра с р , с последующим, распадом, продукт которого содержит нуклон с импульсом аь, kt.

Основываясь на этом определении функции распада, формально, на световом конусе, его можно определить следующим образом -1) (а,р ,а ,к ,р ) = 1<у (п ,<х ) 1 a*(ct.p ) I у >|2,

А t b t К+ • A-t R+ Ь t 1 t 1 А • '

где ^д-1<рв<.'°|Ь'к1) _ волновая функция остаточного ядра, содержащего в себе быстрый нуклон с

Определенная таким образом функция распада од позволяет в рамках импульсного приближения представить сечение процесса (e.e-.N.N), когда одновременно регистрируются нуклон отдачи и нуклон распада остаточного ядра, следующим образом:

da

dO dk da /а -dp- de* /а ■ dk во i i ь ь

= K-a (q,a,p) D (a,p ,a -k ,p ),

eN l А l b t R*

fl

где ,-/ <п,С,р > - с точностью потокового фгнсгору 'л ВффСКТЭ

отдачи о1тределяет сечение ажлсгрон «.уклонного взаимодействия.

Далее, воспольз.уясь корреляционным разложением. описанным в главе 3, и ограничиваясь только вкладами парных корреляции для о , можно написать следующее при&дашно© выражение» :

I) (о.р ,к ,п ) - А-?-а /р • д (А1 ■ р (л,Г1 ) •

А I Ъ I П» Ь Л - 2 Л !

х 62(к р ) 6<2-а-сх ) г.(р - п> I».

II Ь А -1 1

Расчеты, проведенные на основе данного ¡трий-удагоня, показали достаточно .удовлетворительное согласие с шриюи зкперкменталъными даннь;ми по электрообразсванив кумулятивных протонов, полученными в ЕрФИ

В четвертой главе рассмотрены тапке ьозможне сти исследования свойств короткодействующих малон.уклонных корреляций в реакциях олекгроооразования кумулятивных нуклонов.

Предложены специфические измерения, позволяющие более детально исследовзть такие проявления сильной связи, как эффекты схода с энергетической поверхности и эффекты модификации формфакторов внутриядерных нуклонов.

В Заключении сформулированы основные результаты данной работы.

В Приложении А приводятся детали нековариантной диаграммной техники.

В Приложении Б приводятся детали нековаризнтной диаграммной техники на световом конусе.

На защиту выносятся следующие основные результаты диссертации:

I. В рамках импульсного приближения на световом конусе, в колинеарном приближении впервые рассчитана структурная функция им^.а2) для инклюзивного сечения в околопороговой кинематике. Приведены также принципиальные особенности околопроговой кинематики в исследовании высокоимпульсных характеристик ВФ ядер.

2. Проведено сравнение инклюзивных расчетов с имеющимися экспериментальными данными. Вычитанием расчетных неупругих вкладов из данных по ше,р)х оценены величины нейтронного магнитного формфакторэ при оольших а2 ' iu (ГзВ/е)2. Анализированы влияния эффектов ЕМС на однозначность извлекаемых данных по нейтронному формфактору.

3. На основе разложения спектральной функции по вкладам KHK, ограничиваясь только парными корреляциями, рассчитано

12 27 5/S 1р7

сечение инклюзивного рассеяния на ядрах с, ai, fp, au в околопороговой кинематике при * > i.

4. Пользуясь аналогичными данными по п(р,р>х, оценены величины нормированных отношений сечении на вышеприведенных ядрах и на дейтроне. Из такого анализа получены данные по вероятностям нахождения коррелированных пар ¿»2<а) в исследуемых ядрах. Показано , что эти отношения имеют скейлинговое поведение (относительно х и о2) в области предполагаемого вклада парных корреляций. Показано, что корректный учет принципа полноты на световом конусе и разложение данных по переменному светового конуса а удучщает скеилиноговое поведение относительно и2.

5. Рассмотрены принципиальные преимущества эксклюзивных реакции в выявлении/ короткодействующих ядерных структур и идентифицировании каналов взаимодействия. Приведены формулы, описывающие сечения этих реакций в рамках динамики на световом конусе.

6. На основе предположения KHK рассмотрены возможные эффекты, та1сие как смещения электронных спектров в сравнении с предсказанием модели среднего поля. Приведены преимущества и недостатки исследования KHK в областях, параллельной и антипараллельной кинематики.

