Исследование процесса когерентного фоторождения no-мезонов на дейтроне линейно-поляризованными фотонами в области энергий Егамма= 450-900 МэВ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

» #

" ^ ЕРЕВАНСКИЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

На правах рукописи

КАРАПЕТЯН ГАЯНЕ ВАГАРШАКОВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОГЕРЕНТНОГО ФОТОРОЖДЕНИЯ п°— МЕЗОНОВ НА ДЕЙТРОНЕ ЛИНЕЙНО-ПОЛЯРИЗОВАННЫМИ ФОТОНАМИ В ОБЛАСТИ ЭНЕРГИЙ Еу=450-900 МэВ

01.04.16 - Физика ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

ЕРЕВАН - тот

Работа выполнена в Ереванском Физическом институте.

Научные руководители : кандидат физико-математических наук

Акопян ГЛ .,

кандидат физико-математических наук Галумян II.И.

Официальные оппонента : доктор физико-математических наук

Петросян М.В. ( ЕрФИ >. доктор физико-математических наук Папанян В.О. ( ИФИ АН РА )

Ведущая организация : Ереванский Государственный Университет

Защита состоится 1993г. в 14.00 ч. на

заседании специализированного совета Д U34.03.0I при Ереванской Физическом институте ( 375038, г.Ереван, ул. Бр.Алиханян,2 )

С дассертзциэа можно ознакомиться в библиотеке Ереванского Физического института.

Автореферат разослан " 7 " ¿¿Ю1-{л>Ъ- Х^Зг.

Учения секретарь специализированного совета

кандидат фаз.-мат. наук В.А.Шахбазян

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. Процесс га п°с1 принадлежит к груше простейших реакций взаимодействия фотонов и электронов с нейтронами, образующих электродинамику дейтронов. Исследование этой реакции традиционно представляло интерес для получения информации о структуре дейтрона, о вкладе и-волновой компоненты цейтронной волновой функции в амплитуду процесса га -» об

третэлении формфактора дейтрона.

Повышенный интерес к исследованию когерентного [юторождения, возникший в последние годы, был главным образом связан с проблемой поиска дибарионных резонансов. Однако эта троблема в свою очередь стала все больше увязываться с геобходимостью более глубокого понимания нерезонансного геханизма исследуемых процессов. В теоретических исследованиях »акции г-а -» проведенных в последнее время в рамках

¡ерелятивистского импульсного приближения (№1) подробно изучены ©определенности в расчетных значениях дифференциального :ечения и асимметрии е, которые обусловлены неоднозначностью юлновой функции дейтрона, мультипольных анализов элементарного юторождения выбором Фермиевского импульса нуклонов в

|Дре дейтрона. Исследовалось влияние эффектов перерассеяния, -клад которых особенно существенен при больших углах рассеяния мезона. Были проведены теоретические анализы, включающие в ассмотрение дибэрионные резонансы (ДР). Дальнейший прогресс в онимании относительного вклада различных механизмов сследуемого процесса обусловлен необходимостью новых змерений, в особенности, поляризационных наблюдаемых.

Цель работы заключалась :

Г! В измерении энергетической зависимости асимметрии эчения г реакции ¡ <1 -» п°<1 в области К -450-аи0 МэВ и при угле *=130°.

2. В проверке справедливости предсказания различных зоретических моделей когерентного фоторождения п°-мезона на зйтроне.

з

Научная новизна работы заключалась в следующем :

1. Впервые из~.;рена асимметрия сечения 2 реакции rd n°d в кинематической области Kv=4bu-yuu МэВ и s*=I30°.

2. Анализ полученных данных по £ показывает, что расчеты, выполненные в рамках Глауберовскоа модели многократного рассения на ядре с числом нуклонов равным двум, не в состоянии описать ход экспериментальных данных. Включение дибарионных резонансов не представляется оправданным и не улучшает описание данных по асимметрии

3. Предложен новый эффективный метод расчета поляризации когерентно-тормозного излучения электронов в кристаллах проводимый по спектрам интенсивности.

Практическая ценность работы.

