Исследование структуры легких ядер в реакциях фрагментации под нулевым углом

Ситник, Игорь Михайлович

Исследование структуры легких ядер в реакциях фрагментации под нулевым углом тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

Ситник, Игорь Михайлович АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Дубна МЕСТО ЗАЩИТЫ

2000 ГОД ЗАЩИТЫ

01.04.23 КОД ВАК РФ

Диссертация по физике на тему «Исследование структуры легких ядер в реакциях фрагментации под нулевым углом»

Автореферат диссертации на тему "Исследование структуры легких ядер в реакциях фрагментации под нулевым углом"

РГБ ОД

Н Л3Г п.]

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

1-2000-95

На правах рукописи УДК 539.128

СИТНИК Игорь Михайлович

ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ЛЕГКИХ ЯДЕР В РЕАКЦИЯХ ФРАГМЕНТАЦИИ ПОД НУЛЕВЫМ УГЛОМ

Специальность: 01.04.23 — физика высоких энергий

Автореферат диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Дубна 2000

Работа выполнена в Лаборатории высоких энергий Объединенного института ядерных исследований.

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук профессор

доктор физико-математических наук старший научный сотрудник

НИКИТИН Владимир Алексеевич

БЛОХИНЦЕВ Леонид Дмитриевич

КУЛИКОВ Вячеслав Васильевич

Ведущее научно-исследовательское учреждение: Институт физики высоких энергий (Протвино)

Защита диссертации состоится

2000 г. в

час. на заседании диссертационного совета Д-047.01.06 при Лаборатории физики частиц Объединенного института ядерных исследований, Дубна, Московская область.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛВЭ ОИЯИ.

Автореферат разослан "_"_2000 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

В.Г. Кривохижин

Вгяз.^о з

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Структура легких ядер является одной из центральных проблем современной ядерной физики. Модели дейтрона, основанные на знании NN потенциала, хорошо описывают физические процессы с участием дейтрона до q2 < 0.4(ГэВ/с )2 при упругом рассеянии, где q2 - квадрат переданного импульса, или до к < 0.2 ГэВ/с при развале дейтрона, где к - внутренний импульс фрагментов в дейтроне. Для более высоких значений упомянутых переменных становятся существенными такие проблемы, как сход с массовой поверхности фрагментов дейтрона, при еще более высоких значениях этих переменных добавляются проблемы многокварковых конфигураций, релятивистских связанных состояний, теория которых до сих пор не устоялась. Ядра 3Не и 4#е интересны в связи с известной проблемой нескольких тел. Здесь неоднозначность теоретических моделей начинается при гораздо меньших значениях упомянутых переменных. Достаточно напомнить, что разница масс 3Яе и трития до сих пор не объяснена. Изучение структуры 3Не имеет еще и прикладное значение. Дело в том, что для изучения свойств нейтрона поляризованный 3Не используется как модель поляризованного нейтрона. Пределы применимости такого приближения до сих пор четко не установлены.

Существует устойчивое мнение, что при изучении легких ядер лептон-ные пробники предпочтительны по сравнению с адронными, и, соответственно, широкая программа таких исследований предусмотрена и закладывается при обосновании строительства новых электронных ускорителей. Между тем, в электрорасщеплении легких ядер, такая проблема, как мезонные обменные токи имеет примерно столько решений, сколько физиков ей занимается. В связи с этим, расщепление ядер с помощью адронных пробников, где упомянутая проблема стоит примерно на десятом месте, является важной альтернативой при изучении структуры легких ядер.

Цель диссертационной работы- экспериментальное изучение реакций Т(А, А')Х, где Л-легкое ядро (d,3He,4He), А'- фрагмент этого ядра. Кинематика реакции такова, что в системе покоя А фрагмент вылетает под углом 180° к объекту Т, разбивающему ядро. Такая кинематика наиболее удалена от кинематики, возможной при рассеянии на свободном фрагменте А'. Поэтому ожидается, что импульс фрагмента, лишь с небольшими искажениями, равен тому, который он имел в ядре до столкновения, не смотря на то, что процесс является инклюзивным. Методиче-

ски предпочтительно было использовать другую кинематику, связанную с описанной лоренц-преобразованием. В этой кинематике, после соударения ускоренного ядра А с мишенью Т исследуется импульсный спектр фрагментов А', вылетевших под углом 0°, в области импульсов

тА>

Ра' > -РА-

тА

Основное преимущество этой кинематики состоит в том, что она позволяет изучать импульсные спектры фрагментов во всем диапазоне импульсов. В кинематике, где фрагментирующее ядро покоится, надежные результаты можно получить, начиная с внутренних импульсов к > 0.3 ГэВ/с . В этом случае возникают трудности с нормировкой импульсных спектров фрагментов.

Особый интерес вызывает область импульсов фрагментов, превышающая 0.5 ГэВ/с , так как здесь можно ожидать проявления многокварковых степеней свободы.

Важную роль играют поляризационные характеристики изучаемых процессов, позволяя существенно сузить круг моделей, претендующих на объяснение импульсных спектров фрагментов в легких ядрах.

Научная новизна работы. Импульсные спектры фрагментации (3//е,с(), (4Яе,£) на углеродной мишени, и (¿,р) на водороде впервые получены в интервале внутренних импульсов фрагментов 0 < к < 1 ГэВ/с . Для сравнения, спектр (<1,р) на водороде был изучен в Сакле (Франция) в интервале 0 < к < 0.5 ГэВ/с .

Анализирующая способность Т20 в реакции фрагментации (<1,р) на углероде была впервые измерена в диапазоне 0 < к < 0.7 ГэВ/с . Примерно в это же время эта характеристика была изучена в Сакле (на водороде) в интервале 0 < к < 0.5 ГэВ/с при меньших энергиях пучка дейтронов.

При измерении коэффициента передачи поляризации от дейтрона к протону в реакции р) на углероде впервые была использована методика работы при фиксированном импульсе вторичных протонов. Эта методика затем была использована в ряде других экспериментов, в том числе без участия автора. Достигнутое значение к = 0.57 ГэВ/с является пока рекордным.

Анализирующая способность Т20 в реакции упругого с1 р рассеяния назад впервые измерена до к = 0.85 ГэВ/с . Этот эксперимент выполнялся в рамках совместного проекта для ускорителей в Сакле и Дубне по измерению поляризационных характеристик упругого с1 р рассеяния назад. В

Сакле эта характеристика была измерена до к = 0.52 ГэВ/с .

Ценность полученных результатов. Критерием ценности полученных результатов, по-видимому, может служить тот факт,что они дважды входили в цикл работ, удостоенных Первой премии ОИЯИ (1990 и 1998 гг.). Экспериментальные результаты стали предметом исследования во многих теоретических работах. Данные по фрагментации (3He,d) легли в основу проекта по измерению тензорной поляризации дейтронов в реакции 1Н(3Не, d)X, осуществленного на ускорителе САТУРН (Сакле, Франция) при участии автора в качестве лидера проекта. Данные по Т?о в реакции упругого d р назад легли в основу проектов по полному эксперименту для этой реакции на ускорителях Дубны и COSY.

Апробация работы и публикации. Материалы, изложенные в диссертации, докладывались на семинарах Лаборатории высоких энергий. Они представлялись на сессиях Ядерного отделения АН СССР, многократно докладывались на международных конференциях, в частности, на Дубненских симпозиумах "Deuteron-91-93-95-97", "Int. Seminaron High Energy Phys. Problem", на Пражских симпозиумах "Spin-95-97-99". Дадим также прямые ссылки на самые престижные из них, где доклад был сделан автором диссертации и впоследствии вошел в Труды конференции.

1. I.Atanasov, ...I.M. Sitnik et al.,The measurements of transfer coefficient in (d,p) reaction at fixed proton momentum of 4.5 GeV/c and the deuteron momentum in range 6.0-9.0 GeV/c, In: Proc. of the lOlh Intern. Symp. on High Energy Spin Physics (Yamada Conference XXXV) "Frontiers of High Energy Spin Physics", November 9-14, 1992, Nagoya, Japan, ed. by T.Hasegawa, N.Horikawa, A.Masaike, S.Sawada, Universal Academy Press, Inc., Tokyo, Japan, p.537;

2. L.S. Azhgirey, ...I.M. Sitnik et al.,Measurements of T20 in backward elastic dp scattering at deuteron momenta 3.5-6 GeV/c, In: AIP Conf. Proc. 334 "Few-body problems in physics", Williamsburg, VA May 1994; Editor: F.Gross, New-York, p.423.

3. I.M. Sitnik, V.P.Ladygin, Status and Futvire of Polarization Phenomena Investigation in Backward Elastic Deuteron-Proton Scattering,

In: AIP Conf. Proc. 339 "Polarization Phenomena in Nuclear Physics", Bloomington, IN Sept. 1994; Editors: E.G.Stephenson, S.E.Vigdor, New-York, p.331.

