Исследование реакций перезарядки в области возбуждения ∆-изобары тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

Санкт-Петербургский государственный университет

На правах рукописи

ЧЕМЕЗОВ Алексей Викторович

ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИЙ ПЕРЕЗАРЯДКИ В ОБЛАСТИ ВОЗБУЖДЕНИЯ А ИЗОБАРЫ

(Специальность 01 04 16 — физика атомного ядра и элементарных частиц)

Автореферат

диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Санкт-Петербург 2008

□ 031Т1

003171702

Работа выполнена на кафедре ядерной физики Санкт-Петербургского государственного университета

Научный доктор физико-математических наук, профессор

руководитель Леонид Васильевич Краснов

Официальные доктор физико-математических наук, профессор оппоненты Вадим Евгеньевич Бунаков

доктор физико-математических наук, Александр Абрамович Пастернак

Ведущая организация Санкт-Петербургский Государственный Политехнический Университет

Защита состоится 2008 г в_час на заседании совета

по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212 232 16 при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу 199034, Санкт-Петербург, Университетская наб, 7\9, 302 аудитория циклотронной лаборатории

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке им Горького СПбГУ

Автореферат разослан

2008 г

Ученый секретарь совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212 232 16 при СПбГУ

кандидат физико-математических наук А К Власников

•у

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

В последние десятилетия в исследованиях свойств ядер особый интерес вызывают проблемы, связанные с поведением ядерного вещества в экстремальных условиях, в частности при энергиях возбуждения, существенно больших энергии связи обычных ядер Это, например, проблема возможного существования экзотических ядер, таких как Д-изобарные [1,2] Литература по этому вопросу достаточно обширна см монографию [3], где можно найти достаточно полную библиографию, см также [4-7] Ненуклонные моды возбуждения ядерной материи могут в значительной степени оказывать влияние на ее тормозную способность и влиять на процесс охлаждения горячего ядерного вещества [8], что важно в связи с проблемой создания условий для фазового перехода в кварк-глюоиную плазму Д-резонанс является наиболее яркой особенностью ^-взаимодействий при низких и промежуточных энергиях Связанные с его существованием эффекты чрезвычайно многообразны [4, 5] Поскольку обмен пионами играет ключевую роль в нуклон-нуклонном взаимодействии при низких и промежуточных энергиях, влияние Д-изобары на спектр возбуждений ядерной материи оказывается настолько существенным, что естественно рассматривать Д-изобару таким же полноправным констюуентом ядра, как и нуклоны [4,5] В эксперименте установлено, что характеристики изобары в ядре отличаются от тех же характеристик свободной изобары Это свидетельствует об отклике изобары на ядерную среду Полного теоретического описания механизма отличия характеристик Д-изобары в реакциях типа ядро-ядро от реакций нуклон-нуклон на данный момент не существует

Теоретическое описание реакций перезарядки в ряде работ основано на микроскопическом рассмотрении процесса N+И & + Х с учетом взаимодействия А'Д в ядерной среде[9-15] В таких работах невозможно описать процессы перезарядки с учетом взаимодействия

перезаряжаемого нуклона с ядерной средой и тех же процессов для продуктов реакции перезарядки

Эффекты взаимодействия этих частиц с ядерной средой наиболее естественным образом можно учесть в каскадной модели ядерных взаимодействий В силу малого времени жизни экспериментальное изучении А-резонанса затруднено Существует ограниченное количество реакций из сечений которых можно получить существенную информацию о свойствах Д-изобары, к таким реакциям относятся реакции перезарядки

Эксперименты по изучению реакций 12С(3Не, 3Н), проведенные в Сакле [16] и Дубне [17-23], дали новую эксклюзивную информацию о свойствах реакций с возбуждением Д-изобары В этих экспериментах были получены сечения перезарядки (3Не,0 в зависимости от переданной энергии со для различных комбинаций сопровождающих частиц (л, рп, 2р ) - топографией Как видно из экспериментов, для различных топографий положение максимумов Д-пиков смещены друг относительно друга, в частности в реакции С(3Не,/) максимум Д-пика для топографии (2р) относительно максимума для топографии (рк) смещен в мягкую область по переданной при перезарядке энергии а> на величину ~80МэВ Причины таких различий не могут быть объяснены прохождением реакции согласно механизму квазисвободного рождения Д-изобары в ядре При этом понимание механизма протекания реакции могло бы объяснить ряд особенностей в свойствах Д-изобары

Делыо работы являлся расчет в рамках каскадной модели характеристик реакций перезарядки 12С(3Не, 3Н)Х и 12М§(3Н, 3Не)Х, с целью уточнения механизмов по которым проходят эти реакции, а также оценка роли коллективных процессов возникновения Д-изобары и оценка их вклада в полное сечение реакций перезарядки Научная новизна.

• На основе каскадной модели разработан алгоритм, написана и протестирована программа, моделирующая ядерные реакции, в которых учитывается канал рождения и развития во времени А-изобары

• На основе полученных результатов расчетов реакций перезарядки С(3Не, 3Н)Х показанно, что аномальные свойства Д-изобары в ядре, как - то уширение пика и сдвиг его в область передачи с меньшими энергиями, вызваны наличием канала безмезонной разрядки изобары

• С целью проверки гипотезы об анизотропном угловом распределении частиц - продуктов распада А -изобары, расчитаны импульсные распределения пионов в реакции 3H+24Mg->3He + X

• Проведены расчеты среднего количества А -изобар, возникающих в ядрах в процессе ядро-ядерной реакции при промежуточных энергиях Показано, что среднее количество А -изобар в ядре не превышает нескольких процентов от общего числа нуклонов взаимодействующих ядер

Научная и практическая ценность работы

• Разработанный на основе каскадной модели алгоритм и написаная программа, моделирующая ядерные реакции, в которых учитывается канал рождения и развития во времени А-изобары, может быть использована для расчетов и анализа процессов протекающих в ядрах во время реакций

• Расчеты в рамках каскадной модели могут позволить получить существенную информацию о свойствах ядер в случаях, когда в силу сложности, использование аппарата микроскопической модели оказывается затруднительным В частности, в рамках каскадной модели, без привлечения сложных микроскопических, полевых моделей, удалось описать ряд важных свойств ядерной материи во время протекания высокоэнергетических реакций

Апробация работы

Результаты представляемой в диссертации работы докладывались в

• Юбилейная научная сессия-конференция секции ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», посвященная 60-летию ИТЭФ (Сессия отделения ядерной физики РАН 2005), Россия

• The XVIII International Baldin Seminar on High Energy Physics Problems Relativtsiic Nuclear Physics and Quantum Chromodynamics, organized by the Joint Institute for Nuclear Research will be held from September 25 to 30, 2006 in Dubna, Russia

а также на кафедре Ядерной физики Санкт-Петербургского Государственного университета, на семинаре отдела ОНИ Петербургского Института Ядерной физики

Основные положения, выносимые на защиту

• В процессе выполнения работы, на основе каскадной модели разработан алгоритм, написана и протестирована программа, моделирующая ядерные реакции, в которых учитывается канал рождения и развития во времени А -изобары

• В рамках разработанной программы выполненны расчеты реакций перезарядки С(3Не, 3Н)Х при различных значениях сечений, вводимых для описания свойств Д -изобары в ядре На основе полученных результатов расчетов показанно, что аномальные свойства А-изобары в ядре, как - то уширение пика и сдвиг его в область передачи с меньшими энергиями, вызваны наличием канала безмезонной разрядки изобары