Т. Создано программное обеспечение автоматизированной системы измерения и контроля энергетического спектра фотонного пучка, которая была использована в экспериментах по измерению асимметрии сечения процессов фоторасщепления малонуклонных ядер и комптоновского рассеяния на протоне.

2. Полученные результаты по асимметрии £ использовались в теоретическом анализе эффектов перерассеяния промежуточных пионов ( Харьков-У2 ) и могут быть использованы также в новых теоретических работах.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались на научных семинарах ЕрФИ, на международной конференции "Мезоны и легкие ядра" в Бехине (Прага, май 1У8Ьг.), на международном симпозиуме "Нуклон-нуклонные и адрон-ядерные взаимодействия при промежуточных энергиях" (Лечинград, 23-2Ь апреля 1У84г.), на 9-ОМ международном симпозиуме по "High Energy Spin Physics" ( Бонн, 1U-I5 сентября 19У0г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано одиннадцать работ, список которых приведен в конце автореферата.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения^ четырех глав й заключения. Она изложена на 102 страницах машинописного текста, включая 3 таблицу, 28 рисунков и 62 наименования цитируемой литературы.

Основные результаты, выносимые на защиту, заключаются в следующем :

1. Дяя проведения физических исследования разработана экспериментальная аппаратура, при этом создано программное обеспечение калибровки, on-line сбора и oft-iine обработки информации с парного спектрометра ps-зи, в том числе осуществлено программное управление вращением кристалла в гониометре и программное управление током анализирующенго магнита парного спектрометра ;

2. Осуществлена наладка и калибровка экспериментальной аппаратуры, в том числе с использованием реакции >-р -» п'3Р.

3. Разработана методика измерения асимметрии сечения z линеяно-поляризованными фотонами, при этом :

- разработана методика установки и on-line корректировки спектра ^-квантов ;

- разработана методика измерения и контроля спектра в on-line режиме ;

- предложен эффективный метод расчета поляризации спектра фотонов КТИ ;

- предложен упрощенный метод расчета поляризации спектра

КТИ ;

- разработана методика измерения асимметрии реакции rd -»

4. О помощью автоматизированной аппаратуры и разработанной методики впервые измерена асимметрия 2 реакции yd в кинематической области Е =450 -9U0 ГэВ и есём=130с'.

5. На основе измерений получены следующие результаты -.

а) данные по асимметрии реакции rv п°р хорошо сшиваются с существующими измерениями в области д-резонанса и согласуются с предсказаниями феноменологии ;

б) данные по дифференциальному сечению процесса гd -> полученные в эксперименте согласуются с литературными данными ;

в) из данных по асимметрии реакции rd -»- i°d можно заключить, ЧТО :

- при энергиях ниже 600 МэВ вклад диаграммы перерассеяния в ИП мал и он лишь слегкэ модифицирует результата расчетов по ИП. В то же время вклад двух изовекторных дибг эдонных

резонансов (Зкэ(2.26) + ^(Й.Ы)) в расчеты (И11 + перерассеяние + ДР) анализа Токио-88 достаточно хорошо описывает асимметрию изучаемого гфоцесса ;

- при энергиях выше вии МэВ, однако, ни И11 вместе с процессами перерассеяния, ни даже Ш1 + перерассеяние + ДР расчеты не описывают измеренную энергетическую зависимость асимметрии, более того при энергиях выше 700 МэВ наблюдается несогласие с точностью до знака асимметрии.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обсуждается актуальность проведенных исследований, формулируется их цель и приводится краткое описание содержания каждой из глав диссертационной работы.