7. Описан класс эксклюзивных реакций, где увеличивая угол регистрации нуклонов можно подавить эффекты малоэнергичных вторичных процессов, тем самым усиливая проявления КПК. Рассмотрен вклад ,в эти реакции (кумулятивное электророждение) спектаторного механизма образования нуклонов. В рамках ■спектэторного образования кумулятивных нуклонов приведены принципиальные возможности исследования эффектов сильной связи

IO

в КНК.

8. Нз основе полученных формул проведены расчеты сечения электрообрэзования быстрых назад летящих (прямых и спектаторных) нуклонов из КНК на ядре ,2г.. Проведено сравнение расчеов с первыми экспериментальными данными, которое показывает, что имеет место смещение электронных спектров, предсказанное в рамках существования парных корреляции. Получено удовлетворительное согласие расчетных сечения с экспериментальными данными. Показано также, что с.ущесвовзние спектра переданных энергий (электронный спектр) является важным фактором для дифференцирования разных механизмов образования быстрых назад летящих нуклонов.

nygjMttamm

1- Amaryan M-.)., Asryan G.A., Dpmirrhyijn R.A., Fqiyan K.Sh., nqanjanyan M.S., Hsrqsyfln M.M., Sharabyan Yu.G., Stepanyan, Frankfurt L.I Strikman M.I. Study nf Short - Ranqe Correlations in Liqht Nuclei in Processes ot Flprtrnn Scattering in Coincidence with Backward nurlpnns and A — lsnhars, - Preprint YFRPHI- 110R(71)-Hfc).

7. (-¡.A-, Amaryan M.J.,Demirchy an R.A., Fqiyan K.Sh., Sarqsyan M.M., Stepanyan, The "Deuteron - 2" Spt-llp for Jnvestiqation of F.lectronuclear Reactions.- Preprint YFRPHI-1195(72)-B9.

3. G.A., Amar y an M.J., Asryan G.A., Demirchyan R.A., Eqiyan K.Sh., Oqanjanyan M.S., Sarqsyan M.M., Sharahyan Yu.G., Stepanyan, Frankfurt I..L., Strikman M.l.,Sorokin P.V., Study of Short—Ranqe Properties of Nuclear Matter in Electron -Nucleus and Photon-Nucleus interactions with Backward Particle Product ion llsinq the Clas - CFBAF,PR-R9-OSi>. 1989.

4. Alanakyan K.V., flsryatl G.A.,Amary an M.J., Demirchyan R.A., Fqiyan K.Sh., (lqanianyan M.S., Sarqsyan M.M., Sharabyan 'yu.B., Stepanyan S.G., The (e.e'p) Reaction on 12C with

Hafkward Prot on';.- Preprint YFRPH1 - 1303Ш9) - 90.

I). Frankfurt L..I .. Htrikman М.1., Sarqsyan M.M. Un Fxt.ract.ion of Elastic Ni411 r nil f i»M t r ()(>).t¡¡Iк11 u Form Factors from Hujh D2 I)(e,e) Ki.itliT 1П(|.- ¿.Pfiys.A. 1990, v.335, p.431-43b.

¿>. iiart]sy«n fl.fi. ( .с шн u 11 f ' г С o(lp for ( ' ', f ') Electro—pr otJuct ion RpnrtiniK and Kariiat we Ccirrt?c t ions.- CLAS-NOIt 70 - 007, CEHAF

7. Alanakyan K.V., Лвгудп fî.A.,Amary an M.J., Demirrhyan R.A., Eqiyan K.bh., flqanianyan M.S., Kortisyan М.И., Sharabyan Yu.G.,St epariy an В.П. Kpectra of Cumulative Protons ill e + 12C -> e ^ p ► X Hpartuni.- Preprint YERPHI -VI.

0. SïarQÇyau M.M- Radiative l'.c >r r tc t ни > to Coïncidence Experiments.- Preprmt YCRPHI-1331(?£.)-91.

'). Саргсян M.M. Вне массовые эффекты в кумулятивном электрообразовании нуклонов.- Препринт ЕрФИ I339()-9i, 1991

10.Eqiyan K.Sh., S.irqsyan M.M. Cross iiert.inn of Electron - Off Shell Nucléon Interact inn, - u:i]AF-PR-93-02.

11.Frankfurt. I .1 ./.»trjkman M.l.,Day D.,îîarqsyan M.M., Evidence of Short Range Correlations from Miqh Q2(e,e') Reactions ILL -95-

Технический Редактор A.C. Абрамян

Подписано в печать 10.02.93 Формат 60x84/16

Офсетная печать Тираж 110 экз.

Зак.тип, N сиз

Отпечатано в Ереванском физическом институте Ереван 36, ул. Братьев Алиханяп,2