• С целью подтверждения достоверности разработанного алгоритма и его общности для различных реакций, проведены расчеты реакций 3H+24Mg—>3Не+Хи показано, что алгоритм работает и в этом случае

• С целью проверки гипотезы об анизотропном угловом распределении частиц - продуктов распада А -изобары, расчитаны импульсные распределения пионов в реакции 3 Н+м Mg->3 Не+ X

• Проведены расчеты среднего количества А -изобар, возникающих в ядрах в процессе ядро-ядерной реакции при промежуточных энергиях Показано, что среднее количество А-изобар в ядре не превышает нескольких процентов от общего числа нуклонов взаимодействующих ядер

• Проведены расчеты сечений выхода для реакции

(№ + РЬ), в которых наблюдается хорошее совпадение

полученных расчетных сечений с экспериментальными данными

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка литературы Она содержит 76 страниц текста, включая 15 рисунков, и список литературы из 66 наименований

Вклад автора в представленной работе, заключался, в написании программы отвечающей каскадной модели, модификация физической модели и программы для случая возбуждения в реакциях Д -изобары, расчеты в рамках модели исследуемых реакций, анализ полученных результатов и сделанные на его основе выводы

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении сформулирована цель работы, обосновывается актуальность исследований, перечисляются основные положения выносимые на защиту и кратко излагается содержание отдельных глав В первой главе приводится общее описание каскадной модели, описывается процедура включения каналов рождения и развития во времени Д-изобары, методы оптимизации каскадных расчетов при моделировании процессов с малым сечением

Каскадная модель применяется в ядерной физике для анализа процессов ядерных реакций при высоких энергиях[24-27] В основе физических принципов, заложенных в модель лежит квазиклассическое представление ядра как ферми-газа нуклонов, находящихся в среднем поле Основным условием применимости модели внутриядерных каскадов является достаточная малость длины дебройлевской волны X необходимо, чтобы X была меньше среднего

расстояния между внутриядерными нуклонами /~10"13см Для выполнения этого условия кинетическая энергия участвующих во взаимодействиях частиц Т должна превышать ~ 30 МэВ

Взаимодействия происходят между отдельными нуклонами снаряда и мишени или между ядерными нуклонами и рожденными в результате AW-взаимо действий вторичными частицами В алгоритме учитываются Ферми-движение всех нуклонов и запрет Паули для возникших в результате элементарных реакций наклонов В случае, если кинетическая энергия нуклона - продукта NN или nN взаимодействия оказывается ниже энергии Ферми, то такая реакция считается невозможной в силу запрета Паули

В варианте модели, использовавшейся при расчетах в данной работе, предполагалось, что неупругое взаимодействие между нуклонами (N + N) или нуклоном и пионом (N + п) полностью идет через образование Д -изобары N+N—>A + N, N + 71—>А+р Относительные веса каналов образования Д-резонанса в различных зарядовых состояниях (NN —» TVA) определялись через коэффициенты Клебша-Гордана Масса Л-изобары рассчитывалась по брейт-вигнеровскому распределению

Р(М) --^^-

в котором МА~ 1232 МэВ и Г0=120МэВ - масса и ширина Д -резонанса в свободном состоянии

В случае реакций перезарядки сечение составляло ~ (2 - 4) 10 "3 о~1пе. Для повышения эффективности монте-карловского розыгрыша событий в расчетах использовался метод существенной выборки [28], Вторая глава посвящена описанию расчетов реакции перезарядки 1гС(3Нс,3Н), а также анализу причин определяющих аномальное поведение Д -изобары в процессе реакций

В задачу работы в первую очередь входили расчеты реакций перезарядки 12С(3Не,3Н) с целью выявления причин, влияющих на характеристики Д-изобарного пика по сравнению с их значениями в реакции перезарядки нуклон-ядро (уширение пика и его сдвиг в мягкую область) Основным методом исследования свойств

А-резонанса являлось осуществление расчетов реакции при корректном варьировании свободных параметров расчета с целью воспроизведения имеющихся экспериментальных данных для реакции 12 С (3Не,3Н)

Эксклюзивные эксперименты -по реакции 12С(3Не,3Н) были выполнены на ускорителе «Сатурн» (Сакле) Энергия налетающих ядер гелия составляла 2 ГэВ/нуклон [3] Минимальная энергия, при которой фиксировались пионы, была равна 15 Мэв Нижний порог энергии для протонов составлял 35 Мэв Для основных комбинаций вылетающих частиц сопровождения (1лг + 1 р), (2р) (будем

называть их в дальнейшем топографиями) было построено распределение по переданной при перезарядке энергии со = Еш - Ен В расчетах также имелась возможность выделять топографии разных каналов перезарядки Основные результаты эксперимента отображены на рис 1, на котором для топографий (\л + \р) и (2р) приведена зависимость числа событий Мот переданной энергии О) - ЕНе — Ен

Рисунок 1 Результаты " эксперимента по изучению| реакции 12С(3Не,3Н) на\ ускорителе «Сатурн» (Сакле) | Отображена зависимость для?, двух различных топографий< количества событий от% переданной при перезарядке| энергии со = ЕНе -Е, во

Одной из основных гипотез, объясняющих такого'Мрода сдвиг и уширение, является предположение о коллективном характере возбуждения А-изобары [1] Моделирование такого процесса осуществлялось в расчетах следующим образом С момента возникновения и до момента распада изобара рассматривалась как одна из вторичных частиц, которая движется внутри ядра

Для более полной проверки возможного влияния процессов блуждания на поведение Л -изобары в ядре, в модель при разных вариантах расчета вводились сечения Д1 + Л^, —> А2 + процессов В работе были проделаны два варианта расчетов реакций, первый когда происходило только одноразовое возникновение А-изобары (рис 2), во втором случае (рис 3) В отличие от первого варианта расчета, где реакции типа О) + N проходили по упругому каналу, во втором варианте расчета была введена возможность неупругого взаимодействия А -изобары с нуклоном

в I

■ 71 2р ч..

1-1 г *+р ] Л? 'Ял' 1

Г-Н * ** ^ : * л и*и

о МеУ

Рис 3 Расчетное

распределение по переданным энергиям для (Ы + \р)и (2р) топографии в случае

образования А -изобары с включенным каналом

безмезонной разрядки при ее взаимодействии с нуклонами ядра

Рисунок 2 Расчетное распределение по переданным энергиям со для (Ы +1 р)и (2р) топографий в случае образования А -изобары и ее последующего распада без дальнейшего взаимодействия с нуклонами ядра-мишени

м, мev

результате -реакции

При оценке распределения энергии в выяснилось, что в первом случае часть кинетической энергии нуклона мишени тратится на образование пиона, в результате чего энергия нейтрона, присоединяющегося к нуклонам-спектаторам для образования трития, а значит, и энергия ядра трития в среднем оказывается ниже, чем в случае, безмезонного канала разрядки

А-изобары Я" + М—+ где вся энергия, соответствующая разности масс изобары и нуклона, переходит в кинетическую энергию нуклонов продуктов реакции

Кроме того, во втором случае после окончания взаимодействия образуются, по крайней мере, три вторичных нуклона, включая протон-спектатор в конечном состоянии Действительно, в результате неупругой реакции рождается нуклон и изобара, которая при безмезонном распаде взаимодействует еще с одним нуклоном, в результате чего среди вторичных частиц оказывается уже по крайней мере три нуклона, один из которых присоединяется к спектаторам в случае образования перезаряженного продукта реакции Л^ + —+А—»• —> + А —> Л^ + /V ^ В случае