Первая глава диссертации посвящена обзору теоретических и экспериментальных работ по когерентному фоторождению п°-мезона на дейтроне в резонансной области энергий. Из теоретических исследований данного процесса следует ( § I ), что в рамках Глзуберовскоя модели многократного рассеяния для реакции га -» п°с! в эикональном приближении достаточно учесть первые два члена ряда разложения Ватсона, соответствующих одиночному рассеянию (или импульсному приближению) и двойному рассеянию (или однотонному перерассеянию). Во втором параграфе описываются теоретические исследования механизма импульсного приближения, проведенные в Орсэ, Харькове и Токио. В частности, приводятся результаты исследования неопределенностей модели, обусловленных неоднозначностью деятронной волновой функции, мультипольных анализов ^ы - пы рассеяния, выбором модели учета Фермиевского движения нуклона в ядре дейтрона. В третьем параграфе приводятся результаты проведенных рассчетов, берущих во внимание эффекты перерассеяния промежуточных пионов. Показано, что при малых углах рассеяния л°-мезонэ вклад диаграммы перерассеяния улучшает описание процесса. Возможное проявление дибарионных резонансов досскутируется в параграфе 4. В конце главы ( § 5 ) проведен обзор экспериментальных работ по фоторождению га ■* в области энергий 0.2 - 1.0 ГэВ.

•Указывается на важность проведения дальнейших поляризационных

е

экспериментов и формулируется цель настоящих исследований.

Вторая глава посвящена описанию экспериментальной аппаратуры, используемой для исследования реакции гй -» Экспериментальные исследования проводились на линейно-поляризованном фотонном пучке электронного синхротрона Ереванского Физического института (рисЛ) [1,2,3] . Для измерения и контроля линейно-поляризованных спектров фотонов использовался тридцатиканальный парный спектрометр ге-зе, ( §1) шесть электронных и пять позитронных телескопов которого задавало величину относительного энергетического захвата зг и.7 [ 2] . Ток анализирующего магнита рбм парного спектрометра программно устанавливался и корректировался [3] . Осуществлено программное управление вращением двигателей гониометрического устройства, что позволяло также программно устанавливать и корректировать линейно-поляризованный спектр фотонов. Описана подготовка рб-30 к работе, состоящая в программной организации совпадений между всеми телескопами ге-30, в программном определении эффективностей всех каналов спектрометра. Во втором параграфе описан магнитный спектрометр мб-2500, предназначенный для регистрации. дейтронов отдачи [I]. Спектрометр, включающий две квадрупольные линзы, анализирующий магнит, телескоп сцинтилляционных счетчиков, 16 канальный годоскоп и систему из четырех МПК, шел импульсное разрешение = 1% при захвате др/р г ±6%, угловой захват дэ=±0.8° при аксептансе дп=з.ь мер. Для регистрации одного;,..-из у-квантов от распада п°-мезона использовался черенковский спектрометр с» ( § 3 ), состоящий из счетчика антисовпадений, свинцового конвертора, триггерного счетчика и счетчика полного поглощения на основе свинцового стекла ТФ-1 [ I] . Спектрометр калибровался под электронным пучком, сформированным одним из каналов парного спектрометра рб—зв. Энергетическое разрешение его без конвертора составило сЕ/Е* 0.08//~Е~, а с конвертором 0.12*0.14//~Е~ ( здесь Е в ГэВ). Все элементы регистрации и управления экспериментальной установки были выполнены на основе аппаратуры КАМАК производства ОИЯИ, ЛИЯФ, роьоы и специализированных модулей разработки ЕрФИ и через контроллеры крейтов управлялись ЭВМ МЕ®А-САМАСД25-£ЗМ4А. В КОНЦЭ ГЛЭВЫ ( § 4 ) ОПИСЭНЭ

