Исследование поляризации фотонов при фоторождении триплетов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ВИНОКУРОВ Євген Анатолійович

ДОСЛІДЖЕННЯ ПОЛЯРИЗАЦІЇ ФОТОНІВ ПРЛ ФОТОНАРОДЖЕННІ ТРИПЛЕТІВ

01.04.16 — фізика ядра і елементарних часгнної

Автореферат дисертації на одобуття наукового ступеня кандидата фізико - математичних наук

Харків —г 1997

Дисертації є рукопис

Роботу виконано в ІФВЕЯФ ННЦ "Харківський фізико - технічні інститут”

Наукові керівники: доктор фізико - математичних наук Колесников Леонід Якович провідний науковий співробітник . ІФВЕЯФ ННЦ ХФТІ

кандидат фіалко - математичних нау: Бо.тдишев Валентин Федорович начальник відділу ІТФ ННЦ ХФТІ

Офіційні опоненти: ■

доктор фізико - математичних наук Шульга Микола Федорович, директор ІТФ ННЦ ХФТІ

кандидат фіоико - математичних наук Афанасьев Валерій Дмитрови доцент кафедри експериментальної ядерної фізики ХДУ.

Провідна органіоація:

Об'єднаний інститут ядерних досліджень,ОІЯД, лабораторія високі енергій, ЛВБ ОІЯД, м.Дубна Московської області, Росія.

Захист відбудеться ¡ілХ 1997р. $/5 гС&год.

на оасід&нні Спеціалізованої Ради Д 02.02.12 при Харківському держ; вному університеті оа адресою:

310108, м. Харків, пр-т І.В.Курчатова, 31, ауд. 301.

З дисертацією можна ознайомитися у Центральній науковій бібліоте: Харківського державного університету (310077,Харків-77,м.Свободи,4)

Автореферат розіслано 1997р.

Вчений секретар Спеціалїоованої ради доктор фізико - математичних наук,

професор ІУчДг/Аоаренков М.О.

Актуальність роботи.

Пучки поляршзованпх фотонів мають широкі перспективи (застосувати

■ фізиці електромагнітних воаемодій адронів та ядер. їх використання прогцує визначення амплітуд процесів, що вивчаються. На сучасних при-корювачах можна отримати пучки поляризованих фотонів о енергіями г до сотень ГеВ. Застосування цих пучків вимагає точного онання вели-іини їх поляризації. ’

Переріо процесу утворення частинок під дією лінійно поляризованих іотонів має вигляд:

2% da ¡d>p — Vі + Ра(соз 2 <р = (7*[1 + PAcos2<p], (1)

,е 4і - переріо процесу на неполяризованих фотонах, Р - ступінь лінійної голяриоації фотонного лучка; а1 - частина переріоу, обумовлена поляри-апією фотонів, А = а1 ¡а'- - асиметрія виходу продуктів реакції при повній голяриоації фотонного лучка (Р = 1), яка часто зветься аналізуючою :проможністю, <р - азимутальний кут, що відраховується від площини по-[яриоації фотонів. У випадку аморфного конвертора це азимутальний кут глощвнп реєстрації лродухга реакції; у випадку кристалічного конвертора і,е азимутальний кут площини, в якій міститься імпульс фотона к і вектор >берненої гратки кристала Для визначення Р треба використовувати реакції.о великими <т* і А, о гачними значеннями А. Для процесів квантової електродинаміки (КЕД) сг‘ А можуть бути розраховані о необхідною точністю. У деяких адронних іроцесах А « 1, але точність оначно нижча, а величина а1 на декілька юрядків менша, ніж у процесах КЕД.

При и, що більше декількох десятків МеВ, для вимірювання поляризації фотонів перспективними є процеси народження е+є- - пар на ядрах і :лектронах . ■ -

А—* А+ е+ + е~, -(2)

. 7 + є~ —► е~ е+ + е~. ’ (3)

х перерізи мають величину порядку 1 мбн. З ростом и вони збільшуються.

Можливості процесу (2) в аморфному конверторі обмежені ш < ІГеВ. когерентний ефект дозволяв використовувати монокристали при w > ГеВ. У випадку тонкого кристала його можливості обмежені w.< 40ГеВ; іетод селективного поглиналня фотонів у товстих монокристалах ефек-ивний при w > 1 ГеВ. ; . ,

Лінійна поляризація пучків когерентного гальмівного випромінювання КГВ) електронів у монокристалах може визначатися на основі теорії ТВ по когерентному ефекту і по спектру інтенсивності КГВ. Перша ожливість дає тільки значення поляризації у точці максимуму інтенси-'

вності КГВ. Друга можливість, що дозволяє одержати спектр поля] зації, пов'язана о труднощами при вимірюванні спектра інтенсивнос' при врахуванні реальних умов утворення КГВ.