спонтанного распада А-изобары в результате последовательных /УМ-взаимодействий образуются только два нуклона Л^ —+А—»■ А —» Л^ + Я" Это указывает на то, что,

во-первых, процессы, в которых происходит безмезонный распад Д -изобары, дают топографии с более высоким количеством нуклонов, и, во-вторых, в таких процессах перезарядка будет происходить при меньшей передаче энергии Эти рассуждения позволяют объяснить, почему при различных вариантах протекания каскада перезарядка с топографией (2р) характеризуется в среднем меньшей переданной энергией, чем перезарядка с топографией (\л + \р) Таким образом, из анализа расчетных распределений можно сделать вывод, что перезарядка с топографией (\я + \р) в основном

происходит через канал распада А-изобары, а перезарядка с топографией (2р) предполагает наличие безмезонной разрядки

Полученные результаты, объясняющие свойства А -изобары в ядерной среде, проявляющиеся в ядерных реакциях, опирались на эксперименты в Сакле Чтобы подтвердить общий характер построенной модели, и проверить ее пригодность для описания других экспериментов, не связанных с теми, для которых были получены значения свободных параметров модели

Эксперименты по перезарядке, которые могли подойти для этих целей, проводились в Дубне [29-30] В экспериментах, описанных в работе [4], изучалась реакция 3Н+24М£—>3Не+Х при импульсе налетающего трития 3 ГэВ/(с нуклон). В этих экспериментах были определены вклады различных топографий протонов в реакцию перезарядки, а также среднее значение переданного импульса для отдельных топографий

В рамках модели был сделан расчет этой реакции при импульсе 3 ГэВ/((с нуклон) с учетом канала безмезонной разрядки Все параметры расчета были теми же, что и в расчете в реакции 12 С (3Не,3Н)Х Результаты расчета совместно с экспериментальными данными приведены в таблице 1

М-М Е эксп Г теор 1 Р эксп Р теор

00 0 398± 0 016 0 534 ±0 003 0 19 ± 0 06 0 1б±0 01

0 1 0 125 ±0 009 0 069 ± 0 001 0 30 ± 0 07 0 35±0 01

0 2 0 031 ±0 004 0 006+0 001 0 46 ± 0 09 0 63±0 04

1 0 0 336 ± 0 014 0 308 ± 0 003 0 37 ± 0 06 0 41± 0 01

1 1 0 078 ±0 007 0 074 ±0 001 0 54 ± 0 07 0 55± 0 01

Ы.количество положительных и отрицательных частиц в топографии,

Рэксп - относительный вес топографии, полученный в эксперименте,

Ргеор - относительный вес топографии, полученный в расчетах,

Рэксп - средний импульс, переданный при перезарядке, полученный в

эксперименте,

Ртеор - средний импульс, переданный при перезарядке, полученный в расчётах,

Как видно из таблицы, вклады различных топографий, а также средние переданные импульсы достаточно точно воспроизводятся в проделанных расчетах Полученные результаты расчетов для реакции 3 Н+24 М§—>3 Не + X, находятся в хорошем согласии с экспериментом

После введения в модель каналов образования А-изобары остается открытым вопрос об угловых распределениях ее продуктов распада

В расчетную модель было заложено сферически симметричное

угловое распределение для продуктов распада Д—-изобары (нуклона и пиона) в системе их центра масс (СЦМ)

В некоторых публикациях [29] выдвигаются гипотезы, предполагающие определенную корреляцию направлений импульсов продуктов распада А-изобары с направлением ее движения В частности, в работе [29] для описания углового распределения пионов распада используются сферические функции 1-го порядка

1+Зсоз2(0)

С целью проверки этого предположения были проделаны расчеты импульсных распределений пионов в случае изотропного и

анизатропного (1 +Зсоз(#)2) угловых распределений Полученные результаты приведены на рис 4

Из рисунка видно, что в области отрицательных значений продольных импульсов (л--)-мезонов расчетные и экспериментальные распределения имеют приблизительно одинаковый порог, ниже которого и расчетные и экспериментальные импульсы близки к нулю Вместе с тем в области больших положительных значений импульсов у каждого из расчетных распределений спад наблюдается раньше, чем у экспериментального распределения

В третьей главе излагаются результаты расчетов для среднего количества А -изобар, возникающих в ядрах в процессе реакции при промежуточных энергиях В этих расчетах оценивается среднее и максимальное количество А-изобар возникающих в ядрах во время реакции

Проделанные расчеты в рамках разработанного алгоритма модифицированной каскадной модели, продемонстрировали значительную степень адекватности модели при описании процессов, происходящих в ядрах с участием Л -изобары Поэтому в рамках этой модели были проведены расчеты, оценивающие среднее количество А-изобар, возникающих в ядрах в процессе ядерной реакции при высоких энергия Для проведения оценки было использовано моделирование реакций №+Ые, №+РЬ при энергиях 800 МэВ/нуклон

MeV/c

Рисунок 4. Распределение по поперечному импульсу (л~) в реакции 24 Mg(3 Н,3 Не). О - расчетное распределение в случае

изотропного распада А-изобары, □ - расчетное распределение в

случае распада A-изобары заданного функцией l + 3cos(#)2, треугольники А - среднее от двух предыдущих случаев, V- данные полученные в эксперименте.

Причиной выбора именно этих реакций послужила имеющаяся подробная экспериментальная информация [30].

На. рис. 5 для сравнения приведены экспериментальные (точки) и расчетные (линия) сечения выхода Я' под углом 30 градусов для

0 100 »00 800 «О

реакции Ne + rb. Рисунок 5.

Экспериментальные (точечн.) и расчетные (линия) сечения выхода л' под углом 30 градусов для реакции Ne + Pb при энергии 800 МэВ/нуклон,

В процессе моделирования реакции перед каждым очередным шагом фиксировалось количество родившихся и еще не распавшихся Л -изобар, т е А -изобар, существующих по условиям расчета одновременно Из соотношения неопределенности следует, что минимальный интервал времени, в пределах которого возможно одновременное существование Д-изобар, не может быть меньше М>к/ АЕ*0,5 10'" с, где Л -постоянная Планка, ЛЕ = Г = 120 МэВ По окончании моделирования реакции фиксировалось максимальное количество существующих одновременно А-изобар Для получения необходимой статистики расчеты проводились для п = 104 реакций

На (рис 6а,б) приведены результаты расчетов реакции № + Ие и Ые + РЬ при энергии 800 МэВ/нуклон Для реакции № + Ые (рис 6а) среднее число А-изобар на реакцию составило <пд> = 3 частицы Такой результат показывает, что максимальное содержание А-изобар в ядрах во время реакции в среднем не превышает 10 % от общего числа барионов, участвовавших в реакции

Рис б Расчетная зависимость

1500 -

количества реакций (общее ^ количество рассчитанных реакций 1000 J О4) от количества А -изобар возникающих в реакции для а -реакции Ne + Ne при энергии 800 10 МэВ/нуклон, Ь - реакции Ne + Pb 2000 при энергии 800 МэВ/нуклон п - количество событий, nj - максимальное количество Л -изобар в реакции Нулевое значение пЛ соответствует случаю, 0 г когда в процессе протекания реакции А -изобара не возникает

Для реакции Ые + РЬ (рис 66), в силу большего числа нуклонов в ядре свинца по сравнению с ядром неона можно было ожидать существенно большего количества возникающих изобар Но вопреки предполагаемому результату среднее количество изобар составило <пд> = 4 частицы (рис 66)