жидаодеатериевая мишень установки. •

Третья глава посвящена методике проведенного эксперимента Экспериментальная установка была в достаточной степени автоматизирований, программно подготавливалась i управлялась [1,2,31. В § I приводятся методика получения линейно-поляризованных г-квантов. Описана программа нахожденю углов нулевой ориентации монокристалла алмаза, программ; расчета и установки углов кристалла, обеспечивающих нужно« значение пиковой энергии фотонного спектра и направление егс поляризации, программа, производящая коррекцию пиковой энергш фотонного сдактра. На конечном этаге подготовки ^-спектра, nocj точного выставления пиковой энергии, измерялся полнш энергетический спектр. Здесь же описывается подготовке аппаратуры к измерениям. Параметры регистрирующей аппаратуры корректировались для каждой кинематической точки. Наладкг магнитного и черенковского ешктрометров проводилась на основе более светосильного выхода процесса гр -» п°Р. На рис. 2 показан времяпролетный спектр совпадений между d ( или р ) и г-квантами от распада п°-мезона в случав отсутствия и при наличии p-d разделения в магнитном спектрометре [ 4,5] . Из рис. 2 ввдно, что при наличии p-d разделения вклад р-у совпадения в области d-r совпадений практически отсутствовал. В § 2 представлена on-line программа запуска эксперимента, обеспечивающая измерения, контроль измерений и запись данных на магнитные диски. В программе реализовано трехуровневое прерывание : от парного спектрометра ps-зи, от мастера d-r совпадения, от фоновой задачи в порядке убывания приоритетов. В течение запроса от ps-30, в случае несоответствия позиции пика спектра КТИ заданному значению, 'производилась его коррекция -и лишь затем разблокировывалась система регистрации эксперимента. .При запросе от мастера d-r совпадений производилось считывание информации с систем регистрации и запись ее на диски. Фоновая задача проводила хронологический контроль за параметрами экспериментальной установки ( за стабильностью пучка г-квантов, триггеров магнитного спектрометра и d-r совпадения и т.д.(см. рис. 3). Как показали измерения, несмотря на нестабильность первичного пучка вся система в целом работала стабильно в

н

широком диапазоне загрузок.

Четвертая глава посвящена обработке данных и обсуждению результатов. Пакет программ по обработка экспериментальной информации ( §1") состоял из следующих частей : обрабатывалась информация о спектрах г--квантов, вычислялась поляризация усредненного спектра КШ, обрабатывалась информация с магнитного спектрометра ( восстанавливались треки dtp) в МШ и реконструировался их импульс ), обрабатывалась информация сл черенковского' '* спектрометра ( §2 ). На последнем этапе определялись дифференциальные сечения и асимметрия z процесса yd -> п°а ( и калибровочного гр -» я°Р ) [ 1] . Для расчета, поляризации спектров КТИ, нами предложено два методз ( на основе быстрого преобразования Фурье [6,7] и упрощенный [8] ), которые в условиях поступления значительного объема информации от ps-зи были-достаточно эффективными, обеспечивали достаточную точность ( < 2-3%) в области когерентного пика "и не были ограничены определенными' модельными представлениями о параметрах пучка, угловых характеристиках излучения и используемого экспериментального оборудования ( рис. 4 ). В § 3 описан алгоритм и приведены результаты моделирования по методу Монте-Карло, сравнение их с экспериментом. Определено, что энергетическое разрешение'исследуемого процесса составило о к -9-IU МэВ, а угловое разрешение п°-ме'зонов в сцм с»* s i°. у результате сравнения расчетов по методу Монте-Карло с измеренной зависимостью выходов реакции от угла /-квантов ( от распада п°-мезона ) & и от вариации формы спектра КТИ, вклад фоновых событий в выход гd -» rr°d был оценен ± IU-15%. В о 4 приведены результаты измерений [ 4,5,9-11] . В таблице X даны значения асимметрии г процесса гd -> измеренные при угле

э*=130°. Приведенные ошибки - статистические. Энергетическая зависимость асимметрии г для калибровочного процесса ур -» я°р показана на рис. 5. Наблюдается хорошее согласие литературными данными, что является хорошим тестом корректности проведенных измерений. На рис. 8 и 7 даны энергетические зависимости дифференциального сечения и асимметрии г процесса rd -> n°d, измеренные в настоящей работе совместно с данными, полученными в других лабораториях. Ошибки - статистические. Из

рис. 6 видно, что подученные данные по дифференциальным сечениям хорошо согласуются с экспериментальными измерениями, проведенными в Бонне и Токио. Кривые на рисунках - расчеты авторов из Токио и Харькова, учитывающие вклада ИИ, Ш + перерассеяние и учитывающие также дибарионные резонансы. При этом расчеты, проведенные одними ( Токио-1 ) хорошо воспроизводят энергетическую зависимость вплоть до