Результаты, изложенные в диссертации, публиковались в журналах:

Краткие Сообщения ОИЯИ, Ядерная Физика, Письма в ЖЭТФ, Physics Letters, Few-Body Systems.

Основные результаты изложены в 17-ти публикациях.

Объем диссертации. Диссертация состоит из Введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Некоторые выкладки вынесены в четыре приложения.

Содержание работы

Во введении формулируется цель работы, обосновывается актуальность проведенных исследований. Дается краткий исторический обзор, связанный с изучением реакций фрагментации легких ядер в ЛВЭ. Обосновывается предпочтительность кинематики, использованной в проведенных экспериментах. Формулируются принципы релятивистского импульсного приближения (РИП), используемого при интерпретации экспериментальных данных; даются основные понятия, касающиеся поляризационных характеристик реакций, исследуемых в работе.

В условиях коллинеарной кинематики связь используемой для представления данных переменной светового фронта к с измеряемыми импульсами имеет вид:

а =

у/т]+р*+ ps _ y/rnl + q2+ q у/т\ + fa + pa

к2

где \(а,Ь,с)

а 1

\(M2sl,ml,m)) AM2sJ

а2 + Ъ2 + с2 - 2а 6 - 2ас - 2be.

(1)

где Шд, гп3 и тп] - массы фрагментирующего ядра и его двух фрагментов, наблюдателя и участника взаимодействия, соответственно; рА и р3 - соответствующие импульсы (рл задается ускорителем, р* измеряется в эксперименте); ц - импульс фрагмента-наблюдателя в системе покоя фрагментирующего ядра. Отметим, что переменные а и к являются лоренц-инвариантами. В рамках нерелятивистского импульсного приближения (НИП) связь инвариантных сечений с импульсными распределени-

ями фрагментов п3(д) в ядрах дается соотношением

£Ра

(1с[

3 =С-п3{д)-ап, (2)

где а/т - полное сечение взаимодействия активного фрагмента с мишенью, константа С подбирается из условия нормировки распределений п,(д). В рамках РИП аналогичная связь дается соотношением

Здесь Е ■ (Рег/(1д3 - инвариантное сечение, Р(рл, р3) - кинематический фактор, отличающийся существенно от 1 только вблизи кинематического предела (р5 ~ рл), е$ и е/ - энергии фрагментов в системе их центра (М,/ = £» + £/).

В первой главе рассмотрена постановка экспериментов на установках "АЛЬФА" и "АЛЬФА-ЗС". Обосновываются общие требования к установкам, предназначенным для изучения реакций, сечения которых изменяются в диапазоне около семи порядков. Показано, что импульсный аксептанс таких установок не должен превышать Ар/р ~ 5%, а импульсная характеристика аксептанса должна быть как можно более крутой со стороны меньших импульсов.

С помощью установки "АЛЬФА", показанной на рис.1, были измерены сечения фрагментации (с1,р), (3#е, (3Не,р), (4Яе,¿) и (4Не,р) на углеродной мишени в интервале внутренних импульсов фрагментов в ядре О < к < 1 ГэВ/с . Сечение (с1,р) было также измерено на С//2 мишени, что позволило восстановить сечение этой реакции на водороде. Была также измерена поляризационная характеристика Т2о реакции 12С( р)Х в интервале 0 < к < 0.3 ГэВ/с .

Магнитом Мо частицы, вылетевшие из мишени Т под углом 0°,выводились на ось спектрометра. Током в магните регулировался импульс этих частиц. Пропорциональные камеры, совместно с анализирующим магнитом М\, использовались для определения угла вылета и импульса вторичных частиц. Черепковские счетчики использовались для идентификации вторичных частиц. Относительное мониторирование процесса осуществлялось с помощью сцинтилляционных телескопов Тг, регистрирующих поток вторичных частиц с мишени под углом, близким к 90°.

Основные параметры установки: угловой аксептанс - 60, ~ 1 • Ю-7 срад, разрешение по углу вылета частиц из мишени - ±1 рад. Импульсное

К* РС7

Рис. 1: Схема расположения аппаратуры для измерения сечений фрагментации легких ядер. Г,-, ¿ц, - сцинтилляционные телескопы и счетчики, С/г, -черенковские счетчики, РС{ - пропорциональные камеры, Т - мишень, Мо, М\ - отклоняющий и анализирующий магниты, С - коллиматор.

разрешение достигало 5р/р = 0.35%, импульсный аксептанс варьировался в некоторых пределах, но не превышал Др/р < 5%.

Выбор узкой мишени Т позволил избежать многих систематических осложнений, так как

• колебания центра пучка от сброса к сбросу не приводят к смещению источника излучения вторичных частиц;

• з пределах ширины мишени распределение плотности пучка можно без большой ошибки считать равномерным, что существенно при оценке геометрической эффективности установки;

• оценка потока прошедших через мишень частиц с помощью телескопов Тх,Тг становится слабо зависящей от колебаний центра пучка (при широкой мишени необходимо принимать в расчет поглощение в мишени частиц отдачи, средняя величина которого зависит от положения центра пучка в текущем сбросе).

Важное значение при проведении названных экспериментов имела место идентификация частиц. Так, при импульсах фрагментов намного превышающих наивероятнейший, фон частиц другого сорта имел превышение

Рис. 2: Сечения й —» р и й -> как функция лабораторного импульса.

до нескольких порядков, что иллюстрируется на рис.2. При изучении реакций фрагментации 3Не и 4 Не, кроме отбора по скорости с помощью черенковских счетчиков, проводился отбор частиц по заряду с помощью сцинтилляционных счетчиков.

При измерениях в области максимума выхода фрагментов (внутренний импульс к ~ 0) имел место недостаточно высокий счет мониторов на один триггер (с соотношением до 1/100). Эта проблема была решена с помощью разработанного специально для этой цели делителя частоты, снижавшего частоту триггеров в заданное число раз. Как показано в диссертации, скорость накопления статистики при этом не снижалась. Впервые эта схема была применена во время измерения Тго на установке "АЛЬФА".

РС6 РС7

Рис. 3: Схема расположения аппаратуры для калибровочных измерений. 5, А - сцинтилляционные счетчики, РС - пропорциональные камеры, Т - мишень, АМ - анализирующий магнит, С - коллиматор.

В описанной выше постановке экспериментов сечения измерялись с точностью до фактора, при этом интенсивность пучка изменялась в пределах 108-Ю10 частиц/цикл. Для абсолютной калибровки использовался тот же спектрометр в конфигурации, показанной на рис.3. Измерения проводились в области максимума выхода фрагментов при низкой интенсивности (Ю5), что позволяло регистрировать падающие на мишень частицы пучка.

Угловой аксептанс установки "АЛЬФА" был явно недостаточен для изучения поляризационных характеристик процессов фрагментации в области высоких внутренних импульсов, и основная часть этих измерений проведена на установке "АЛЬФА-ЗС", схема которой показана на рис.4. Основные параметры установки: угловой аксептанс - 50, ~ 2 • Ю-4 срад, угол вылета частиц из мишени не измерялся. Импульсное разре-

шение варьировалось в пределах 8р/р =0.25-1%. Импульсный аксептанс определялся магнитным каналом ВП-1 на участке мишень-спектрометр и составлял Др/р — 3%. Перемещаемые магниты М\ и М2 позволяли конфигурировать геометрию установки исходя из нужд того или иного эксперимента.

Протяженность канала ВП-1 составляла 40 м, и, после измерения Т2о в реакции 12С(^,р)Х, черенковские счетчики были заменены на время-пролетную технику.

Во время измерений осуществлялся контроль за среднестатистическими параметрами пучка и токами в элементах магнитного канала. В условиях большой протяженности канала ВП-1, при неучтенных колебаниях этих параметров, влияющих на "прозрачность" канала ВП-1, результат измерений может оказаться непредсказуемым. Этот вопрос подробно разбирается в диссертации.

Измерение коэффициента передачи поляризации к в реакции 12С{<1,р)Х проводилось при постоянном импульсе вторичных частиц, а изменение внутреннего импульса достигалось за счет изменения импульса первичного пучка. В этом случае анализирующая способность второго рассеяния остается одной и той же при всех внутренних импульсах, включая калибровочную точку при к = 0. Все систематические погрешности измерения выпадают после нормировки данных на к — 1 при к = 0. Тем не менее, статистическая погрешность данных тем ниже, чем выше анализирующая способность второго рассеяния, и для лучшего выделения упругого рассеяния (обладающего наивысшей анализирующей способностью) импульс вторичных протонов измерялся как до, так и после второго рассеяния. В результате импульсное разрешение составило 8р/р ~ 1.5%. При использовании только одного магнита в качестве анализирующего импульсное разрешение становится равным импульсному аксептансу канала ВП-1, т.е. 5р/р ~ 3%. Для уменьшения систематических ошибок, связанных с возможной нестабильностью параметров пучка, геометрия установки была сконфигурирована таким образом, чтобы аксептанс установки, как функция квадрата переданного 4-импульса ¿, обладал максимально резкой переходной характеристикой, и отбор событий в статистику велся в области плато по геометрической эффективности.