Для более детального исследования свойств изобары в разных условиях для реакции Ые + РЬ были проведены расчеты, в которых прицельный параметр фиксировался (рис 7) Расчеты проводились для двух случаев

В первом случае прицельный параметр был равен нулю (рис 7а) В этом варианте расчета среднее количество частиц составило <пд> ~ 6,5 частиц Во втором варианте расчета прицельный параметр задавался равным радиусу ядра-мишени (рис 76) В этом случае среднее количество изобар составило <пд> ~ 4 частиц Количество Д-изобар возникающих в реакции при лобовом столкновении составляет порядка 1/3 от общего числа нуклонов ядра-снаряда (Ые) В этом случае можно говорить о резонансной ядерной модели

Рис 7 Результаты расчетов реакции Ие+РЬ при энергии 800 МэВ/нукпон при фиксированном прицельном параметре (а) - прицельный параметр равен нулю, (Ь) -прицельный параметр равен Я радиусу ядра-мишени п -

количество событий, пд -максимальное количество А-изобар в реакции

В процессе пролета ядер друг через друга происходит значительно большее количество столкновений нуклонов ядер по сравнению со средними значениями <пд> числа Д -изобар в ядрах

Но полученные результаты показывают, что количество А-изобар, одновременно существующих в реакции, значительно ниже, чем можно было бы ожидать Объяснением этому может служить очень малое время жизни изобары

В заключении сформулированы основные результаты, впервые полученные в диссертационной работе

• На основе каскадной модели разработан алгоритм, написана и протестирована программа, моделирующая ядерные реакции, в которых учитывается канал рождения и развития во времени А -изобары

• В рамках разработанной программы выполненны расчеты реакций перезарядки С(3Не, 3Н)Х при различных значениях сечений, вводимых для описания свойств Д -изобары в ядре На основе полученных результатов проделан анализ и сделаныважные выводы об аномальных свойствах А -изобары в ядре

• Проведены расчеты реакций 3Н+24М£—>3Не+Х и показано, что алгоритм работает и в этом случае

• С целью проверки гипотезы об анизотропном угловом распределении частиц - продуктов распада А -изобары, расчитаны импульсные распределения пионов в реакции 3 Н+24 М§->3 Не + X

• Проведены расчеты среднего количества А -изобар, возникающих в ядрах в процессе ядро-ядерной реакции при промежуточных энергиях Показано, что среднее количество А-изобар в ядре не превышает нескольких процентов от общего числа нуклонов взаимодействующих ядер

• Проведены расчеты сечений выхода к' для реакции (ЪГе + РЬ), в которых наблюдается хорошее совпадение полученных расчетных сечений с экспериментальными данными

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1 JI В Краснов, А В Чемезов, Моделирование реакций перезарядки

(3Не,0, С,3 Не) с учетом возбуждения Д-изобары, Препринт ПИЯФ, 2602, 3/2/2005

2 Л В Краснов А В Чемезов, Расчеты среднего количества Д-изобар, возникающих в ядрах в процессе реакций при промежуточных энергиях, Вестник Санкт-Петербургского университета, серия 4, вып 1, 133-136,2006

3 Л В Краснов, А В Чемезов, Моделирование реакций перезарядки

(3Не, 3Н), (3Н,3Не) с учетом возбуждения Д-изобары, Вестник Санкт-Петербургского университета, серия 4, вып 1, 122-127, 2007

4 А В Чемезов Л В Краснов, Моделирование реакций перезарядки (3Не, 3Н), (3Н,3Не) с учетом возбуждения дельта-изобары Юбилейная научная сессия-конференция секции ЯФ ОФН РАН «Физика фундаментальных взаимодействий», посвященная 60-летию ИТЭФ (Сессия отделения ядерной физики РАН 2005), Россия, http //matras itep n!/Coiifeieiice/27-12-U5/Clieme/o\ ppi

5 A V Chemezov, L V Krasnov, Modelling of charge-exchange reactions, with account of the delta-isobar excitation, Book of Abstracts of the XVIII International Baldin Seminar on High Energy Physics Problems, p 60, September 25 to 30, 2006 in Dubna, Russia

Список литературы.

[1] Гришин В Г, Подгоецкий М И,Препринт ОИЯИ PI - 1508, Дубна, 1964

[2] Лексин Г А, В сб • Проблемы современной ядерной физики М Наука, 1972, с 511

[3] Мигдал А Б, Теория конечных ферми-систем и свойства атомных ядер 2-е изд, М Наука, 1983

[4] Encson Т , Weise W, Pions and Nuclei Clarendon Press, Oxford, 1988

[5] Brown G E , Weise W , Phys Rep , 1975, vol C22, p 279

[6] Migdal AB et al, Phys Rep , 1990, vol 192, p 180

[7] Oset E , Toki H , Weise W , Phys Rep , 1982, vol 83, p 281

[8] Brown G E et al, Nucl Phys , 1989, vol A505, p 823

[9] T Udagawa, S W Hong, F Osterfeld (Jülich, Forschungszentrum & TexasU), Published in Phys Lett B245 1-6,1990

[10] Franz Osterfeld (Jülich, Forschungszentrum), KFA-IKP-TH-1991 -38, Sep 1991 Published in Rev Mod Phys 64 491-558,1992

[11] F Osterfeld, В Korfgen, P Oltmanns, T Udagawa Phys Scripta 48 95-100,1993

[12] В Korfgen, P Oltmanns, F Osterfeld (Jülich, Forschungszentrum),T Udagawa (Texas U), IKP-TH-96-23, Dec 1996 9pp Phys Rev C55 1819-1825,1997

[13] С A Mosbacher, F Osterfeld (Jülich, Forschungszentrum), Phys Rev C56 2014-2028,1997

[14] P Fernandez de Cordoba (Valencia U), Yu Ratis (Dubna, JTNR),E Oset, J Nieves, M J Vicente-Vacas, В Lopez-Alvaredo (ValenciaU), F Gareev (Dubna, JINR), Nucl Phys A586 586606,1995

[15] P Fernandez dc Cordoba, E Oset, M J Vicente-Vacas (Valencia U ), Nucl Phys A592 472-486,1995

[16] Hennino T, Ramstein В, Bachelier D et al, Phys Lett 1992 Yol B283 P 42-48

[17] Аблеев В Г и др , ОИЯИ, Р1-87-374, Дубна, 1988, ЯФ, 1988, т 48, с 27

[18] Елисееве М, Запорожец С А.идр,Всб Тр VIII Межд Сем По пробл Физ Выс Энергий, ОИЯИ, Д2-86-668, Дубна, 1986, с 308

[19] AbleevV G etal,In Proc Of the Int Symp On Modern Devel In Nucl Phys Phys , June 27 - July 1, 1987, Novosibirsk Ed By О P Sushkov, World Sci Publ Co , Singapore, 1988, p 690, JINR, El -87-797, Dubna, 1987

[20] Аблеев В Г и др, В сб TP 9-го Межд Сем По пробл Физ Выс Энергий, ОИЯИ, Д1, 2 - 88 - 652, Дубна, 1988

[21] Ableev V G et al, In: Proc II Intern Conf on Nucleus-Nucleus Collisions, Visby, 10 - 14 June 1985 Ed By Jakobsson В and Aleklett К, Lunds Umv Reprozentral, 1985, v 1 (contr Papers), p 170 (1 8)

[22] Ableev V G et al, Ibid, p 169 (1 7)