750 МэВ, что снимает необходимость введения дибариокных резонансов. Другие авторы ( 'Гокио-11 ) учли возможный вклад ДР ( 3" и 4+ ), что позволило улучшить описание данных в области до £ ГэВ. Авторы из Харькова утверждают, что при больших углах рассеяния п°-мезона вычисление эффектов пврерассеяния не может быть проведано достаточно надежно. Сопоставление этих предсказаний для дифференциального сечения и асимметрии позволило бы ответить на вопрос : применимо ли эйкональное приближение в этой кинематической области, и нет ли необходимости учета вклада последующих диаграмм в механизм процесса г<1 -» В

заключении можно сделать однозначный вывод, что представленные теоретические описания не могут служить базой дя обоснования включения дибарионных резонансов в механизм исследуемого процесса.

В заключении формулируются основные результаты диссертационной работы, вынесенные на защиту.

1Я

Таблица I

Асимметрия сечения процесса га измеренная при »*=1зи°.

Ошибки - статистические.

Е^, МэВ 2

461.....и.Ь4 ± 0.09

479 .....и. 41 ± 0.0(3

4УУ.....и.ЬУ ± и.05

520.....0.60 ± 0.05

543 . . . . . 0.56 ± 0.07

569.....и.36 ± О.ОУ

ЬУЗ.....0.32 ± 0.07

620.....0.19 ± 0.07

643 .... . 0.30 ± 0.09

668 ..... 0.21 ± 0.07

695 ..... 0.19 ± 0.12

715.....0.21 ± 0.08

748 ..... 0.32 ± 0.07

773 ..... 0.26 ± 0.12

798 ..... 0.37 ± и. 11

830 ..... 0.55 ± 0.13

859 ..... 0.52 ± 0.14

Рис. I

Рис. 2

Рис. 3

dé нЬ

d5'If

'■■i

\

\\

10

i _

- i Z f

102

a

• . O

V Ч V • • U

/ .....

4 V \ л-.

\ - - ^ _ __

чу ч ---- ■

РИС. IS

10 =

/

104

V

0.3

0.5 0.7

Ej,f3B

0.9

0.5

0.7

Рис. 7

Е?,ГэВ

Ib

ПОДПИСИ К РИСУНКАМ

Рис. I. Схема экспериментального оборудования.

Тракт пучка и рв-30 : D - алмазная мишень, шг - жид-кодейтериевая мишень, 2 - коллиматоры, вм^ 2 - очищающие магниты, рбм - анализирующий магшгг, с12 -конверторы, м - быстрый монитор, й - квантометр Вильсона, бк1_5, бв, вк1Н,вв1в - сцинтилляционные счетчики. Магнитный спектрометр мв-2Ь00 ■ - квадрупольные линзы, им - отклоняющий магнит,триггерные счетчики, н - годоскоп, мирс1_4 - пропорциональные камеры. Черенковския спектромер ев : V - антисчетчик, рь- конвертор,!- триггерный счетчик,с -черенковский счетчик.

Рис. 2. Времяпролетный спектр в р-?', й-г совпадениях.

Пунктирная линия - протоны в мй-2500 не дискриминируются, сплошная линия - протоны в мз-2500 дискриминируются.

Рис. 3. Хронологический контроль за параметрами экспериментальной установки. Вся шкала по т соответствует примерно 30 мин.

Рис. 4. А) -Участок спектра интенсивности с вычтенной аморфной составляющей, полученной методом работы ЕрФИ для хпик =0.22,угла коллимации 0.3 мр, с<=0.96°. Для сравнения представлена соответствующая теоретическая кривая. Б) - Расчетные поляризации : методом ЕрФИ (сплошная кривая), методом БПФ (штриховая линия), упрощенным методом (штрихпунктирная линия). В) - Энергетический спектр функции возмущения.

Рис. 5. Энергетическая'зависимость £ реакции гр -» Точки -..

- данные Харькова, • - настоящие измерения. Кривая -феноменологический анализ Меткалфа и Волкера.