При измерении Т20 в упругом (I р рассеянии назад главной проблемой было достижение наивысшего импульсного разрешения. С этой целью геометрия установки была сконфигурирована таким образом, чтобы обеспечить максимально возможный угол отклонения вторичных протонов в

магните Л/2. Достигнутое импульсное разрешение составило 5р/р ~ 0.25%. Важным методическим моментом было использование прямого пучка, для настройки магнитных элементов канала ВП-1 и спектрометра. При этом импульс пучка устанавливался равным ожидаемому импульсу вторичных протонов для каждой экспериментальной точки.

Большая часть экспериментов по измерению сечений фрагментации легких ядер была проведена на связи с ЭВМ БЭСМ-4, удаленной от установки "АЛЬФА" на расстояние около 1 км. Созданная автором в 1975 г. on-line программа могла обслуживать произвольное число терминалов (обычно использовалось до трех), один из которых был основным, с которого осуществлялась перезагрузка, редактирование программы, запуск и прерывание набора статистики. Просмотр накопленных распределений, изменение параметров установки были возможны с любого терминала. 1\ числу параметров установки относились:

• формат события;

• геометрические константы спектрометра;

• сигнатура триггера для универсального логического блока;

• соотношение частот использования тех или иных триггеров в процессе накопления статистики.

Основные контуры программы были сохранены в on-line программах, обслуживавших установку "АЛЬФА-ЗС", созданных другими авторами и на. других компьютерах.

Вторая глава посвящена вопросам обработки экспериментальной информации. Базовый пакет программ, созданный автором на ЭВМ БЭСМ-6, был адаптирован на ЕС-1050 (в ЛВЭ и Россендорфе), NORD-100/500 (в Софии), VAX в ЛВТА . В настоящее время большая часть программного обеспечения адаптирована для персональных компьютеров. С его помощью был обработан набор экспериментов, далеко выходящий за рамки набора экспериментов, рассмотренных в диссертации.

В главе рассмотрены как "инвариантная" часть программ, т.е. не меняющаяся в зависимости от конкретного эксперимента, так и детали, связанные с каждым из рассмотренных в диссертации экспериментов. К инвариантной части относятся декодировка первичной информации, статистический пакет "Нора", созданный примерно в одно и то же время с известным пакетом НВООК и равный ему по мощности, по не создававший проблем в условиях весьма ограниченной оперативной памяти ЭВМ

БЭСМ-6 (32 кбайт). Достаточно инвариантным оказался также пакет проведения треков через пропорциональные камеры.

Подробно рассмотрена процедура использования данных с датчиков Холла, контролирующих элементы магнитного канала, и.данных о среднестатистических параметрах пучка, получаемых с ЭВМ, обслуживающей ускоритель.

Из деталей, связанных с конкретными экспериментами, отметим здесь алгоритм обработки эксперимента по передаче поляризации от дейтрона к протону. В основе анализа лежит формула

A{t,k-,Pp) = ф)А(1,0-,Рр), (4)

где Л(£,0;рр) - асимметрия, которая измеряется при к = 0 (рл = 2рр), когда к(0) полагается равной 1 ■ рр — 4.5 Гэв/с на протяжении всего эксперимента. В рамках этого принципа возможны два подхода при нахождении к(к). Можно по данным калибровочной точки параметризовать поведение Л(£,0) и затем описывать асимметрию в остальных точках функцией «(fc)A(i,0), где к(к) - параметр. Во втором подходе, который и использовался, в программе минимизации функционала анализируется сразу вся статистика, и, соответственно, вся статистика используется для нахождения в том числе и A(t, 0). Математически этот подход записывается как поиск минимума следующего функционала:

0) - + - = min, (5)

»j «J

где Asf(tj),As\n(tj) - экспериментальные точки по асимметрии упругих и неупругих рассеяний, разбитые на интервалы по переданному 4-импульсу второго рассеяния (j - номер интервала), Ac!(tj,0),Acl(tj,0) - полиномы пятой степени со свободными параметрами. Параметр к (к = 0) = 1 фиксировался, к(к{) - основные искомые параметры.

Первый и второй подходы дадут совпадающие результаты, когда статистика в калибровочной точке на порядок больше, чем в рабочих. При примерно равной статистике, как это имело место, второй метод обеспечивает значительно меньшую статистическую ошибку результата.

В третьей главе анализируются импульсные спектры фрагментов, извлеченные из данных по сечениям фрагментации ядер d, 3Не и А Не.

Инвариантные сечения l2C(d,p).V, 1H(d,p)X,

12C(3He,d)X,l2C{3He,p) X 12C(4He,t)X,12C(4He,p)X показаны на

рис.5,6,7. представленные как функции импульса фрагмента <; п системе покоя фрагментирующего ядра. Сечения на рис.5 при импульсах,

ЗДДО . I С

*н<0|Х , «л а*у /« И4<1^)Х , и Ому /в

НМЛ* . II 0»М с

я. с

Я. й»У/с

Рис. 5: Инвариантные сечения Х2С{в,,р)Х и 1 Н(<1,р)Х, измеренные при импульсе дейтронов 9.1 ГэВ/с.

Рис. 6: Инвариантные сечения 12С{3Не,й)Х и 12С(3Не,р)Х, измеренные при импульсе 3Не 10.8 ГэВ/с.

Рис. 7: Инвариантные сечения 12С(4Не,1)Х и пС{4Не,р)Х, измеренные при импульсах 4 Не 10.8 и 18.1 ГэВ/с, соответствен но.

меньших 9.1 ГэВ/с, получены в Сакле (Франция).

Тщательный анализ спектров в области максимума показал, что они асимметричны, будучи представленными как функции импульса фрагмента ^ в системе покоя фрагментирующего ядра. В то же время они оказываются симметричными, будучи представленными как функции переменной светового фронта к. Это видно из рис.8,9, где экспериментальные точки при отрицательных значениях ц показаны полыми значками, а при положительных - сплошными.

Аппроксимация данных функциями /(к2) или /(с/) с использованием РИП или НИП подходов дает, соответственно, следующие значения \2'-16/14 и 54/14 для <1 р + X реакции; 16/27 и 35/27 для 3Не -> </ + X реакции; и 26/38 и 50/38 для 4 Не —¿ + X реакции. На сегодняшний день это пока единственное экспериментальное подтверждение справедливости динамики светового фронта, которая все еще не стала общепринятой.

На рис.10,11 приведены импульсные распределения фрагментов в ядрах 3Яе и 4Яе, извлеченные из инвариантных сечений по формуле (3). Этими двумя рисунками мы вновь демонстрируем преимущество переменной светового фронта к в качестве внутреннего импульса. Если на

> ф

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 |Ч|, веЧ/с

0.00 0 05 0.10 0.15

к , Се\1/с

Рис. 8: Импульсные распределения фрагментов в легких ядрах в области максимума, извлеченные из сечений в рамках нерелятивистского ИП.

Рис. 9: Импульсные распределения фрагментов в легких ядрах в области максимума, извлеченные из сечений в рамках РИП.

рисунках 6,7 сечения расходятся на порядки величины при наибольших значениях q, то на рисунках 10,11 во всем диапазоне изменения к масштаб расхождений соответствует тому, который ожидается в теоретических расчетах. Так, в рамках ИП процесс 3Не —> с! обусловлен исключительно вершиной 3Не И + р, в то время как процесс 3Не р также и вершиной 3Не —> р + р + п. Расчеты, выполненные в области импульсов О - 0.3 ГэВ/с Скиавиллой и др., показывают, что вершина 3Не —> А + р доминирует в волновой функции 3Не по сравнению с 3Яе —> р + р + п. Из рис.10 видно, что это действительно так. При больших импульсах, однако, вклад другой вершины заметно возрастает. Аналогичная ситуация имеет место при фрагментации 4Яе, где в процессе 4Не —> р при малых импульсах доминирует вершина 4 Не —> Ь +р по сравнению с вершинами 4 Не в. + р + п и 4 Не ~+р + р + п + п.