[23] Аблеев В Г и др , Я Ф, 1991, т 53, с 457

[24] Барашенков В С, Тонеев В Д, Взаимодействия высокоэнергетических частиц и атомных я дер с ядрами, (М Атомиздат, 1972)

[25] Ф Г Жереги, Ж Ж , Мусульманбеков, Депонированная публикация ОИЯИ, БЗ-10-94-873, Дубна, 1994

[26] Ж Ж Мусульманбеков, В трудах 11th EMU01 - collaboration meeting, Стр 288, Дубна, 1992

[27] К Sneppen, С Gaarde, Phys Rev, 1994, v C50, p 338

[28] С M Ермаков, Г А Михайлов, Статистическое моделирование, М Наука, 1982

[29] Авраменко С А и др , Препринт ОИЯИ Р1 - 91 - 240, Дубна, 1991,

[30] Y Ynv, Z Fraenkel, Phys Rev С, v20, пб, 1979, p 2227

Отпечатано копировально-множительным участком отдела обслуживания учебного процесса физического факультета СПбГУ Приказ № 571/1 от 14.05 03 Подписано в печать 28 04 08 с орпгппал-макета заказчика Ф-т 30x42/4, Уел печ л 1. Тираж 100 экз , Заказ № 820/с 198504, СПб, Ст Петергоф, ул. Ульяновская, д 3, тел 929-43-00

Введение.

Актуальность исследований. Проблемы связанные с исследованиями возбуждения Д-изобары в ядрах.

- Содержание диссертации.

1 Общее описание каскадной модели с включением каналов рождения и развития во времени Д-изобары.

1.1 Классическая каскадная модель.

1.2.Общая схема каскадных расчетов.

1.3. Ядерная модель.

1.4. Формирование перезаряженной частицы. Модель коалесценции.

1.5. Оптимизация каскадных расчетов при моделировании процессов с малым сечением.

1.6. Каскадные расчеты с включением канала рождения Д-изобары.

2 Расчеты реакции перезарядки 12С (3Не,3н), причины аномального поведения Д-изобары.

2.1 Экспериментальные данные по реакциям перезарядки !С(3Не,3Н).

2.2. Различные варианты расчета реакции 12 С (3Не,3Н), определяющие значение безмезонного канала разрядки А -изобары.

2.3. Причины возникновения сдвига энергетических спектров для различных топографий.

2.4. Реакция перезарядки 3Н+24М£-»3Не + Х.

2.5. Угловые распределения пионов в реакциях перезарядки.52 3 Расчеты среднего количества А -изобар, возникающих в ядрах в процессе реакции при промежуточных энергиях.

3.1. Оценка среднего и максмального количества А-изобар возникающих в ядрах во время реакции.

3.2. Расчеты сечений выхода п~ для реакции (№ + РЬ).

3.3. Описание условий проведения расчетов.

3.4. Результаты расчетов реакций (Ые + Ые) и (№ + РЬ).

Актуальность исследований. Проблемы связанные с исследованиями возбуждения Д-изобары в ядрах.

В последние десятилетия в исследованиях свойств ядерной материи особый интерес вызывают проблемы, связанные с поведением ядерного вещества в экстремальных условиях, в частности при энергиях возбуждения, существенно больших энергии связи обычных ядер. Это, например, проблема возможного существования экзотических ядер, таких как Д-изобарные [1,2] (где наряду с нуклонами в качестве конституентов реально присутствуют Д-изобары), ядер с пионным конденсатом или существенно большей плотностью, чем типичная ядерная р = 0,17нукл/фм3. Литература по этому вопросу

4 7гЯ достаточно обширна см. монографию [3], где можно найти достаточно полную библиографию, см. также [4—7]. Ненуклонные моды возбуждения ядерной материи могут в значительной степени оказывать влияние на ее тормозную способность и влиять на процесс охлаждения горячего ядерного вещества, возникающего при центральных столкновениях релятивистских ядер [8], что важно в связи с проблемой создания условий для фазового перехода в кварк-глюонную плазму. Очевидно, что при попытках определить спектр возбуждений ядерного вещества при энергиях порядка сотен мегаэлекетронвольт необходимо учитывать возбуждение внутренних степеней свободы нуклонов-конституентов, в первую очередь, Д-переходы.

А-резонанс является наиболее яркой особенностью лгА^-взаимодействий при низких и промежуточных энергиях. Связанные с его существованием эффекты чрезвычайно многообразны- даже пороговые характеристики лгА^-рассеяния нельзя понять без учета Д-резонанса [4,5]. Поскольку обмен пионами играет ключевую роль в нуклон-нуклонном взаимодействии при низких и промежуточных энергиях, влияние Д-изобары (даже виртуальной) на спектр возбуждений ядерной материи оказывается настолько существенным, что естественно рассматривать Д-изобару таким же полноправным конституентом ядра, как и нуклоны (по крайней мере, в некотором классе явлений [4,5]). На рис. 1 приведено полное сечение реакции рр NN1 в зависимости от импульса протона, порог этой реакции лежит около 800 МэВ/с, чему соответствует кинетическая энергия Т ~ 290 МэВ, данные взяты из компиляций [9] и [10]. Оно максимально (~20мб) при р1аъ ~ 2ГэВ/с. Из собранных в компиляции [9] и в работах [11-16] данных о полных сечениях реакции NN видно, (рис.1,а,б) что, в основном, именно она определяет сечение реакции рр рпж+ в области вблизи максимума. Порог рождения Д(1232)-изобары в NN — взаимодействиях лежит около 1,27 ГэВ/с (или 647 МэВ кинетической энергии); большая ширина Д-изобары размывает его. В других экспериментах [17-37], которые были выполнены в области энергий, оптимальной для рождения и исследования Д-изобарных возбуждений ядер в инклюзивных опытах видно, что в интервале энергий 0,8-К2,8 ГэВ в неупругих NN взаимодействиях доминирует процесс с рождением одного пиона, его полное сечение в этом интервале идет через максимум, сам этот процесс идет в основном через рождение Д++-изобары. ю

Рюь . ГэВ/с

Рис.1. Зависимость полных сечений реакций рр -* рил* (о), рр ррл*л~ (А) 10 » и рр рг1л*л° ( а ) от импульса налетающих протонов (л.с.) (а). Сплошная линии — аппроксимация данных пара- Ш метризацией Арндта—Вервеста в области р, . < 3 ГэВ/с и степенной зависи- V Н мостью от в в области /?иь >3 ГэВ/с (см. текст); линии Л+ и Д+ + — аппроксима- V л* ° ции полных сечении реакции рр -» рД ^ и рр-* нД+ + соответственно (данные о § них приведены на рис.2,б и 2,в). Стрелками на рис.2,а указаны: внизу — по- ц роги рождения одного пиона и Д-изоба-ры (двойная стрелка); вверху — значения импульса на один нуклон ядра 3Не в опытах на синхрофазотроне ОИЯИ

10 рьь . ГЬВ/с

Рй>Ь

10

ГэВ/с

Для исследования Д-изобары в ядерной материи подходит очень ограниченное количество реакций из которых можно было бы получить эксклюзивную информацию о её свойствах и поведении в ядерной среде. Такими реакциями являются реакции перезарядки. Эти реакции удобны тем, что при энергиях ~ 2 — 4 МэВ/нуклон реакция проходит через возбуждение одной Д-изобары в двухчастичной реакции. Это позволяет точно фиксировать переданный в этой реакции импульс, что в свою очередь дает возможность определить распределение по массам рожденных Д-изобар. Указанный диапазон энергий бомбардирующих частиц соответствует максимуму сечения возбуждения Д-изобары и малой вероятности возбуждения вышележащих резонансов Л(1470), .МД520). В этом интервале энергий экспериментальные данные по энергетической и угловой зависимости сечений зарядово-обменных реакций с возбуждением Д-изобары имеются, в сущности, только для (3Не,£) и (¿,3Не)-реакций [29-32,38-42].