. .В процесі (3) оначна частина електронів віддачі має доступні для вим вання імпульси ?а ~ тпс і полярні кути 0і порядку десятків градус що, дає можливість експериментально визначати їх азимутальний кут '■ Частка таких електронів слабо омінюсться при збільшенні и>. У ов‘язкі тим, що в кінцевому стані процесу (3) існує три час тинки, що можуть бу оареєстрованими, цей процес зветься процесом народження триплетів

У нижчому порядку теорії обурень процес (3) описується 8 діаграм ми Фейнмана. При о; > 1бтс2[23,6] так ¡звані діаграми Борселіно, що ; ють основний внесок, у переріз, забезпечують точність повного перері ~ 1%. Дослідженні о урахуванням діаграм Борселіно перерізу іа/йірі інтервалі 2Оте2 <- а> < ІОООтс2 і перерізу ¿а/народження триш тів о ^ в інтервалах ІООтс2 < и> < ІОООліс2 і 0,05МеВ/с < д0 ^ її МеВ/с в роботах Болдшиева і Пересунью [21,22] і перерізів (Ра^/сірії Л7а/<^і(?о)> ¿сга/АіріЛВі, йа^/йірійх (ж = Е+[со— частина енері

що несе позитрон), які одержано в роботах [1,3] в асимптотичних гран цдх високих енергій, показали, що вихід електронів віддачі з процесу ( має азимутальну асиметрію, чутливу до лінійної поляризації фотонів. В асимптотичні перерізи, крім йогаІ&Р\, не залежать від ш. При обіяьшен а) значення частин і асиметрій точних перерізів наближаються до аси: птотичних. При « = ІОООттгс2 точні величини відрізняються від асимпт тичних не більше, ніж на 10%. Значення перерізів ~ мбн і асиметр більші 0,11, показують, що метод асиметрії електронів віддачі із проце<

(3) не має верхньої межі використання. Тону дослідження процесу нар дження триплетів лінійко поляризованими фотонами і розробка на поі основі методу вимірювання лінійної поляризації фотонних пучків надзві чайно актуальні.

Метою роботи є дослідження характеристик процесу (3), розроби методу вимірювання лінійної поляризації фотонних пучків за аяимуталі кою асиметрією електронів віддачі і вимірювання цим методом ступси лінійної поляризації пучка фотонів КГВ Харківського 2ГеВ лінійного прі скорювача електронів ЛПЕ -2000. '

Наукова новизна роботи. .

Розроблено метод вимірювання лінійної поляризації фотонних пучкі оа азимутальною асиметрією електронів віддачі:

1)Впєршє обчислено і досліджено залежності диферєиційних перерізі народження триплетів, що враховують діаграми Борселіно,

¿-аІd|^ldq^ гіа/йої, перерізів, які лроінтегровл по по 5 в інтервалі д > д0, (Ра¡¿'-рііМяо), іоІ<і<рі(дз) і ш

рерізів, які одержано на асимптотичній границі високих енергій фотоні і-Раа/й(рійд, (Ра-^р^ві, <Рсга/йір^х(дз), від

©і,х і ефективної маси пари Д в інтервалах 50тс2 < иі < ІООООтс2, 2т і

■і

< 10т, 0,02тс < д < Юте, 0,02 тс < до < Юте, 0<х<1, 0<©і< (ш,<і)тлх (©і(^,<з),Гиаг — максимально можливий кут вильоту електронів ,дачі ири заданих ш і q). Розширено інтервали обчислення і дослідження рерізів <1а/<і<рі і іа/сІ’Рііда). Виконано порівняння значень частин і аси-трій асимптотичних перерізів іо (значеннями відповідних величин точ-х перерізів. ’’

2)Визначено оптимальні інтервали змінних для проведення експери-нту по вимірюванню лінійної поляризації фотонних пучків.

3)Розраховано експерименти по вимірюванню лінійної поляризації фо-нних пучків з допомогою трекових приладів і швидкодіючих детекторів, значені експериментальні можливості методу. Показано, що рооробле-й метод може використовуватись в інтервалі від ~ 25 МеВ до ~ 1 ТеВ.

4)3а допомогою стримерної камери СК-600, яку заповнено гелієм, впер-

! виміряно розробленим методом лінійну поляризацію фотонного пучка, їм експериментально показано, що метод може використовуватись для мірювання лінійної поляризації фотонних пучків. '

Наукова і практична цінність роботи полягає в тому, що вперше дослівно залежність диференційних перерізів народження триплетів лінійно ляризованими фотонами від енергії фотонів і різних кінематичних па-метрів частинок кінцевого стану, вперше розроблено метод, що дозво-є вимірювати лінійну поляризацію пучків фотонів о енергією від ~ 25 зВ до ~ 1 ТеВ і вперше за допомогою стримерної калі ер п СК - 600 цим тодом проведено вимірювання лінійної поляризації фотонного пучка. Положення, які винесено на захист. •

В дисертації захищається детальне дослідження характеристик просу народження триплетів і розробка методу вимірювання лінійної по-ризації фотонів за азимутальною асиметрією виходу електронів віддачі и народженні е+е~ - пар на електронах:

1) Дослідження кінематики процесу (3), визначення* областей і інтер-

лів допустимих значень кінематичних параметрів частинок кінцевого ану. ■ - '

2)Аналіз внесків у переріз б діаграм і їх інтерференцій, які не було вра-вано, кулонівських і радіаційних поправок, зв’язку електронів у атомі, іГрунтування можливості використання для вимірювання поляризації тонів при ш > оОпгс2 і д > д0 » 1 тс перерізів народження триплетів вільних електронах, що враховують тільки діаграми Борселіно.

3)Рооробка програм обчислення і числового інтегрування перерізів на-зжєння триплетів лінійно поляризованими фотонами, обчислення різню £>еренційних перерізів і аналіз їх залежності від и>; Д, ©і,я, до,х в ервалах 50тс2 < ш < ІООООтс3, 2т < Д < 10т, 0 < х < 1,

ї ©і < ©і(^,д)гмг, 0,02гпс < д < 10тс,0,02тс < до < Юте, пошук оп-.¡альннх умов для вимірювання лінійної поляризації фотонних пучхів.