Рис. 8. Энергетическая зависимость реакции ув. -> при

¡?*=130°. Точки : •- данные Бонна, данные Токио, о- настоящий эксперимент. Кривые из работы Харькова : штриховая - ИП, штрихпунктирная - ."полюсная" часть перерассеяния, пунктирная - "неполюсная" часть перерас-

сеяния, сплошная - сумма ИП и перерассеяния. №с. 7. Энергетическая зависимость z реакции гd n°d при »*=I30°. Точки данные Харькова, настоящие

измерения, -j--измерения, проведенные нами ранее

[4,5,9] . Кривые - из работы Токио : пунктирная -учитывает вклад ИП и перерассеяние, штрихпунктирная -добавлены дибарионные резонансы.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах :

1. Адамян Ф.В., Айрапетян A.B., Карапетян Г.В. и др. Экспериментальная методика исследований процессов г-d рп, г4Не pnx, bi рпх и /-d -» T°d на линейно-поляризованном фотонном пучке ЕрФИ. -Препринт ЕФИ-1353(48)-91, 1У91, 44с.

2. Аветисян А.Э., Адамян Ф.В., Карапетян Г.В. и др. Автоматизированная установка по измерению и контролю параметров квазимонохроматического когерентного фотонного спектра на базе 30-канального парного спектрометра. -Препринт ЕФИ-1325(2U)-91, 1991, 3Uc.

3. Акопян Г.Г..Волчинский В.Г., Карапетян Г.В. и др. Автоматизированная система управления и контроля тока анализирующего магнита парного спектрометра. -Препринт ЕФИ-1087(50)-88, 1988, 12с.

4.Адамян Ф.В., Акопян Г.Г., Карапетян Г.В. и др. Исследование реакции когерентного фоторождения п" мезонов на дейтроне

rd -» T°d линейно-поляризованными фотонами в области энергии 500-700 МэВ. Труды симпозиума "Нуклон-нуклонные и адрон-ядерные взаимодействия при промежуточных энергиях", 1984, 23-25 апреля, Ленинград, с.121-126.

5. Адамян Ф.В., Акопян Г.Г., Карапетян Г.В. и др. Асимметрия сечения реакции ?-d n°d линейно-поляризованными фотонами в области энергий 500-700 МэВ и .угле в сцм э*=130°. -Письма В ЖЭТФ, 1984, Т.39, с.579-582,

6. Акопян Г.Г.,Галумян И.И., Карапетян Г.В. и др. Эффективный метод расчета поляризации когерентно-тормозного излучения электронов в кристаллах по спектрам ¡гатенсивности. -ВАНТ,

Серия : Техника физического эксперимента, 1У86, вып.4(3и), с.34-43.

7. Akopian Н.Н., Galumian Р.1., Karapetian G.V. et al. An

Kffective method for electrons coherent bremsstrahlung polarization calculation based on intensity spectra. -Preprint ЕФИ-90В(Ь9)-86, 1986, p.lb.

В. Акопян l'.r., Карапетян Г.В. Упрощенный метод расчета поляризации КТЦ . -Препринт ЕФИ-П38(1Ь)-8У, 1989, ,15с.

У. Adamian K.V., Akopian (3.G., Karapetian G.V. et al. Cross

Section asymmetry for the reaction yd -» pn, i'd -» n °d by linearly polarized photons in the energy range E^ =0.4-0.8 Gov. -Czech-J.Phys., 1986, V.B36, p.94b-947.

10. Adamian K.V., Aghababian K.Sh., Karapetian G.V. et al.

Experimental study of the photoproduction f <1 -> di° and

6 4

photodisintegration d -» pn, r Li •» pnX, у He -» pnX ргосеавея by linearly polarized photons in the energy range 0.3 1.0 GeV. -Preprint YKRPHI-1061(24)-88, 1988, p.20-

11. Adamian K.V.,Buniatian A.Yu., Karapetian G.V. et al. Cross section asymmetry 1 for the reaction d> d"i° in the energy range 0.b-0.9 GeV. -Phys.I.ett. H, 1989, v.232, p.296-298.