Инвариантные сечения реакции р(3Не,£) с вылетом тритона вперед характеризуются ярко выраженным пиком при переданной энергии Q ~ 300 МэВ; форма которого хорошо описывается брейт-вигнеровским распределением для массы Д-резонанса, искаженного формфактором перехода 3Не—брейт-вигнеровские параметры пика соответствуют табличным [43]. Положение Д-пика соответствует ожидаемому, если принять во внимание переходный формфактор.

Инвариантные сечения С(3Не,£) характеризуются двумя пиками (см. рис. 2а)' при малых Q < 150 МэВ (этот пик, в основном, соответствует возбуждению обычных ядерных уровней; и поэтому будет называться пиком квазиупругой перезарядки) и больших ~ 300 МэВ. Последний пик в /?(3Не,£)перезарядке также соответствует рождению Д-изобары и называется далее «ядерным Д -пиком». Его характеристики существенно отличаются от характеристик Д-пика в перезарядке на протонах. Главные особенности сечений в области «ядерного Д-пика» следующие. о ц ■ • . ■

-100 500 700 1100

Q , МэВ

Рис.2а Измеренные инвариантные сечения реакций рГНе./) (А) и C(3He,f> (•), не поправленные на эффекты разрешения

Рис. 2 б Инвариантные сечения реакций р(3Ие,г) (А) и С(3Не,0 (•) п(кле устранения эффектов разрешения. Сплошные линии — поведение соответствующих пробных функций; штриховая увеличенная — экстраполяция вклада от «квазиупругой» перезарядки в область Д-пика; штриховая — ожидаемый вклад от квазисвободного рождения Д-изобары в ядре углерода m п »о С—i

3He,t) Дубна

Pia»=4,40 ГэВ/с .

250 525 800 1075

Q . МэВ

1. Относительный вклад от «квазиупругой» перезарядки в сечение ^сгДЮ (0°) по сравнению с вкладом от перезарядки с А-возбуждением ядра быстро падает с ростом энергии снаряда (рис.26). Таким образом, при высоких энергиях сечение реакции С(3Не,$ в основном определяется возбуждением Д-изобарных степеней свободы ядра-мишени.

2. Ядерный Д-пик сдвинут к меньшим переданным энергиям по сравнению с Д-пиком в сечении реакции ^(3Не, ¿)Д++; при этом его ширина вдвое больше (рис.2).

3. Сечение ¿/сгДЮ(0°) для перезарядки на ядрах углерода в области с1сг/сЮ.(0°) -пика почти вдвое больше, чем для протонной мишени.

Все эти особенности явно свидетельствуют о существенном вкладе процессов, не сводящихся к механизму квазисвободного рождения Д-изобары в ядре, и в этом смысле одно из объяснений отличия характеристик Д-изобары в ядрах от свободной Д-изобары можно получить на основе коллективных А/г-возбуждений.

Представление о коллективных А/г -возбуждениях возникает естественным образом при рассмотрении задач о спектре возбуждений ядерной ферми-жидкости. Как могут протекать коллективные процессы возбуждения Д-изобары в ядре? Мы следуем механизму, предложенному в работе [49].

Пусть один из нуклонов ядра превратился в медленную Д-изобару с импульсом порядка среднего импульса фермиевского движения нуклонов в ядре. Как правило, из-за малого времени жизни изобара распадается, даже не пройдя расстояния порядка размеров нуклона. Дальше все зависит от того, вылетает ли продукт распада из родительского ядра или нет.

Рис. 3. Диаграмма импульсного приближения для квазисвободного рождения Д-изобары на нуклоне ядра. Часть графика выше волнистой линии соответствует реакции />(3Не,£).

Первый случай не очень интересен- пион улетел, а нуклон либо тоже улетел (например, если не нашлось для него свободного уровня в фермиевском распределении нуклонных квазичастиц ядра-остатка), либо остался в ядре, которое , вообще говоря, перешло в возбужденное состояние. Это в основном соответствует картине квазисвободного рождения (см. рис. 3).

Более интересен другой вариант- для нуклона нашелся незанятый уровень в фермиевском распределении, а пион — из-за большой ширины Д-резонанса и фермиевского движения прочих нуклонов родительского ядра - нашел партнера, с которым вновь образовал Д-изобару. Она может появиться в любой точке г', не обязательно связанной с исходной соотношением г1 = г + Уд£ (Уд — скорость изобары). Процесс может повториться несколько раз, «движение» изобары при этом внешне напоминает движение броуновской частицы. Возникает ситуация, когда несколько нуклонов ядра оказываются в состоянии Д-изобары случайным образом; различить эти состояния невозможно. Ядро в целом оказывается возбужденным в некое сложное состояние, являющееся суперпозицией состояний с Д-изобарой на некоторой орбитали и «дыркой» на орбитали, которую занимал перешедший в Д-изобару нуклон. Примерно такую картину и имеют в виду, говоря о коллективном А/г-возбуждении ядра (см рис. 4).

Р2 р\ .л;

Р2'Л2 р3'*3 р »А п п

Рис. 4. Типичная диаграмма, соответствующая распространению пиона в ядре согласно процессу, описанному в тексте. Где и А; импульс и энергия частицы.

Заметим, что описание такого механизма в рамках микроскопического описания процесса перезарядки в ядроядерных взаимодействиях затруднительно, но естественным образом вводится в расчеты процесса в рамках каскадной модели.

Обнаруженные в Дубне сдвиг ядерного Д-пика и его уширение по сравнению с перезарядкой на протонах были подтверждены в других опытах, проведенных с различными снарядами и мишенями[ 44-47].

Общая картина выглядит таким образом, что независимо от сорта снаряда в перезарядке барионных систем на ядрах с возбуждением Д-изобар в мишени при малых поперечных импульсах р± пик Д-изобарных возбуждений ядра-мишени сдвинут в сторону меньших энергий возбуждения и уширен по сравнению с аналогичным пиком в сечениях таких же реакций на свободных протонах. Поэтому очевидно, что причина сдвига и уширения ядерного Д-пика связана с откликом ядра-мишени на появление в нем Д-изобары, а не со спецификой снаряда. Нетривиально и то, что сдвиг и уширение наблюдаются в реакциях перезарядки тяжелых ионов-снарядов^ на первый взгляд такие реакции должны быть в высшей степени периферичны из-за больших (по сравнению с нуклоном) радиусов снарядов, и изобара должна, казалось бы, возникать на периферии мишени, где плотность вещества мала и нет условий для коллективизации Д-возбуждений. Но такое заключение является слишком поспешным. Более внимательный анализ (см., например, [48]) показывает, что перезарядка релятивистских ядер с рождением Д-изобары происходит примерно при тех же значениях плотности вещества ядра-мишени, что и (р,пУ перезарядка. В самом деле, чтобы произошло событие перезарядки, один из нуклонов снаряда должен проникнуть в ядро-мишень, но не слишком глубоко (чтобы после перезарядки не поглотиться и сохранить шанс остаться в составе снаряда). Вероятность такого события практически одинакова для (р,пУ перезарядки и перезарядки релятивистских ядер! ею определяется та величина локальной плотности ядерного вещества, при которой в мишени рождается Д-изобара. Иными словами, распределение плотности вещества ядер снаряда и мишени частично перекрываются, причем расстояние между центром масс ядра-мишени и областью перекрытия почти не зависит от типа снаряда. Эти соображения приводят к выводу, что угловая зависимость сечений перезарядки с Д-возбуждениями будет одинакова при сравнении реакций на протонах и ядрах, что и было подтверждено измерениями [37] и расчетами [49]. Однако абсолютная величина сечения определяется еще и вероятностью того, что снаряд после перезарядки не разрушиться.