Для реакции (¿,р) исследована А-зависимость, показанная на рис.12. Показано, что импульсный спектр, извлеченный из сечений фрагментации дейтрона на водороде, хорошо совпадает со стандартными волновыми

•u ю'

.о >

» (sHe,d) • ('He,p)

Urbana, ('He.d) Urbana, (®He,p)

Sí

fii¡

' -1-i-1-i-1_

0.0 0.2 0.4 0.6 0.B

k, GeV/c

Tí 10

o - 10"

10'

(4He,t), ALPHA (*Ha,p), ALPHA ('He.p), Baldin el al. Urbana, ('He.t) Urbana, ('He.p)

0.0 0.2 0 4 0 6 o a

k, GeV/c

Рис. 10: Импульсные распределения Рис. 11: Импульсные распределения дейтронов и протонов в 3Не. тритонов и протонов в 4Не.

функциями дейтрона в интервале 0 < к < 0.2 ГэВ/с . Анализируются причины, по которым расчеты, учитывающие глауберовское перерассеяние, не описывают A-зависимости, полученной в эксперименте. Из этого анализа вытекает, что в сечениях фрагментации 4 Не, изученных только на углеродной мишени, такая зависимость (кроме фактора) не должна иметь место. Изумительное совпадение со спектром тритонов, извлеченным из сечений электрорасщепления 4Не в интервале 0-0.2 ГэВ/с , полученных в NIKHEF-K, подтверждает такой вывод. В то время как все стандартные волновые функции дейтрона совпадают как минимум в интервале 0-0.2 ГэВ/с , для волновых функций 3Яе и 4Не это не так. Сравнение спектра (*Не, t) с теоретическими предсказаниями показывает преимущество потенциала Urbana над потенциалом Argonne.

Импульсные спектры (d,p), (3He,d) и (4He,t) в полном диапазоне измерений показаны на рис.14. Результаты сравниваются с данными по электрорасщеплению соответствующих ядер. Все три пары наборов совпадают друг с другом лучше, чем с расчетами в импульсном приближении. Из рис. 15 видно, что максимум расхождения расчетов с экспериментальными спектрами приходится на область, где S-волна стан-

П-»-1-'-1---Г-

—

о! •o ¡J

-Fit

- Bertocchi Nissen

J-1---1_I. 1-1_' -1_L

■0.1 0 0 0.1 0 2 0 3 0 4 0 5

q , GeV/c

> ф

Jfs

< He.t) ALPHA 'He(e,e'p)1 NIKHEF-K - Urbana Argonne

0 05 0 10 0 15

k, GeV/c

Рис. 12: Отношение инвариантных сечений фрагментации дейтрона на углероде и водороде.

Рис. 13: Импульсные распределения в 4 И е тритонов, извлеченное из сечений реакции 4Не —> t + Л'. Сплошные и нунктирные кривые - расчет на основе Urbana и Argonne потенциалов

дартных волновых функций пересекает ноль (для реакции 4Не -> I такой рисунок не приводится, так как положение максимума в этом случае очевидно). Отметим, что для электронных и адронных пробников дополнительные механизмы, с помощью которых делаются попытки объяснить наблюденный эффект, кардинально различаются. В частности, для данных по электрорасщеплению большая роль отводится мезониым обменным токам, эффект которых в случае адронного пробника на два порядка ниже. Особенно контрастным выглядит спектр (4Нс,/), который описывается исключительно ¿"-волной. Включение всех возможных поправок для электрорасщенления не помогает избежать особенности в области нуля ¿"-волны. В то же время н обоих экспериментальных спектрах не содержится даже намека на какую-либо особенность в этой области. Все это наводит на мысль, что либо ¿"-волна не пересекает ноль, либо волновые функции, кроме 5- и О-волн (или только ¿"-волны для вершины 4#е —>• 4 + р) содержат еще какие-то компоненты.

ALPHA «•jO. SLAC rwij.

» (*НвД). ALPHA ■ Л •.•"), SLAC

— Ufbwiaaif.

— рагапьаМгм) lifbana

■ (*HaJl, ALPHA . *H«(«.»píl. NWHEF

-J._M. Lagel

\ - Urbana

Ratt Son Cora

Рис. 14: Импульсные распределения (с1, р), (3Не,с1) и (АНе,1), полученные с помощью адронных и электронных пробников.

Рис. 15: Отношение импульсных распределений (d,p) и (3//е, d) к расчетам в импульсном приближении с использованием Парижского и Urbana потенциалов, соответственно, и и w - S- и D-волны, соответственно.

В четвертой главе анализируются данные по измерению поляризационных характеристик процесса иС(с1,р)Х и упругого (I р рассеяния назад. В начале главы, в рамках ИП, дается связь исследованных наблюдаемых, Тга и коэффициента передачи поляризации от дейтрона к протону к, с 5- и /Э-волновьши компонентами волновой функции дейтрона (и н ш, соответственно). Показано, что экстремумы Т2о и нули к совпадают. Показано также, что при доминировании одной из волн (|ю/и| 1 или \т/и\ 1) поляризационные характеристики слабо чувствительны к знаку ги/и. В частности, при \ю/и\ 1, Т20 — —0.07. На рис. 16 показаны

Рис. 16: Т20 Для фраг- Рис. 17: Тю для фраг- Рис. 18: Т20 в реакциях ментации дейтрона на ментации дейтрона на во- ^ р ра и (1 —> рХ. углероде. Сплошная кри- дороде и углероде. Кривая - Парижская волно- вая - расчет Лыкасова. вая функция.

данные по анализирующей способности реакции 12С(<1,р)Х при импульсе дейтронов 9 ГэВ/с. Приводятся также данные, измеренные совсем недавно нашей группой и группой "Аномалон". Хорошее совпадение всех трех наборов данных можно трактовать в пользу надежности каждого из них. Основные особенности данных по Т20 таковы:

• положение минимума примерно совпадает с предсказаниями;

• ожидаемое значение минимума —у/2 не достигается;

• данные обнаруживают тенденцию к выходу на асимптотику с отрицательным значением Т20.

В рамках ИП тот факт, что данные не достигают ожидаемого значения минимума, означает, что ¿"-волна не пересекает 0, что не предусмотрено

ни одной реалистической волновой функцией дейтрона (ВФД). Однако правильное положение минимума указывает на то, что необходимое значение минимума не достигается из-за дополнительных к ИП механизмов реакции, таких, например, как механизм с дельта-изобарой (кривая на рис. 17). При больших значениях внутреннего импульса этот механизм вымирает.

А-зависимость показана на рис. 17. Из рисунка видно, что хотя данные на водороде идут всюду чуть ниже, чем данные на углероде, основные три особенности поведения Т20, перечисленные выше, остаются теми же самыми. Масштаб эффекта А-зависимости вполне ожидаем в рамках учета глауберовских поправок. При рассмотрении дополнительных к ИП механизмов реакции также можно ожидать некоторой А-зависимости. Дело в том, что эти механизмы чувствительны к изоспину мишени, и ядро, как комбинация нейтронов и протонов, может давать несколько другой эффект чем чистый водород.

На рис.18 показаны данные по измерению Т2о в реакции d р —> pd, дополненные данными при более низких энергиях, полученными при участии автора в Сакле. Как видно из рисунка, в области перекрытия два набора дают хорошее совпадение. Отметим, что в эксперименте, выполненном в Сакле, импульсное разрешение составляло 5р/р ~ 0.04%, которое гарантировало полное отделение событий упругого рассеяния от фона фрагментации дейтрона. Совпадение данных говорит о том, что процедура извлечения данных по Т2о в условиях худшего импульсного разрешения (Sp/p ~ 0.25%) была проведена корректно. Поскольку связь Г2о с компонентами ВФД одинакова для процессов фрагментации дейтрона и упругого dp рассеяния назад, на рисунке также показан набор данных по Т20 Для реакции фрагментации дейтрона на водороде. Хотя данные по Т20 для упругого d Р —> pd рассеяния демонстрируют те же принципиальные отличия от предсказаний, которые были отмечены выше для процесса фрагментации дейтрона, факт нарушения ИП налицо. Обнаруженная в поведении Т2о тонкая структура в данный момент еще не нашла своего объяснения. Отметим, что один из максимумов в спектре Т20, а именно, при к ~ 0.65 ГэВ/с по положению на оси х совпадает с максимумом для расчета на основе ВФД Карманова.

Данные по измерению коэффициента передачи поляризации от дейтрона к протону в реакции 12C(d, р)Х показаны на рисунках 20,22. Пересечение 0 данных по к, в то время как Т2о не достигает ожидаемого значения экстремума, свидетельствует о невозможности описания процесса фрагментации дейтрона в рамках ИП, если волновая функция дейтрона

Рис. 19: Фит данных по Рис. 20: Фит данных по Рис. 21: Отклонение от Т20. к. ИП.