4)Рооробка алгоритму для отримання значення поляризації фотонного «а за експериментальними даними, оцінки похибіи експерименталь-

ного (значення поляризації і очікуваної точності вимірювання иоляриоац в експериментах,'іцо плануються, роорахунхи експериментів, аналіз екс периментальних можливостей запропонованого .методу. .

5)Еіслеримент по вимірюванню лінійної поляризації пучка КГБ ЛП)

- 2000 о енергією фотонів у когерентному максимумі 60 МеВ.

Апробація роботи і публікації.

Роботу виконано у Харківському фізико - технічному інституті. Основні результати роботи доповідались на Всесоюзних семінарах о елек тромагнітних взаємодій адронів у Харкові, на Всесоюзній конференції і розробки та практичного використання електронних прискорювачів (Том ськ, 1975р), на Конференції о ядерно - фізичних досліджень, присвячене 50 - річчю здійснення в СРСР реакціїрозщеплення атомного ядра (Харків 1982р), на Сесії; відділу ядерної фізики АН СРСР (Москва, 1986р), ні Єврофіоичнш конференції (Барі, 1985р),.на V Робочій нараді оі спінови: явищ у фізиці високих енергій (Протвіно, 1993р), на конфереціях PANI( у Гейдельбероі в 1984 і 19S6 pp. Матеріали дисертації надруковано у 21 роботах, список яких наведено в кінці автореферату.

Структура і об‘ем роботи.

Дисертація складається із вступу, 3 глав, висновків і списка літератури Всього 178 сторінок, включаючи 43 малюнки, 10 таблиць та список цито ваної літератури, що містить 113 наав.

Стислий зміст дисертації. ,

' У Вступі коротко розглядаються існуючі методи вимірювання лінійно поляриоації фотонів, передумови для рооробки методу вимірювання лінійної поляриоації фотонних пучків за асиметрією електронів віддач

о процесу (3), ставиться задача по розробці методу і вимірюванню по ляриоації фотонного пучка, обгрунтовується актуальність досліджень пов'язаних о розробкою методу і вимірюванням поляризації, відзначається новизна одержаних результатів, викладені основні положення, щ< виносяться на захист.

В І главі розглянуто основні характеристики процесу народження триплетів непо.тяргоованими фотонами. Розглянуто кінематику процесу Оцінюється внесок 6 неврахованих діаграм Фейнмана, кулонівських і радіаційних поправок-до перерізу народження триплетів неполяризова-ними фотонами. Показано, щопри ш ^ Ібгас2 врахуванням тільки діаграм Борселіно забезпечується точність повного перерізу не гірше 1,2%. Ку-лонівська поправка при народженні триплетів істотна у межах декільком КеВ від порогу. Нею можна знехтувати, коли енергія фотонів вище noporv на 1 МеВ (wI0p = 4mc2). Урахування радіаційної поправки зводиться де множення на 1,01 перерізу, одержаного у нижчому порядку теорії обурень. При q > go 1 тс електрони атомів можна вважати вільними. Результати експериментів о вимірювання лінійної поляризації фотонних пучкії при w > Ібтс2 можна описувати перерізами, що відповідають діаграма* Ворселіно. Наведено формули для різних диференціпних перерізів наро

еннл триплетів лінійно поляризованими фотонами, які оарао відомі, ціх формул випливає, ідо переважний .вихід електронів віддачі знаходься у площині, яка перпендикулярна площині поляризації фотонів. Очіхувана похибка вимірювання поляризації в експерименті, що . шується, ДР0„ пропорційна до [8,23,12,16,6] де N(g)

число зареєстрованих триплетів о параметрами, що потрапили у ви-їну область о межею д. N(g) пропорційно — перерізу, який оінтегровано по області змінних усередині д. Оптимальні умови експс-менту по вимірюванню поляризації Р випливають о аналізу функції

т(„\ _ &P{gtot) _ A(sr) , о1{д) u/2

шчнна якої показує, у скільки разів підвищиться точність вимірювання ляризації при використанні випадків, що попали в область д замість видків із усієї допустимої кінематикою області змінних g¡¡0¡. Відношення 9)Іа*’І9м) показує, яка частина випадків із області gtot попадає у об-:ть д. Відношення А(д)/A(gtct) показує, у скільки разів чутливіший тод при використанні області д замість області gtot.

В главі II досліджуються залежності частин різних диференційних пе-ріоів народження триплетів лінійно поляризованими фотонами, їх аси-трій і фуніції !•(<?) від різних змінних в інтервлах 50тс2 ^ ш lOQQQmc-, 0,02me < Юте, 0,02 < q¡¡ < Юте, 0 < 0t < &і(&, і < Д < 10т, 0 < х < 1. Частини і асиметрії точних перерізів рівнюються із значеннями відповідних величин асимптотичних . реріоів. Незалежні від поляризації частини перерізів порівнюються о :периментальними і теоретичними даними, що є зараз в літературі, ізначаютьса оптимальні умови для вимірювання лінійної поляризації ¡тонних пучків.

Частини перерізів cPa/dipidAiqo), d2(rjdífildq, da/dip^Qo) і d<y¡d^x [5,12, ,6] при збільшенні w швидко ростуть при малих енергіях фотонів і до-ть повільно при и > БООгпс2 . Асиметрія перерізу d?a / dípid£{qo) прак-ічно не залежить від w; асиметрії перерізів (Ptjjdip^q, dP’ajdíp^q^), і '/dip¡ при збільшенні w зменшуються. .