Кроме предположений о переферичном характере протекания реакций нередко высказывалось предположение о том, что причиной сдвига является фермиевское движение нуклонов в ядре-мишени, а сам механизм реакции можно считать квазисвободным, т.е. все отличие перезарядки на ядре от перезарядки на протонах сводится лишь к размытию кинематики «элементарного» NN -> № процесса ферми-движением. Однако выполненный в работах [17-26] подробный анализ показал, что такое предположение ошибочно.

Таким образом, достаточно полного теоретического описания механизма отличия характеристик Д-изобары в реакциях типа ядро-ядро от реакций нуклон-нуклон на данный момент не существует.

Эксперименты по изучению реакций 12С (3Не,3н) (рис.7), проведенные в Сакле [42] и Дубне [22-23,37] (см. таблица 1), дали новую эксклюзивную информацию о свойствах реакций с возбуждением Д-изобары. В этих экспериментах были получены сечения перезарядки (3Не,£) в зависимости от переданной энергии <3 для различных комбинаций сопровождающих частиц (ж, ри, 2р.). Каждую из этих комбинаций будем называть топографией. Как видно из экспериментов, для различных топографий положение максимумов Д-пиков смещены друг относительно друга, в частности в реакции С(3Не,$ максимум Д-пика для топографии (2р) относительно максимума для топографии (рк) смещен в мягкую область на величину ~ 80МэВ. Причины таких различий никоим образом не могут быть объяснены прохождением реакции согласно механизму квазисвободного рождения Д-изобары в ядре. При этом понимание механизма протекания реакции могло бы объяснить ряд особенностей в свойствах Д-изобары, проявляющихся в ядрах (уширение пика, сдвиг в мягкую область). Таблицы измеренных дифференциальных сечений приведены в работах [22-23,37]. Суммарные характеристики сечений представлены в табл.1.

Таблица 1

Сумарные характеристики сечений реакций перезарядки р(3 Не,й> и С(3Не, £) при различных импульсах пучка.

Имп.пучка Рь, ГэВ/с Поз. максимума и ширина А -пика (Р\УНМ) в зависимости от МэВ Относит, вклад в сечение с1а/с1С1(0°) реакции С(3Не,£) в обл. £>>150 МэВ, % С сЮ. ^ ^с кжс = - - ■ - ■ - —(0°), ¿Ю р

4,40 322 ± 2,5 138 ±9 274 ±2,5 182 ± 16 62 1,82 ±0,05

6,81 327 ± 1,5 109 ±5 295 ±1,5 204 ±9 82 1,77 ±0,03

10,79 327 ±2 129 ±7 305 ±2 257 ± 14 92 1,95 ±0,03

На данный момент известны две модели для описания механизма рождения Д-изобары в ядерных реакциях. Первая модель основана на микроскопическом подходе [50-56], в котором вводятся и рассчитываются матричные элементы, отвечающие за ядерные взаимодействия с участием Д -изобары. В таком подходе можно учесть влияние ядерной среды на элементарный акт перехода нуклона ядра в изобару, но невозможно учесть такое влияние на процесс дальнейшего распространения изобары в ядре, включающий ее рассеяние на нуклонах, перезарядку и распад, а также рождение изобары в какой то точке ядра при вторичном взаимодействии распадного пиона и нуклона ядра.

Однако все эти процессы можно естественным образом учесть при моделировании процесса перезарядки в реакции ядро-ядро в рамках каскадной модели. Мы использовали этот подход в нашей работе и выполнили моделирование реакций на основе классической каскадной модели с включением в нее процессов рождения Д-изобары. Преимуществом этой модели является сравнительно простой способ описания рождения и распространения Д-изобары в ядерной среде. Важным моментом в проведенных исследованиях является возможность в процессе расчетов проследить любой возможный канал развития реакции перезарядки и тем самым получить более детальную информацию о процессах влияющих на поведение Д-изобары в ядерной среде.

Содержание диссертации.

Диссертация посвящена теоретическому моделированию и изучению реакций перезарядки релятивистских ионов (3Не,£) и (¿,3Не) на ядрах с учетом рождения Д-изобары и ее распространения в ядерной среде. Целью работы является расчет характеристик этих реакций, а именно, импульсных и энергетических распределений пионов, сечений для различных топографий, с целью уточнения механизмов, а также выявление роли коллективных процессов возникновения Д-изобары и оценка их вклада в полное сечение реакций перезарядки.

Работа состоит из введения, трех глав и заключения.

В первой главе рассматривается каскадная модель, использованная для исследования реакций. Особое внимание в этой главе уделяется включению в нее сечений процессов образования Д-изобары.

Вторая глава посвящена расчетам конкретных реакций (3Не,£) и (¿,3Не) и сравнению их с экспериментальными данными. Также, на основе анализа полученных расчетных сечений, в этой главе будет дана интерпретация возможных механизмов протекания реакции. Анализируется степень влияния различных каналов распада Д-резонанса на конечные сечения реакции.

Третья глава содержит описание расчетов, проделанных с целью количественно оценить возможное содержание Д-изобар в ядерной материи во время протекания реакции. В ней также описаны расчеты распределения пионов по продольному импульсу, возникающих в реакциях перезарядки с возбуждением Д-изобары.

Наконец в последней главе формулируются основные результаты диссертационной работы. Делается вывод о необходимости учета безмезонного канала распада Д-изобары внутри ядра^ AN—> NN1 определяющего сдвиги распределения по переданной энергии в реакциях перезарядки для различных топографий в рамках использованной модели. Приводится оценка возможного существования экзотических Д-изобарных ядер.

7. Основные результаты эксперимента по изучению реакции 12С (3Не,3ы) на ускорителе «Сатурн» (Сакле).40

8. Расчетное распределение по переданным энергиям со для (1я" +1 р)и топографий в случае образования д-изобары.43

9. Расчетное распределение по переданным энергиям для (1тг +1 р) и (2р) топографий в случае образования А-изобары и включением канала безмезонной разрядки.45

10. Сравнение экспериментальных и расчётных сечений для топографии (я,р), толстая линия — расчёт, тонкая — эксперимент.47

11. Сравнение экспериментальных и расчётных сечений для топографии (2р), толстая линия — расчёт, тонкая — эксперимент.48

12. Угловые импульсные распределения (я"~)в реакции 24М§(3Н,3Не).53

13. Результаты расчетов^ а. — реакции Ие+Ые при энергии 800 МэВ/нуклон, Ь. -реакции Ие+РЬ при энергии 800 МэВ/нуклон .57

14. Расчетная зависимость количества реакций (общее количество рассчитанных реакций 104) от количества Д-изобар возникающих в реакции.59

15. Экспериментальные (точечн.) и расчетные (линия) сечения выхода п~ под углом 30 градусов для реакции Ые + РЬ при энергии 800 МэВ/нуклон.61

Заключение.