включает в себя только ¿"- и ¿)-волны. Степень отклонения от ИП существующего набора данных по Т20 и к; можно оценить, воспользовавшись соотношением

Кс-^)1+«а)-1 к)

Это соотношение выполняется для любой ВФД, включающей только 5- и Д-волны, в случае, если импульсное приближение справедливо. Функция

и функции /т и /«, аппроксимирующие данные по Т20 и «о, показаны на рисунках 19, 20, 21. Как видно из рис.21, после максимума отклонения от ИП при к ~ 0.45 ГэВ/с , намечается тенденция к увеличению вклада ИП механизма при возрастании к. Поэтому интерпретация асимптотики Т2о, близкой к значению -0.7, как доминирование О-волны, вполне оправдано.

Несколько из 28 волновых функций, рассмотренных в работе Чертова, Мателича, Моравчика имеют доминирующую £)-волну при больших внутренних импульсах. Сравнение данных по Т20 и к0 для процесса фрагментации с расчетами на основе двух функций из этого набора и сами эти функции приведены на рисунках 22, 23. Отметим, что ¿"-волна одной из этих функций не пересекает 0. Как показано в диссертации, в условиях доминирования одной из волн данные становятся малочувствительными к знаку отношения и>/гг, и существующий набор данных не дает четкого ответа на вопрос: имела ли место смена, знака ¿-волны или нет. Измерение

Рис. 22: Т20 и к для (с!,р) процесса. Рис. 23: ВФД из работы Чертова и

Др.

ко при более высоких, чем достигнутые, значениях к, могло бы приблизить данный вопрос к разрешению при условии, что ИП доминирует при высоких значениях к (что контролируется соотношением (6)). Отметим также, что на вопрос о знаке хи/и при высоких значениях к может быть получен совершенно разный ответ при исследовании реакций развала дейтрона и его упругого рассеяния (ес£). Если на малых расстояниях доминирует 6<7~состояние, то в упругом рассеянии равноправно участвуют все его проекции (все компоненты Фоковского столбца), такие как NN, N N°, ДД и др., в то время как процесс развала будет отбирать, в основном, проекцию рп.

В заключении сформулированы основные результаты диссертации и рассмотрены перспективные эксперименты. Основные выводы состоят в следующем.

1. Спланированы и проведены эксперименты на установке АЛЬФА:

(а) по измерению сечений фрагментации ядер 3Не и 4 Не на углеродной мишени в интервале 0-1 ГэВ/с , а также ядер с1 на С#2 мишени, что позволило восстановить сечение этой реакции на

водороде.

(b) по измерению Т20 реакции C(d,p)X в интервале 0-0.3 ГзВ/с .

2. Спланированы и проведены эксперименты на установке АЛЬФА-ЗС:

(a) по измерению Т20 реакции 12C(d,p)X в интервале 0.25-0.8 ГэВ/с ;

(b) по измерению коэффициента передачи поляризации к от дейтрона к прогону в реакции nC(d,p)X в интервале 0-0.57 ГэВ/с ;

3. Из идей, обеспечивших методическую корректность проведенных экспериментов, отметим следующие:

(a) Необходимость малого импульсного аксептанса для всех перечисленных экспериментов; важность узкой мишени при измерении сечений фрагментации легких ядер; необходимость контроля за среднестатистическими параметрами пучка; необходимость использования делителя частоты триггеров при работе в области больших сечений; необходимость контроля за структурой интенсивности в процессе медленного вывода пучка.

(b) при измерении к работа при постоянном импульсе вторичных частиц, импульсный анализ входящих и выходящих частиц при втором рассеянии, специфическая геометрия установки для обострения характеристики чувствительности триггера к квадрату переданного импульса t\

(c) при измерении Т20 в упругом d р рассеянии назад настройка установки на прямом пучке с импульсом равным импульсу вторичного дейтрона в основном измерении.

4. Впервые в ОИЯИ была создана on-line программа с широким использованием управляемых от ЭВМ блоков КАМАК и с использованием терминала для управления экспериментальной установкой, создан суперскоростной алгоритм обработки камерной информации.

5. Создан базовый пакет программм off-line обработки информации с установки АЛЬФА, легко адаптируемый к любой физической задаче.

6. Экспериментально доказано, что для сравнения данных по фрагментации легких ядер с расчетами хорошей переменной является переменная светового фронта к.

7. Экспериментально наблюдена А-зависимость сечений фрагментации дейтрона. Показано и экспериментально подтверждено, что при фрагментации 4 Не —> I А-зависимость сводится к фактору.

8. Извлеченные из данных по сечениям импульсные спектры фрагментов легких ядер хорошо совпадают со спектрами, извлеченными из данных по электрорасщеплению легких ядер, и имеют превышение над расчетами на основе импульсного приближения (ИП) в области с центром к ~ 0.4 ГэВ/с , который хорошо совпадает с точкой пересечения нуля 5-волной для стандартных волновых функций дейтрона.

9. Основные особенности данных по Т2о реакции 12С(с1,р)Х таковы:

(a) ожидаемое значение минимума — \[2 не достигается, хотя его положение примерно совпадает с предсказаниями;

(b) данные обнаруживают тенденцию к выходу на асимптотику с отрицательным значением Тго-

<->

Сравнение данных с Т2о реакции II (¿,р)X показывает наличие А-зависимости.

10. Данные по Т2о в упругом <1 р рассеянии назад, заметно отличаясь от данных в реакции 1 Н(с1,р)Х, демонстрируют нарушение ИП в той или иной степени во всем диапазоне перекрытия. Обнаружено наличие тонкой структуры в данных.

11. Данные по к в реакции 12С((1,р)Х, будучи проанализированы совместно с данными по 7ад, показывают отклонение от ИП, начиная с к ~ 0.2 ГэВ/с , достигающее максимума при к ~ 0.45 ГэВ/с . При дальнейшем возрастании к намечается тенденция к увеличению вклада механизма ИП, что делает интерпретацию отрицательного значения асимптотики Т20 за счет доминирования £)-волны вполне вероятной.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. JI.Г. Ефимов, Н.М. Пискунов, И.М. Ситник, Применение алфавитно-цифрового дисплея типа ВТ-340 на линии с ЭВМ БЭСМ-4, В: Трудах VIII Межд. Симп. по ядерной электронике, Дубна, 1975, ОИЯИ Д13-9287, Дубна (1975), стр.285, а также препринт ОИЯИ 10-8833 Дубна, 1975

2. Н.М. Пискунов, И.М. Ситник, В.И. Шаров, Программы для работы с управляемыми модулями КАМАК на линии с ЭВМ БЭСМ-4, препринт ОИЯИ 10-8885 Дубна, 1975

3. Н.М. Пискунов, В.Н.Садовников,И.М. Ситник и др.программное обеспечение ЭВМ БЭСМ-4 для работы в режиме on-line с установкой "АЛЬФА", Сообщение ОИЯИ 10-10255, Дубна, 1976

4. Г.Л. Мазный, И.М. Ситник, Е.А. Строковский, Комплекс программ обработки с 2500-каналыюго спектрометра с пропорциональными камерами, В сб.: "Труды совещания по программированию и математическим методам решения физических задач", ОИЯИ, Д10,11-11264, Дубна, 1978, 504- 508

5. В.Г. Аблеев, Д.В.Анчишкин, Х.Димитров,... И.М. Ситник и др.,Импульсное распределение протопоп и дейтронов от фрагментации 3Не при 10.78 ГэВ/с на углероде при нулевых углах, Письма в ЖЭТФ 45 (1987) 467-469

6. В.Г. Аблеев, Л.Визирева, В.И.Волков,... И.М. Ситник и др.,Измерение тензорной анализирующей способности реакции l2C(d, р) с вылетом протонов под нулевым углом при импульсе дейтронов 9.1 ГэВ/с, Письма в ЖЭТФ 47 (1988) 558-561

7. В.Г. Аблеев, Л.Визирева, С.В.Джмухадзе,...И.М. Ситник и др.,Измерение тензорной анализирующей способности реакции C(d,p) с вылетом протонов под нулевым углом при импульсе дейтронов 9.1 ГэВ/с , Краткие сообщения ОИЯИ N 4[43]-90 (1990) 5

8. V.G. Ableev, S.V.Dshemuchadzse, C.Dimitrov,...I.M. Sitnik et al.,Proton and Triton Momentum Distribution from xHe Fragmentation at Relativistic Energies, Few-Body Systems 8 (1990) 137-144

9. I.M. Sitnik, L. Penchev, Speculation around dcuteron disintegration data, In: Proc. of the Int. Symp. "DEUTERON-91", Dubna, June 11-13, 1991; JINR E2-92-25, Dubna, 1992, 172-176

10. I.Atanasov, ...I.M. Sitnik et al.,The measurements of the polarization transfer coefficient in (d,p) reaction at fixed proton momentum of 4.5 GeV/c and the deuteron momentum in range 6.0-9.0 GeV/c, In: Proc. of the 11th Int. Seminar on High Energy Phys. Problem, Sept. 7-12 1992, Dubna; ed. by A.M.Baldin and V.V.Burov, Dubna, JINR, 1994, 443