В інтервалі-ш, що досліджується, частини перерізів cPcr/d<pidqdQi,, a/d^>idQi(q¡) і cPcr/d(pidQі [б] мають пороги, положення яких при зада,-rx ©і і q або q0 визначаються виразом

Waop(<7,0i) = т(Еі - m)¡(qcosQ1 - Е\-+т) • (5)

рипадку d?a¡d'~p\dqdQy і cPa/dipidQ^qo) та виразом

. k-'cop(Qi) = 4mc2/cos20i • . (G)

мпадку cPff Jd>p1dQl. Fn — енергія електрона віддачі.

Поблизу порогу частини цих перерізів швидко ростуть при збільшенні їх асиметрії наближаються до одиниці при наближенні до порога.

Збільшення. w біла порогу призводить до того, що асиметрії дуже шведі вменшуються. . '

Після максимумів частин характер залежності від w частин і аспметр перерізів d^aJdipidqdQi^afdtpidQiiqa) і ¿V/фзсЮі відрізняється. Він о лежить від 0ь а у випадку перших двох перерізів — від 5 і q0, відповідн З ростом 0! пороги і максимуми частин пересуваються у бік більших < значення частин у максимумах зростають.

У логарифмічному масштабі по осях координат прв збільшенні w оме: шення частин лереріоу (Pa/dipidqdQi після максимумів близьке до лінійн го. Його асиметрія після крутого спаду біля порогу повільно зменшуєть< під час зростання а> до величини, близької до нуля. При малих <?а о але;: ності частин перерізу (Pcr/dipidQiiqa) від ш мають широкі максимуми. ' збільшенням qa максимуми частин у залежності відш розширяються і пр наближенні до верхньої межі при заданих ш і ©ь зникають,

області великих cj залежності частин і асиметрій перерізів сРс¡dp:dQi{q

і da/disdQi від енергії фотонів мають тенденцію вийти на плато. Асі метрія в області плато 10 — 20%.

З характеру залежності від ш частин і асиметрій різних диференціі них перерізів випливає, що у досить широкому інтервалі ш характер о; лежності частки і асиметрій досліджуваних перерізів від Д, q,qa і ©і і змінюється із зміною енергії фотонів. Зі збільшенням cj частини і асі метрії перерізів d2а/drfiidq,d(r/d<fix(q0), da/dpi і d? a fd'-p^dQ i{q^) наближ; ються до значень відповідних частин і асиметрій перерізів d2a./d'p1d> dcrafdipi{q3), dcrajd(pi і (Pcra}dipidQi. При ш — ІООООтс2 точні величин відрізняються від асимптотичних не більше, ніж на 5 %. Співпадання с о ав із роботи Хаута [23] свідчить про правильність наших обчислень.

У розглянутих інтервалах q і q^ при заданих w частини перерізів іPff/dipid&(q0), (Pa/difiidq, da/dtp^qo), <Paa/d‘fiidx(qQ) [10,5,12,16,6] швндк . зменшуються о ростом q і q0, відповідно. Асиметрія перерізу cPcrJcbpid&[q0) росте, коли q0 збільшується на відміну від асиметрій інши переріоів цієї трушг, які вменшуються при збільшенні q і q0. Переріз dcr^/dq і di'jdq добре узгоджуються о експериментальними розподілам по q. . ■

При заданих и і 0і залежності від q частіш перерізу <Рсг(d-^dqdQ 1 [( мають максимуми поблизу нижньої і верхньої меж g(w, ©і)то-я і qtu,Qi)ma допустимих значень q, між якими знаходяться мінімуми. Асиметрія цьог перерізу має мінімуми у точках мінімумів його частин. Прп наближені q до меж вона наближається до одиниці. Зі збільшенням и і зменшеь ням 0J інтервал значень q розширюється. Зі зменшенням 0L значенії частин у максимумах і мінімумах зменшуються. При збільшенні знв чення частин у мінімумах вменшуються, а у максимумах збільшуються. Оскільки прп и -» 00 9(w,©i)min -+ 0, a 9(w,6i)m« швидко наближаєтьс до 2m cos0j/sin2 0Ь пересуваннянлз правпх максимумів при w > оООтс незначне. . , ;

Біля меж частини перерізу сРа/сІрі^©і(<7о) И швидко зменшуються оли д0 збільшується. При д0 -> д(^,0і)тах Л(до) -+ 1* Біля д(и\©і)тях

• залежностей від дц частин і асиметрії з’являється плато. Ширина його юсте о вростанням ш і зменшенням ©і. Значення асиметрії в області їлато ~ 12%.

Залежності частин перерізу сРо/скр^А^0) від Д [5,12, 16,6] мають іакспмумн -поблизу Д = 2т. При заданих д0 і и > 200тс2 їх положення не залежить від иі. Коли до обільшується, значення частин швидко іменшуеться, їх максимуми стають більш широкими і осуваються у бік ішьших Д. Асиметрії з ростом Д швидко зменшується. При Д -* 2т юна наближається до одиниці.

Криві залежності від г частин і асиметрії перерізу ¿Р(та/і<Рі<1х(д0) [10,12. .6,6] симетричні відносно х = 0,5. Значення сІа[/сіх(д0,х) і Л(да,ж) дорівню-оть нулю при х — 0 і х — 1 і мають максимуми при х = 0,5. Залежність іо-уйгг(<7а) від х має мінімум при х — 0,5.. Прп д0 = 1 тс ¿<г*/<Ьт(д0) (обре узгоджується о експериментальним розподілом по г в інтервалі 1,1 < ж < 0,9.