Интерес к реакциям перезарядки релятивистских частиц (пионов, нуклонов, ядер) вызывается в основном тем, что в подобных процессах, по-видимому, возникают некоторые экзотические состояния ядерной материи (пионные моды, дельта-дырочные состояния и т. п.). При этом не исключено образование связанных ядерных состояний с энергией возбуждения ~300 МэВ, что превышает в несколько раз энергию развала ядер на составные нуклоны. Подобные объекты, представляющие собой связанные состояния А -изобары и ядер (на возможность их существования указывалось еще в [1-7]) получили названия изоядер.

Одними из первых работ в этом направлении были экспериментальные работы, проведенные на пучке синхрофазатрона ОИЯИ в Дубне на установке Альфа [20-22,37]. В них исследовалась реакция перезарядки (3Не, 3Н), в которой импульс перезаряженного трития в конечном состоянии регистрировался с точностью ^-^-0.5%. Аналогичные эксперименты проводились в Сакле (Франция) по исследованию перезарядки (3Н, 3 Не) и других легких ядер [42], в КЕК (Япония) -реакции (р,р') [50] и в Гатчине — реакции (р,п). Основной итог цикла этих работ состоит в следующем. При импульсах снаряда порядка 1 ГэВ / с на нуклон открываются новые, неизвестные в физике низких энергий, каналы реакции перезарядки. В случае перезарядки на водороде эти каналы вызывают появление ярко выраженного максимума шириной порядка 100 МэВ и положением, отвечающем передаче мишени энергии порядка 300 МэВ. Эта часть спектра удовлетворительно воспроизводится теоретическими моделями в предположении возбуждения А -изобары в промежуточном состоянии. При перезарядке же на ядрах (от углерода и тяжелее) положение этого пика сдвигается в сторону меньших передач энергии на величину ~ 70 МэВ, а его ширина увеличивается вдвое. Описать эти особенности спектра, используя те же предположения с учетом возможной энергии связи А -изобары и ферми-импульса нуклона, на котором она возбуждалась, не удалось.

Такое положение дел послужило поводом к выдвижению [49] гипотезы о проявлении коллективных, существенно ядерных, эффектов при перезарядке на ядрах. При этом возникают две проблемы^

1) объясняются ли наблюдаемые особенности спектров перезаряженных частиц (сдвиг и уширение) процессами не являющимися коллективными. К числу таких процессов можно отнести вклад от возбуждения А -изобар в снаряде (больший, чем предполагалось в [48]), различие в форме спектра при перезарядке на протоне и нейтроне, рождение пионов (в-волновых) и т. п.;

2) если за сдвиг и уширение А -пика на ядрах ответственны коллективные эффекты, то как они могут проявляться в периферическом процессе, которым является реакция перезарядки, что следует из малости характерных поперечных передач импульса.

Трудности теоретического описания реакций перезарядки во многом связаны с инклюзивным характером постановки всех указанных выше экспериментов. Достоинствами этих экспериментов являются высокая статистическая обеспеченность результатов и точность измерения импульса перезаряженной частицы, но что при этом происходит с ядром-мишенью, остается, к сожалению, неизвестным.

В проведенных исследованиях была сделана попытка, не привлекая сложных полевых теорий, объяснить некорые из вышеперечисленных свойств реакций перезарядки при высоких энергиях в рамках модифицированной каскадной модели.

1. Гришин В.Г., Подгоецкий М. И.,Препринт ОИЯИ Р1 - 1508, Дубна, 1964.

2. Лексин Г. А., В сб.: Проблемы современной ядерной физики. М.: Наука, 1972, с.511.

3. Мигдал А. Б., Теория конечных ферми-систем и свойства атомных ядер. 2-е изд., М.' Наука, 1983.

4. Ericson Т., Weise W., Pions and Nuclei. Clarendon Press, Oxford, 1988.

5. Brown G. E., Weise W., Phys. Rep., 1975, vol. C22, p.279.

6. Migdal A. B. et al., Phys. Rep., 1990, vol. 192, p. 180.

7. Oset E., Toki H., Weise W., Phys. Rep., 1982, vol. 83, p. 281.

8. Brown G. E. et al, Nucl. Phys., 1989, vol. A505, p. 823.

9. Flaminio V. et al, CERN-HERA 84-01, CERN, Geneva, 1984.

10. Rupp T. et al, Phys. Rev,1983, vol. C28, p. 1696.

11. Shimizu F. et al, Nucl. Phys, 1982, vol. A398, p. 445.

12. Hudomalj-Gabitzch J. et al, Phys. Rev, 1978, vol. C18, p. 2666.

13. Bacon Т. C. et al, Phys. Rev, 1967, vol. 162, p. 1320.

14. Fickinger W. J. et al, Phys. Rev, 1962, vol. 125, p. 2082.

15. Coletti S. et al, Nuovo Cim, 1967, vol 49A, p. 475.

16. Colton E. et al, Phys. Rev, 1973, vol. D7, p. 3267.

17. Vorobiev G. G. et al. In- Proc. Of the II Seminar "Program of the Exper. Invest. On INR Acad. Of Sci. of USSR Meson Fasility", 2327 Apr. 1983, Zvenigorod, M, INR,1984, p. 313.

18. Ableev V. G. et al., JINR, El-83-486, Dubna, 1983; "Few Body X", Karlsruhe, 1983, v. II, p. 267, ed. By Zeitnitz B. Elsevier Sci. Publ., В. V., 1984.

19. Аблеев В. Г. и др., В сб.: Нуклон-нуклонные и адрон-ядерные взаимодействия при промежуточных энергиях. Тр. симп. Гатчина, 23-25 апр. 1984, Д., 1984, с. 301.

20. Аблеев В. Г. и др., Письма в ЖЭТФ, 1984, т. 40, с. 35.

21. Ableev V. G. et al., PANIC, Books of Abstracts, Elsevier Sci. Publ. В. V., 1984, ed. By E. Guttner, B. Povh, G. zu Putlitz, v. II, p. L-24.

22. Аблеев В. Г. и др., ОИЯИ, Р1-86-435, Дубна, 1987, ЯФ, 1987, т. 46, с. 549.

23. Аблеев В. Г. и др., ОИЯИ, Р1-87-374, Дубна, 1988, ЯФ, 1988, т. 48, с. 27.

24. Елисеев С. М., Запорожец С. А. и др., В сб.: Тр. VIII Межд. Сем. По пробл. Физ. Выс. Энергий, ОИЯИ, Д2-86-668, Дубна, 1986, с. 308.

25. Ableev V. G. et al., In: proc. Of the Int. Symp. On Modern Devel. In Nucl. Phys. Phys., June 27 July 1, 1987, Novosibirsk. Ed. By 0. P. Sushkov, World Sci. Publ. Co., Singapore, 1988, p. 690; JINR, El - 87 - 797, Dubna, 1987.

26. Аблеев В. Г. и др., В сб.: ТР. 9-го Межд. Сем. По пробл. Физ. Выс. Энергий, ОИЯИ, Д1, 2 88 - 652, Дубна, 1988.

27. Ableev V. G. et al., In-' Proc. II Intern. Conf. on Nucleus-Nucleus Collisions, Visby, 10 14 June 1985. Ed. By Jakobsson B. and Aleklett K., Lunds Univ. Reprozentral., 1985, v. 1 (contr. Papers), p. 170 (1.8).

28. Ableev V. G. et al. Ibid, p. 169 (1.7).

29. Батурин В. H. и др., ЯФ, 1980, т. 31, с. 396.