11. V.G. Ableev, A.Filipkovsky, A.A.Nomofilov,...I.M. Sitnik et al.,Calibration measurement of the uC(d,p) and p{d,p) cross sections at small proton momenta in the deuteron rest frame, JINR Rapid Com. N4[52}-92 (1992) 5-9

12. V.G. Ableev, V.P.Ladygin, A.A.Nomofilov,...l.M. Sitnik et al.,Measurement of the l2C(d,p) and p(d,p) forward cross sections over a wide range of proton momenta, JINR Rapid Com. Лг°1[52]-92 (1992) 10-16

13. B.Kuehn, V.P.Ladygin, P.K.Manyakov,... I.M. Sitnik et al.,The measurements of the polarization transfer coefficient in the (d, p) reaction at a fixed proton momentum 4.5 GeV/c and a deuteron momentum range of 6.0-9.0 GeV/c, Phys. Lett. В 334 (1994) 298-303

14. L.S. Azhgirey, A.P.Kobushkin, B.Kuehn,...I.M. Sitnik et al.,Polarization transfer in the 12C(d,p)X Reaction for Deuteron Momenta between 5.8 and 9.0 GeV/c , JINR Rapid Com. No 3[77]-96 (1996) 23

15. И.М. Ситник,

Экспериментальный тест адекватности релятивистского импульсного приближения при описании фрагментации легких ядер, ЯФ 59 (1996) 1104-1108

16. L.S. Azhgirey, E.V.Chernykh, A.P.Kobushkin,...I.M. Sitnik et al.,Tensor analyzing power T20 in backward elastic dp scattering and breakup at 0" between 3.5-6.5 GeV/c, Phys. Lett. В 391 (1997) 22-28

17. I.M. Sitnik, Spin structure of light nuclei, Czechoslovak Journ. of Phys. 50 SI (2000) 293

Рукопись поступила в издательский отдел 28 апреля 2000 года.

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Ситник, Игорь Михайлович

1 Введение

1.1 Сечения фрагментации в импульсном приближении

1.2 Поляризационные характеристики процесса фрагментации

1.3 Рассеяние назад как предельный случай процесса фрагментации

2 Эксперимент

2.1 Измерение сечений.

2.1.1 Основной принцип

2.1.2 Импульсный аксептанс.

2.1.3 Мишень.

2.1.4 Спектрометр.

2.1.5 Юстировка аппаратуры.

2.1.6 On-line обеспечение.

2.1.7 Набор статистики.

2.1.8 Некоторые детали экспериментов по измерению сечений фрагментации ядер 3Не и 4Не.

2.1.9 Калибровочные измерения.

2.2 Измерение поляризационных характеристик.

2.2.1 Измерение Т2о в реакции C(d,p)X на установке

АЛЬФА.

2.2.2 Поляризационные исследования на установке

АЛЬФА-ЗС.

3 Off-line анализ информации

3.1 Организация комплекса программ.

3.2 Программа первого уровня

3.3 Реконструкция событий.

3.4 Некоторые детали обработки различных экспериментов

3.4.1 Измерение сечений фрагментации.

3.4.2 Поляризационные измерения.

4 Обсуждение результатов по сечениям

4.1 Выбор переменной.

4.2 А-зависимость сечений фрагментации.

4.2.1 Фрагментация ядер 3Не ж 4Не в области малых внутренних импульсов

4.3 Фрагментация дейтрона во всем диапазоне измеренных импульсов

4.4 Фрагментация 3Не во всем диапазоне измеренных импульсов

4.5 Фрагментация 4Не во всем диапазоне измеренных импульсов

4.6 Высокоимпулъсные части спектров.

5 Поляризационные характеристики процесса фрагментации дейтрона и упругого dp рассеяния назад

5.1 Поляризационные наблюдаемые.

5.2 Анализирующая способность Т^о.

5.3 Коэффициент передачи поляризации.

5.4 Совместный анализ поляризационных данных.

Введение диссертация по физике, на тему "Исследование структуры легких ядер в реакциях фрагментации под нулевым углом"

Структура легких ядер, изучению которой посвящена диссертация, является одной из центральных проблем современной ядерной физики. Модели дейтрона, основанные на знании NN потенциала, хорошо описывают физические процессы с участием дейтрона до Q2 < 0.4(ГэВ/с )2 при упругом рассеянии, где Q2 - квадрат переданного импульса, или до к < 0.2 ГэВ/с при развале дейтрона, где к - внутренний импульс фрагментов в дейтроне. Для более высоких значений упомянутых переменных становятся существенными такие проблемы, как сход с массовой поверхности фрагментов дейтрона, при еще более высоких значениях этих переменных добавляются проблемы многокварковых конфигураций, релятивистских связанных состояний, теория которых до сих пор не устоялась. Ядра 3Не и 4Не интересны в связи с известной проблемой нескольких тел. Здесь неоднозначность теоретических моделей начинается при гораздо меньших значениях упомянутых переменных. Достаточно напомнить, что разница масс 3Не и трития до сих пор не объяснена. Изучение структуры 3Не имеет еще и прикладное значение. Дело в том, что для изучения свойств нейтрона поляризованный 3Не используется как модель поляризованного нейтрона. Пределы применимости такого приближения до сих пор четко не установлены.

Цель диссертационной работы- экспериментальное изучение реакций (А, Л'), где Л-легкое ядро (с?,3Яе,4Яе), А'- фрагмент этого ядра. Кинематика реакции такова, что в системе покоя А фрагмент вылетает под углом 180° к снаряду, разбивающему ядро. Такая кинематика наиболее удалена от кинематики, возможной при рассеянии на свободном фрагменте А'. Поэтому ожидается, что импульс фрагмента, лишь с небольшими искажениями, равен тому, который он имел в ядре до столкновения, не смотря на то, что процесс является инклюзивным.

В кинематике, описанной выше, были поставлены пионерские эксперименты А.М.Валдина и В.С.Ставинского[1] по фрагментации покоящихся ядер с вылетом фрагментов навстречу снаряду. Отметим, что из-за проблем с поглощением частиц низких энергий в веществе мишени и детекторов, в такой постановке спектр фрагментов изучается с д ~ 0.3 ГэВ/с , где д - импульс фрагмента в системе покоя ядра.

Методически более предпочтительной является другая кинематика, связанная с описанной лоренц-преобразованием. В этой кинематике, после соударения ускоренного ядра А с мишенью исследуется импульсный спектр фрагментов А', вылетевших под углом 0°, в области импульсов тА!

РА' > -РАтА

Основное преимущество этой кинематики состоит в том, что она позволяет изучать импульсные спектры фрагментов во всем диапазоне импульсов, начиная с д = 0. В этом случае обходятся трудности, связанные с нормировкой импульсных спектров фрагментов. Инициатива измерений спектров фрагментации в этой кинематике принадлежит Л.Н.Струнову.

Далее во введении формулируются принципы релятивистского импульсного приближения (РИП), используемого при интерпретации экспериментальных данных; даются основные понятия, касающиеся поляризационных характеристик реакций, исследуемых в работе.

В первой главе рассмотрена постановка экспериментов на установках "АЛЬФА" и "АЛЬФА-ЗС". Вторая глава посвящена вопросам обработки экспериментальной информации. В третьей главе анализируются импульсные спектры фрагментов, извлеченные из данных по сечениям фрагментации ядер (I, гНе и 4Не. В четвертой главе анализируются данные по измерению поляризационных характеристик процесса Х2С{(1,р)Х и упругого (I р рассеяния назад. В заключении сформулированы основные выводы диссертации, а также кратко рассмотрено возможное продолжение исследований. Некоторые выкладки вынесены в четыре приложения.