В залежності від ©! [12,16,6] частини і асиметрії перерізів аРс/^ідсі©, Рсг/<І!рігі0і(до) і <Р<гІФрі<ІВі [12,16,6] ростуть при збільшенні ©і . їїо-ілизу максимального кута в^а>,д)тах при заданих и і д (або д0) у ви-іадху <РаІіірхйдй<ді і ¿2а/ір1^©і(д0) і при заданих ш у випадку

Ра/йірі^сЮі частини перерізів мають максимуми. Прп наближенні ©і до ^ііиіЧ)тах або до ©[(а’)тад:) відповідно, їх асиметрії наближаються до оди-шці. В області малих кутів вони повільно вростають при збільшенні 9і. В цій області ©і асиметрія перерізу сРсг(1<рісід<іві порядку долей іідсотка, а асиметрії перерізів <Ра]й'Р\й<ді{да) і сРасІ<ріі®і порядку 10 -12 /о. Зі збільшенням и і зменшенням д і до в інтервалах 0,1тс < д < Юте і

З,\тс ^ до ^ Юте максимуми частин і асиметрій осуваються у бік вільних ©і- В широкій області ©х частини і асиметрія перерізу 6?а/¿^¿©¡(до) іе залежать від д0. Прп и > 200тс2 їх залежності від ©і практично не шілюються при збільшенні иі. При ш — 10000тс2 його частини та асн-іетрії відрізняються від асимптотичних не більше, ніж на 5 %. Перерізи Іст!/^©і(9в) і (ІаЦ(1&1 узгоджуються [17,7,6] з експериментальними ро-яоділамп по 0; при ©; < 55-. Поведінка експериментальних розподілів ю ©і вимагає ретельних теоретичних досліджень.

З результатів проведеного аналізу випливає [12,16,6], що для оптиміза-ії вимірювання ступеня лінійної поляризації фотонного пучка Р — до-ягдення максимальної точності при мінімальній статистиці — необхідно ри вимірюваннях відбирати такі випадки: 1) починаючи з можливо мен-юго імпульсу електронів віддачі; 2) близькі до симетричних по розподілу :іергій електронів і позитронів пари, х — 0,5; 3) з інвариантними масами ари в області максимуму розподілу по Д, 2т < Д < Д0; 4) з полярними ('таііп ©і поблизу максимальних кутів вильоту електронів відачі; 5) о "шмутальнтш кутами рі в інтервалах поблизу площини поляризації і

поблизу перпендикулярної їй площини о напівншриною ірї0 = 33,4°.

У третій главі аналізуються експериліентальні можливості метолу пр використанні трекових приладів і'швидкодіючих детекторів. Описустьс експеримент по вимірюванню лінійної поляризації пучка КГВ ЛПУ - 200 ок допомогою стримерної камери СК - 600.

На межі області припустимих значень д = |рі| і ©і [6] Д — 2тп; середині її Д > 2га. 'При Д -*■ 2т переріз ¿зменшується, а аспметрі наближається до одиниці. Для вимірювання поляриоації вякористов) ються випадки з д > до. Вимірюючиш,д = ¡р“' і ©і або величини імпульсі е+ і є~ рі, р- і кут між ними 0+-, можна, користуючись виразами

• Д2 = -2(и + т)(Еі - т) + 2qíJ соз 0г, (1

А2 = 2ш(1 + + *Р+Р- Є+-/2), (8

відбирати випадки о Д в інтервалі

2ш<Д<Д0. (9;

Е\,Е+ , Е- — енергії електрона віддачі і фрагментів пари.

У випадку трекових приладів о повільним набором статистики дл вимірювання поляриоації треба використовувати всю область д><7с- * випадку водневої луоиркової камери ВК -40 [8,13,6] і страмерної камері СК -600 [17,7,6] для досягнення точності 10 -18 % необхідно мати ~ 1000* випадків. Такі прилади не можуть бути оперативними моніторами поляри зації, оскільки відомості про вектор поляриоації отримуються після до вгої процедури обробки. Запропонований метод абсолютний і дозволк калібрувати неабсолютні методи, які можуть оабеопечити оперативниі моніторинг.

Застосування швидкодіючих детекторів полегшує набір статистики, до оволяє оптиміоувати умови експерименту, спрощує процес і скорочує чаї отримання потрібної інформації. При цьому може використовуватись ча Ьт-ина області 5 ^ д0. Для вимірювання поляризації здаються розумним! дві можливості: 1) відбирати випадки в вузькій області значень 9 і 0 поблизу границі і 2) відбирати випадки в широкій області ц і

При використанні (7) відносна похибка £Д/Д ~ 1% досягається прі ' Аш/ш -- 0,01, Ар/р ~ 0,01/ш, Д0 ~ 0,0і/27и>. Такі жорсткі вимоги ро блять важким відбір випадків у інтервалі (9) оа даними кінематичних па раметрів електронів віддачі.

При (Ел. 4- Е-Уб іп2(0+._/2) << тс2 і Ар+/р+ = Ар^/р- ~ 10_3 можна( використовуючи (8), відбирати випадки о інтервалу (9). В аналізатор лінійної поляризації, розробленому у Маінці[24] використана перша можливість. Його аналізуюча спроможність зменшується о ростом и: ві: 90 % при & — ЮОМеВ до 70% при и — 700МеВ. Для збереження високоп значення А треба при збільшенні ш зменшувати ©+_, а де може обмежят;

можливості методу. З аналіоу розподілу по х випливає, що навіть.при дуже високих енергіях фотонів у цього приладу може бути Л 0,25.'-.

Поляриметр у Токіо [25,6] побудовано ,о сцинтиляторів. Вшорпстову-ється друга можливість. Електрони віддачі о д в інтервалі 1,9МеВ/с < д < ІОМеВ/с реєструються 5 ідентичними телескопами лічильників Сі,Сі,С3, що стягують інтервали полярних кутів 10° < 0г < 40° і азимутальних кутів = ±15° і встановлено під кутами <ри які дорівнюють 0а, 60°, 120°, 180° і 270°. Фрагменти пар реєструються телескопом лічильників Рх і Р2.

Для з‘ясування можливостей цього приладу і розробленого методу обчислено [16,18,6] частини і асиметрії перерізу ¿сг/і(р1(0;о, 0ц,рю,рц) народження триплетів в інтервалах 1,9МеВ/с < д = |рІ| < ЮМеВ/с, 10° < ©і

< 40° при 50МеВ < и ^ ІООООМеВ. Частини перерізу повільно зростають, а асиметрія повільно зменшуєьтся при збільшенні и. В інтервалі 600 - 10000 МеВ асиметрія практично не змінюється і дорівнює 0,12. При Ц — 0,6 і Л — 0,12 очікується відносна похибка вимірювання

де — число фотонів з погрібною енергією, що потрапляють на мішень □а 1 сек, Т — час експозиції.

Аналіз показав[16,6], що цей поляриметр, а отже і метод, може працювати як абсолютний монітор поляризації, що оперативно видає відомості про величину і напрямок вектора поляризації. Якщо фрагменти пар при високих енергіях фотонів аналізуються по енергії, то при використанні симетричного відносно х = 0,5 ілтервала о шириною и = хг - х0 =

0,4 забезпечується та ж точність, що і при вимірюванні поляризації без аналізу фрагментів пар по енергії. П£и и = 0,7 точність підвищується на 10 % при використанні 70 % випадків із всього інтервалу (и = 1).

За допомогою стримерної камери СК - 600 о розмірами 600 х 600 х 120мм3, яку заповнено гелієм, проведено експеримент [17,6,7] з вимірюваная запропонованим методом лінійної поляризації пучка КГВ 600 МеВ їлектронів ЛПЕ - 2000 з енергією фотонів в когерентному максимумі 60

■ Набрано біля 8000 стереофотографій. Пройшли обробку1307 випадків. З області когерентного максимуму (45МеВ < и < 75МеВ) отримано 118 зипадків. По даним цих випадків побудовано розподіли триплетів по иі, :пєітр інтенсивності пучка фотонів І(и), що вийшов з кристалу алмаза, юзподіли триплетів по імпульсу д , полярному 0і і азимутальному ірх у ту електронів віддачі.

Поляризація пучка фотонів визначалась на основі теорії КГВ за слек-ром інтенсивності І(и) і на основі асиметрії електронів віддачі триплетів етодами асиметрії, найменших квадратів і максимуму вірогідності. Розподіли триплетів по и, спектри інтенсивності -і енергетичний спектр ляризації фотонів [17,7] мають максимуми при їм = 60 МеВ. їїоляри-

(10)

МеВ.

1 1

оація в максимумі Рт** — 0,712 + 0,15. її середнє значення в інтерваї 45МеВ < OJ < 75МеВ .Р(45,75) = 0,66 + 0,15. Розподіли по q випадків усіма ш і випадків зшв інтервалі 45МеВ < и < 75МеВ узгоджуютьс [17,7] з розподілом dai/dq при ш — ІООтс2, Розподіли по Qj [17,7] цих інтервалах и> уогоджуються о експериментальними розподілами і перерізами do-tjdQ; і dal/dQ\ в інтервалах ©і < 50° у випадку явиш, усіма у і в інтервалі ©j < 60° у випадку лзшц іо області когерентног максимуму. Ткким чином, наші експериментальні розподіли свідчать пр достовірність експериментального визначення енергії фотонів, кінематик них параметрів фрагментів пар і електронів віддачі.

Дня визначення пінійіюї поляризації фотонного пучка оа асиметріа електронів віддачі використовувались випадки в інтервалі 45Мев < w < 7 МеВ. При використанні методу асиметрії відбирались випадки о ази мутальннми кутами в інтервалах -25° < <рі < 25° і 155° < <рі < 205° бід площини поляризації і в інтервалах 65° <- <рі К 115° і 245° ^ <рі 295° бія площини, що перпендикулярна до площини поляризації. Числа випадкі Агц = 22 і JVj. = 27 дають

Р = 0,68 ¿0,94.

Дня визначення поляризації оа методами максимуму вірогідності (ММВ) і найменших квадратів (МНК) використовувались два набори ви падків: 1) випадки о усіма ©j і 2) випарки о 0j < 60°. Для цих наборі: одержано значення: по методу МНК

Р= 0,53 ±0,45 і Р = 0,59±0,83,

по методу ММВ

Р= 0,66 ±0,54 і Р = 0,66 ±1,18.

Як видно, всі 5 значень поляризації, які отримано на основі методз асиметрії електронів віддачі триплетів, узгоджуються зі значенням Р(45,75) = 0,66 ± 0,15, яке отримано на основі теорії КГВ. Великі по хибки вимірювання істотні і пов‘язаш з малою статистикою. Роорахуно! показав, що для забезпечення,точності ~ 10% потрібно 10000 випадків Одержані значення поляризації показують можливість використання длі її вимірювання методу асиметрії електронів віддачі. Результати експерп менту у Токіо [26] підтверджують життєздатність методу асиметрії електронів віддачі.