Заключение диссертации по теме "Физика высоких энергий"

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

3. Н.М. Пискунов, В.Н.Садовников,И.М. Ситник и др.,Программное обеспечение ЭВМ БЭСМ-4 для работы в режиме on-line с установкой "АЛЬФА", Сообщение ОИЯИ 10-10255, Дубна, 1976

4. Г.Л. Мазный, И.М. Ситник, Е.А. Строковский, Комплекс программ обработки с 2500-канального спектрометра с пропорциональными камерами, В сб.: "Труды совещания по программированию и математическим методам решения физических задач", ОИЯИ, Д10Д1-11264, Дубна, 1978, 504- 508

5. В.Г. Аблеев, Д.В.Анчишкин, Х.Димитров,. И.М. Ситник и др.,Импульсное распределение протонов и дейтронов от фрагментации 3Не при 10.78 ГэВ/с на углероде при нулевых углах, Письма в ЖЭТФ 45 (1987) 467-469

6. В.Г. Аблеев, Л.Визирева, В.И.Волков,. И.М. Ситник и др.,Измерение тензорной анализирующей способности реакции 12C(d,p) с вылетом протонов под нулевым углом при импульсе дейтронов 9.1 ГэВ/с, Письма в ЖЭТФ 47 (1988) 558-561

7. В.Г. Аблеев, Л.Визирева, С.В.Джмухадзе,.И.М. Ситник и др.,Измерение тензорной анализирующей способности реакции C(d,p) с вылетом протонов под нулевым углом при импульсе дейтронов 9.1 ГэВ/с , Краткие сообщения ОИЯИ N 4[43]-90 (1990) 5

8. V.G. Ableev, S.V.Dshemucliadzse, C.Dimitrov,.I.M. Sitnik et al.,Proton and Triton Momentum Distribution from 4 He Fragmentation at Relativistic Energies, Few-Body Systems 8 (1990) 137-144

9. I.M. Sitnik, L. Penchev, Speculation around deuteron disintegration data, In: Proc. of the Int. Symp. "DEUTERON-91", Dubna, June 11-13, 1991; JINR E2-92-25, Dubna, 1992, 172-176

10. I.Atanasov, .I.M. Sitnik et al.,The measurements of the polarization transfer coefficient in (d,p) reaction at fixed proton momentum of 4.5

GeV/c and the deuteron momentum in range 6.0-9.0 GeV/c, In: Proc. of the 11th Int. Seminar on High Energy Phys. Problem, Sept. 7-12 1992, Dubna\ ed. by A.M.Baldin and V.V.Burov, Dubna, JINR, 1994, 443

11. V.G. Ableev, A.Filipkovsky, A.A.Nomofilov,.LM. Sitnik et al.,Calibration measurement of the 12C(d,p) and p(d,p) cross sections at small proton momenta in the deuteron rest frame, JINR Rapid Com. iV°l[52]-92 (1992) 5-9

12. V.G. Ableev, V.P.Ladygin, A.A.Nomofilov,.I.M. Sitnik et al.,Measurement of the uC(d,p) and p(d,p) forward cross sections over a wide range of proton momenta, JINR Rapid Com. №1[Ь2}-Ш (1992) 10-16

13. B.Kuehn, V.P.Ladygin, P.K.Manyakov,. I.M. Sitnik et al.,The measurements of the polarization transfer coefficient in the (d, p) reaction at a fixed proton momentum 4.5 GeV/c and a deuteron momentum range of 6.0-9.0 GeV/c, Phys. Lett. В 334 (1994) 298-303

14. L.S. Azhgirey, A.P.Kobushkin, B.Kuehn,.I.M. Sitnik et al.,Polarization transfer in the uC(d,p)X Reaction for Deuteron Momenta between 5.8 and 9.0 GeV/c , JINR Rapid Com. No 3[77]-96 (1996) 23

15. И.М. Ситник,

16. L.S. Azhgirey, E.V.Chernykh, A.P.Kobushkin,.I.M. Sitnik et al.,Tensor analyzing power T2o in backward elastic dp scattering and breakup at 0° between 3.5-6.5 GeV/c, Phys. Lett. В 391 (1997) 22-28

17. I.M. Sitnik, Spin structure of light nuclei, Czechoslovak Journ. of Phys. 50 SI (2000) 293

Автор хотел бы поблагодарить дирекцию ЛВЭ за поддержку цикла защищаемых работ, и, прежде всего, академика А.М.Балдина, иници-ировашего экспериментальные работы по исследованию высокоимпульсных фрагментов в ядрах. Проф. Л.Н.Струнова, являвшегося руководителем группы при выполнении экспериментов на установке АЛЬФА и частично на установке АЛЬФА-ЗС. Н.М.Пискунова, отвечавшего за работу экспериментальной установки в целом. Е.А.Строковского, отвечавшего не только за часть аппаратуры, но и внесшего существенный вклад в теоретическую поддержку экспериментальной программы. В.Г.Аблеева, Л.С.Ажгирея, Г.Г.Воробьева, С.А.Запорожца, В.П.Ладыгина, З.П.Мотину, А.А.Номофилова, Г.Д.Столетова, Е.А.Черныха, В.И.Шарова, за сотрудничество при проведении экспериментов и обработке результатов. Физиков из стран-участниц 0И-ЯИ, принимавших на разных этапах активное участие в проведении экспериментов Л.Визиреву, Х.Димитрова, С.Недева, Л.Пенчева (Болгария), С.В.Джмухадзе, Б.Кюна, Б.Науманн, Л.Науманна,

3.Тэша (ГДР), А.Филипковского (Польша). Физиков из США

4.Пердриза и В.Пунжаби, принявших участие в экспериментах по определению коэффициента передачи поляризации от дейтрона к протону в реакции (I —Ь р фрагментации и Т20 в реакции упругого о(р рассеяния назад. Разработчиков электронной аппаратуры В.А.Арефьева, С.Г.Басиладзе, В.М.Гребенюка, Л.Г.Ефимова, П.К.Маньякова, А.Н.Парфенова, Г.М.Сусову, чьи разработки, использованные при проведении экспериментов, были созданы с максимальным учетом запросов со стороны физиков. В.Н.Садовникова, обеспечившего развитие и эксплуатацию ЭВМ БЭСМ-4 на связи с установкой АЛЬФА. Разработчиков пропорциональных камер Ю.В.Заневского, В.Д.Пешехонова и группу под руководством Ю.В.Куликова, изготовившую их. Л.Б.Голованова, Ю.Т.Борзунова, А.П.Цвинева, разработавших и поддерживавших во время проведения экспериментов жидководородную мишень. Ю.К.Пилипенко, А.И.Валевича, В.П.Ершова, В.В.Фимушкина, разработавших и поддерживавших во время проведения экспериментов источник поляризованных дейтронов "Полярис". В.И.Волкова и С.А.Новикова, поддерживавших медленный вывод пучка. А.Д.Кириллова и П.А.Рукояткина, обеспечивавших проведение пучка по каналу ВП-1. С.А.Долгого, А.В.Карпунина, Г.П.Николаевского, А.Ю.Старикова, подготовивших аппаратуру для контроля магнитных полей в отклоняющих магнитах. Диспетчеров ускорителя А.С.Исаева, В.Н.Перфеева, Е.В.Руднева, С.В.Федукова, Д.Шерстянова, обеспечивавших необходимые парметры ускоренного пучка. И.Н.Силина, А.П.Сапожникова, Г.Л.Мазного помогавших автору в создании программного обеспечения на ЭВМ БЭСМ-6.

A.П.Кобушкина, осуществлявшего теоретическую поддержку экспериментальной программы. М.П.Рекало, чей подход к определению поляризационных наблюдаемых был использован автором при написании введения. В.Б.Беляева, В.Гарсеванишвили, В.А.Карманова,

B.Г.Неуцачина, И.Т.Обуховского, М.Стрикмана, Ю.Н.Узикова, J.-M.Läget, C.Wilkin за полезные дискуссии по поводу теоретической интерпретации защищаемых экспериментальных данных. Проф. В.В.Глаголева, ознакомившегося с авторефератом и диссертацией и сделавшего ряд ценных замечаний по тексту этих документов.

Заключение

Список источников диссертации и автореферата по физике, доктора физико-математических наук, Ситник, Игорь Михайлович, Дубна

1. A.M. Балдин, . В.С.Ставинский и др., Препринты ОИЯИ Р1-11168 (1977) и 1-80-488 (1980).

2. L.Bertocchi and D.Treleani, Nuovo Cim. 36A (1976) 1.

3. P.A.M.Dirac, Rev. Mod. Phys. 21 (1949) 392.

4. В.Гарсеванишвили и др., ТМФ 25 (1975) 37.

5. H.Leutwyler and J.Stern, Ann. Phys. N.Y. 112 (1978) 94.

6. L.L.Frankfurt and M.I.Strikman, Phys. Rep. 76 (1981) 215.

7. B.L.G.Bakker, L.A.Kondratyuk and M.V.Terent'ev, Nucl. Phys. B158 (1979) 497.

8. A.П.Кобушкин, В.П. Шелест, ЭЧАЯ 14 (1983) 1146.

9. В.А.Карманов, ЭЧАЯ 19 (1988) 525.

10. V.A.Karmanov, Phys. Rep. 300 (1998) 215.

11. W.W.Buck , F.Gross, Phys. Rev. D 20 (1979) 2361.

12. L.Ya.Glozman, V.G.Neudatchin, I.T.Obukhovsky, Phys. Rev. С 48 (1993) 389.

13. R.Schiavilla, V.R.Pandharipande, R.B.Wiringa, Nucl.Phys. A449 (1986) 219.

14. J-F.Germond and C.Wilkin, J.Phys. G14 (1988) 181.

15. M.P.Rekalo, N.M.Piskunov, and I.M.Sitnik, Few-Body Sys. 23 (1998) 187-200.

16. M.P.Rekalo, I.M.Sitnik, Phys. Lett. В 356 (1995) 434.

17. Л.Пенчев, И.М. Ситник, Е.А.Строковский, Краткие сообщения 0И-ЯИ N 443 .-90, (1990) 10.