У Висновках сформульовано основні результати роботи:

Вперше розроблено метод вимірювання ступіня лінійної поляризаді' фотонних лучків за азимутальною асиметрією виходу електронів віддач:

о процесу (3). При рооробді методу виконано роботи:

1. Досліджено кінематику процесу народження триплетів. Визначене області і інтервали допустимих значень кінематичних параметрів части нок кінцевого стану.

2. Обгрунтована можливість використання для рооробки методу вимірювання лінійної поляризації фотонів диференційних перерізів, що враховують тільки діаграми Борселіно.

3. Вперше проведено аналіз різних диференційних перерізів народження триплетів лінійно поляризованими, фотонами. Знайдено, що в досліджуваних інтервалах омінних величина перерізу порядку мбн, величина асиметрії змінюється від 0 до ~ 1. При и > 50МеВ біля 90 % випадків а д > д0 ~ хпс мають 0г > 20°. Це дозволяє надійно визначати аоимутальния кут електрона віддачі. При збільшенні енергії фотонів из частини і асиметрії точних перерізів наближаються до відповідних асимптотичних величин. Значення частин і асиметрій асимптотичних перерізів відрізняютья від відповідних величин точних перерізів при а; = ІООООтпс2 не більше, ніж на 5 %. Незалежні від поляризації частини перерізів узгоджуються з експериментальними і теоретичними розподілами, що є в літературі.

4. Знайдено оптимальні області кінематичних параметрів для проведення експериментів по вимірюванню лінійної поляризації фотонів.

5. Проаналізовано експериментальні можливості розробленого методу вимірювання лінійної поляризації фотонних пучків. Показано, що він напбі. перспективний в усіх відомих методів вимірювання лінійної поляризації фотонів і може використовуватись в інтервалі енергій фотонів від 25 МеВ до ~ ГеВ.

6. Проведено експеримент, в якому вперше методом вимірювання асиметрії електронів віддачі визначено лінійну поляризацію пучха фотонів. Результати цього експерименту підтверджують можливості використання метода.

Основні результати дисертації опубліковано у таких роботах: Література

[1] Винокуров Е.Л., Кураев Э.А. Об образовании триплетов поляризованными фотонами. ЖЭТФ, 1972, т.63, вып.4(10), ст.1142-1150.

[2] Винокуров Е.А., Кураев Э.А., Меренхов Н.П. Радиационные поправки к образованию е+е” - пары фотоном высокой энергии на электроне и на ядре. ЖЭТФ, 1974,т.бб, вып.6, ст.1916-1925.

, [3] Винокуров Е.А., Мерепков Н.П. Об образовании триплетов по-ляризованныып фотонами высоких энергий. ЯФ, 1975, т.21, выл.4, ст.781-754.

[4] Винокуров Е.А.. Болдышев В.Ф. Об измерении линейной поляри-оащга фотонных пучков высоких энергий. УФЖ, 1983, т.28, N 4, ст.492-497. .

1Я

[5] Вшохуров Е. А.,Болдышев В.Ф. Об измерении поляризации фотонов по дифференциальным сечениям рождения триплетов. ЯФ. 1984, т. 40, вып.3(9), ст.731-734.

[6] Болдышев В.Ф., Винокуров Е.А., Меренхов Н.П.,

Пересунько Ю.П. Метод измерения линейной поляризации фотонных пучков по асимметрии электронов отдачи при фотообразовании е+е~ - пар на электронах. ЭЧАЯ, 1994, т.25, выи.З, ст.696 - 778. Phys. Part. Nucl.1994, v.25(3), p.292 - 331.

[7j Болдышев В.Ф., Винокуров E.A., Волсшук В.И. и др. Измерение линейной поляризации фотонов по асимметрии электронов отдачи в фоторождении триплетов. ЯФ, 1995, т.58, N 1, ст,43 - 49.

[8] Болдышев В.Ф., Винокуров Е.А., Гетьман В.А. я др. Расчет эксперимента по определению степени поляризации пучка когерентного тормозного получения электронов линейного ускорителя ЛУЭ - 2000 с помощью водородной пузырьковой камеры ВК - 40. ВАНТ. Сер. Физика высоких онергий. 1972, вып.2(2), ст.19-20.

[9] Винокуров Е.А., Гетьман В.А., Ляхно Ю.П. и др. Экспериментальное распределение электрон - пооитронных пар по доле энергии, уносимой позитроном. ВАНТ. Серия: Физика высоких энергий и атомного ядра. 1975. Вып.2(14), ст.14.

[10] Болдышев В.Ф., Вшюкуров Е.А., Кураев Э.А. л др. Об использовании фоторожденан триплетов для измерения поляризации фотонных пучков трековыми приборами. ВАНТ. Серил: Физика высоких энергий и атомного ядра.1976, вып.1(17), ст.18-24.

[11] Вшохуров Е.А., Болдышев В.Ф. Оптимизация измерения линейной поляризации фотонных пучков высоких энергий. ВАНТ. Серия: Общая и ядерная физика. 1984, вып.2(27), сг.31-33.

[12] БоЛдышев В.Ф., Винохуров Е.А. Процесс фоторождения триплс-тов как детехтор поляризации фотонных пучков высоких энергий ВАНТ, 19S6, вып.1(34), ст.124-130.

[13] Вацет П.П., Винокуров Е.А., Гетьман В.А. л др. Расчет эксперимента по определению степени поляризации пучка когерентного тормозного излучения электронов линейного ускорителя ЛУЭ - 200С с помощью водородной пузырьковой камеры ВК - 40. Препршп ХФТИ 73-4. Харьков. 1973.

[14] Винокуров Е.А., Кураев Э.А., Меренхов Е.П. и др. Радиационньк поправки к образованию е+е~ - пар фотонами высоких энергии н; электроне и на ядре. Препринт ПЯФ 118-74. Новосибирск.1974.

[15] Болдышев В.Ф. Винокуров Е.А. Перссунъко Ю.П. Эффективный метод измерения полярпоацин фотонных пут ков. Фяоиха атомного ядра и элементарных частиц. Москва. ЦНИИ атомпнформ. 1983, часть 3, ст. 133 136.

¡16] Болдышев В.Ф., Винокуров Е.А., Перссунько Ю.П. Метод измерения линейной поляризации фотонных пучков по асимметрии ©лек-тронов отдачи при фотообраоовании пар на электронах, Обоор:-М.: ЦНИП атоминформ, 1990.-36с.

[17] Болдышев В.Ф., Вшюхуров Е.А., Волощук В.И. л др. Намерение линейной поляризации фотонного пучка с опершей 60 МэВ по асимметрии электронов отдачи в фоторождении е+е" - пар на о лет; тронах.Препринт ХФТИ 92-42.Харьков. 1992. -

Д18] Басков В.А., Ким В.В., Сергяешо В.И., Хабзо В.А., Вшюхуров Е.А. и др. Поляризация получения электронов с энергией 28 ГэВ и 1 ТаВ при движении пх вбллои плоскости кристалла.

В сб.: Мат.Всесоюзн.сов.”Проблемы применения эффектов ка-

налирования частиц кристаллами в фноике высоких энергий”. Протвино. 1891, ст.73-78.

[19] Boldyshev V.F., Vinokurov Е.А., Kuraev Е.А. et a I. Method for measuring of the photon beam linear polarization by means oí recoil electron asymmetry in e+e~ pair photoproduction on electrons. V Workshop on High Energy Spin Physics. Protvino, 20-24 September 1993. p.330-333.

[20] Boldyshev V.F., Vjnokurov E.A. Triplet photoproduction process as a photon polarization detector. PANIC Particles and Nuclei - Tenth Intern. Conf. Book oi Absti. v.l, Heidelberg. July 30-Aug. 3, 1984.

Цитована литература

¡21] Болдышев В.Ф., Пересунько Ю.П. Фотообрааование электронно -пооитронкых пар на олехтронах й анализ поляризации фотонных ■ пучков. ЯФ, 1971, т.14, выи.5, ст. 1027-1032.

[22] Болдышев В.Ф., Пересунько Ю.П. К определению поляритзапии фотонов по асимметрии электронов отдачи в триплетах. ЯФ, 1974,

i т.19, Вып.1, ст.144-147.

[23] Hang Е. Bremsstrahlung and pair production in the field of free electrons. Z. Naturforsch 1975,v. 30a, p. 1099-1113.

[21] Scbafer F., et aJ. witb Ahrens J., Peise J., Scbmitz M. et al. Analyzer

for linearly polarized photons using triplet production. Gordon Research Conference on photonuclear reactions. August 6-10, 1990, Tilton, New Hampshire, 1990. ■ '

Винокуров Е.А. Исследование поляризации фотонов при фоторождении триплетов. Диссертация (рукопись) на соискание ученой степени кандидата фш ико-м ат емат и ч е с к их наук по специальности 01,04.16 — физика. ядра и. элементарных частиц, Харьков, 1997.

Рассматриваются основные характеристики процесса фоторождения е+е~ - пар на электронах (триплетов) и обсуждаются возможности использования этого процесса дна намерения степени линейной поляризации фотонных лучков в широком интервале енергнп от 25 МоВ до нескольких ТоВ. Анализируется поведение частей различных дифференциальных сеченяй и азимутальной асимметрии вылета электронов отдачи в зависимости от энергии фотона, величины импульса и полярного угла вылета ояеятронов отдачи,минимально детектируемого импульса отдачи, инвариантной массы рожденной пары, долп энергии, уносимой позитроном. Определяются оптимальные условия для проведения экспериментов, обсуждаются возможности создания поляриметра на основе измерения азимутальной асимметрии электронов отдачи с использованием трековых приборов и быстродействующих счетчиков. Приводятся результаты эксперимента по измерению линейной поляризации фотонов,проведенного на Харьковском усхорителе электронов.

Abstract

Vinokurov Е.А. Investigation of photon polarizations by triplet photoproduction.

The dissertation (manuscript) for obtaining scientific degree of the candidat af science in the mathematics and physics corresponding to speciality 01.04.16

— nuclear physics and physics of elementary particles, Kharkov, 1997.

The main characteristics of the process of e+e~ pair photoproduction on ;he electrons (triplets) are reviewed and the possibility of this process to be ised for the photon beam linear polarization measurement in the wide energy ■egion from 25 MeV to few TeV is discussed. The differential cross section md the azimuthal asymmetry of recoil electrons are determined versus: the jhoton energy; the recoil electron momentum and its polar angle; the min-mal recoil electron momentum which can be detected; e+e~ pair invariant nass^and versus the positron energy. The optimal kinematical conditions for he experiments are determined and the possibility of constructing the po-brimeter is discussed. This polarimeter is to be based on the recoil electron zimuthal asymmetry measurement by means of tracking dcvices and high -)eed counters. The results of the experiment on the photon linear polariza-on measurement, which was held at the Kharkov electron accelerator, are :esent.ed. ■