18. M.Sitnik et al., ln:Proc. of Int. Workshop "Dubna Deuteron-93", Sept.1993, JINR E2-94-95 (1994) 282;

19. M.Sitnik et al., preprint JINR El-95-356 (1995).

20. B.Г.Аблеев. И.М.Ситник и др., ПТЭ 1, 33 (1983).

21. V.G.Ableev. I.M.Sitnik et al., Nucl. Phys. A393 (1983) 491; A411, 541(E).

22. Z.Guzik, S.G.Basiladsze, NIM 114 (1974) 83.

23. H.M.Пискунов . И.М.Ситник, ОИЯИ 10-10255, Дубна (1976).

24. Л.Г.Ефимов, H.M.Пискунов, И.М.Ситник, ОИЯИ 10-8833, Дубна (1975).

25. Н.М.Пискунов . И.М.Ситник, в -.Трудах VIII Межд. Симп. по ядерной электронике, Дубна, 1975, ОИЯИ Д13-9287, Дубна (1975), стр.285.

26. C.Г.Басиладзе, А.Н.Парфенов, ПТЭ 1 (1975) 81. Е.В.Черных, ОИЯИ 10-7913, Дубна (1974). С.Г.Басиладзе, ОИЯИ 10-9173, Дубна (1975).

27. V.G.Ableev, . I.M.Sitnik et al., JINR Rapid Com. l52.-92 (1992) 10.

28. В.Г.Аблеев. И.М.Ситник и др., Письма в ЖЭТФ 40 (1984) 35.

29. В.Г.Аблеев, . И.М.Ситник и др., Письма в ЖЭТФ 45 (1987) 467.

30. Л.Пенчев, диссертация, 1991 (рук. И.М.Ситник)

31. V.G.Ableev, . I.M.Sitnik et al., Few-Body Sys. 8 (1990) 137.

32. В.Г.Аблеев. И.М.Ситник и др., ПТЭ 2 (1978) 63 ;

33. В.Г.Аблеев. И.М.Ситник и др., ЯФ 36 (1982) 1197; ЯФ 36 (1982)1434;

34. V.G.Ableev . I.M.Sitnik et al., Z.Phys. A340 (1991) 191. V.G.Ableev . I.M.Sitnik et al., JINR Rapid. Com. l52.-92 (1992) 5. В.Г.Аблеев. И.М.Ситник и др., ЯФ 36 (1982) 1197.

35. V.G. Ableev, .I.M. Sitnik et al.,Paris-90, 7-th Intern. Conference on Polariz. Phenomena in Nucl.Phys., (Abstracts of contr. papers) p.40F, 9-13 Juliet, 1990, ed. by M.Lepage, M.Roy-Stephan, A.Boudard, CEN Saclay, 1990

36. I.M.Sitnik et al., Nucl. Phys. A663-664 (2000) 443c (PANIC-99).

37. V.G.Ableev . I.M.Sitniket al., NIM A306 (1991) 73.

38. С.Недев, диссертация, 1998 (рук. И.M.Ситник)

39. I.M.Sitnik et al. In: Proc. of the 11th Int. Seminar on High Energy Phys. Problem, September, 1992, Dubna; ed. by A.M.Baldin and V.V.Burov, Dubna, JINR, 1994, 443.

40. B. Kuehn et al., Phys. Lett. B334 (1994) 298.

41. L.S.Azhgirey . I.M.Sitniket al., JINR Rapid Comm. No.377]-96 (1996) 23.

42. W.Haeberli, Annu.Rev.Nucl.Sci. 17 (1967) 373.

43. В.Г. Аблеев, . И.М. Ситник и др.,Письма в ЖЭТФ 40 (1984) 3538; ЯФ 46 (1987) 549; ЯФ 48 (1988) 27; V.G. Ableev, .I.M. Sitnik et al.,Phys. Lett. B264 (1991) 264.

44. И.М. Ситник, E.A. Строковский, П.П. Темников, Деп. сообщ. ОИЯИ, Б2-10-84-715, Дубна, 1984

45. Г.Л. Мазный, И.М. Ситник, Е.А. Строковский,

46. В сб.: "Труды совещания по программированию и математическим методам решения физических задач", ОИЯИ, Д10,11-11264, Дубна, 1978, 504- 508

47. Л.С.Ажгирей и др., Препринт ОИЯИ Р1-85-749 (1985).

48. Воеводин и др., Деп. сообщ. ОИЯИ, БЗ-9-11-063, Дубна, 1977

49. В.Г. Аблеев, диссертация, 1989 (сорук. И.М.Ситник)

50. L.S.Azhgirey. I.M.Sitnik et al., Phys.Lett. B391(1997) 22.

51. V.Punjabi et al. Phys. Rev. С 39 (1989) 608.

52. E.Cheung, .I.M. Sitnik et al.„ Phys. Lett. B284 (1992) 210.

53. C.F.Perdrisat and V.Punjabi In: Proc. of the XI Int. Seminar on High Energy Phys. Problem. Editors: A.M.Baldin and V.V.Burov, Dubna, JINR (1994) 491.

54. Anderson, et al., Phys. Rev. C 28 (1983) 1224.

55. H.M.CHTHHK, 59 (1996) 1104. S.Nissen-Meyer, Nucl.Phys. A306 (1978) 499. J. J aros et al, Phys.Rev. C 18 (1978) 2273 .

56. M.Lacombe et al. Phys.Rev. C 21 (1980) 861; Phys.Lett. B101 (1981) 139.

57. R.B.Wiringa, R.A.Smith and T.L.Ainsworth, Phys. Rev. C 29 (1984) 1207.

58. E.Lagaris and V.R.Pandharipande, Nucl. Phys. A359 (1981) 331.

59. J.F.J Van Den Brand et al, Nucl. Phys. A534 (1991) 637.

60. C.F.Perdrisat et al., Phys. Rev. Lett. 59 (1987) 2840; V.Punjabi et al., Phys. Rev. C 39 (1989) 608.

61. R.V.Reid, Ann. Phys. 50 (1968) 411.

62. R.Machleidt et al. Phys. Reports 149 (1987) 1.

63. V.I.Kukulin et al., Phys. Rev. C 57 (1998) 535.

64. P.Berthet et al., J.Phys.G.: Nucl.Phys. 8 (1982) 111.

65. A.P.Kobushkin, J.Phys.G.: Nucl.Phys. 12 (1986) 487.

66. P.Bosted et al., Phys.Rev.Lett. 49 (1982) 1380.

67. M.A.BpayH, B.B.BenepHHH, № 40 (1984) 1588; Nucl. Phys. B427 (1994) 614; A® 60 (1997) 506.

68. M.A.HmaTeHKo, PH.JlbiicacoB, 5KP 46 (1987) 1080.

69. A.Kondratyuk, F.M.Lev, Yad.Fiz. 26 (1977) 294; L.A.Kondratyuk,

70. F.M.Lev, L.V.Shevchenko, Yad.Fiz. 29 (1979) 1081.

71. H.Arenhovel, Nucl. Phys. A384 (1982) 287.

72. C.Chiofi degli Atti, E.Pace, G.Salme, Phys. Rev. С 36 (1987) 1208; Phys. Rev. С 39 (1989) 259.

73. P.Kitching et al., Phys.Rev. С 6 (1972) 769.

74. M.B.Epstein et al., Phys.Rev. С 32 (1985) 967;

75. Sick,D.Day and J.S.McCarthy, Phys.Rev.Lett. 45 (1980) 871.

76. D.Day et al., Phys.Rev.Lett. 43 (1979) 1143; J.S.McCarthy et al., Phys.Rev. С 13 (1976) 712.

77. H.Morita, Y.Akaishi, H.Tanaka, Prog. Theor. Phys. 79 (1988) 863.

78. J.J. Van Leeuwe et al., In: Proc. of XIY Int. Conf. on Part, and Nucl., Williamsburg, Virginia, USA 22-28 May 1996, Ed.: C.E.Carlson, J.J.Domingo, World Scientific, Singapure 1997, p. 283.

79. J.M.Läget, Nucl. Phys. A579 (1994) 333.

80. G.I.Lykasov, M.G.Dolitze, Z.Phys. A336 (1990) 339. S.J.Brodsky, B.T.Chertok, Phys. Rev. Let. 37 (1976) 269. A.P. Kobushkin, J.Phys. G: Nucl.Part.Phys. 19 (1993) 1993.

81. M. Sitnik, L.Penchev, In: Proc. of the Intern. Workshop "Deuteron-91", Dubna 11-13 June 1991; JINR E2-92-25,Дубна, 1992, p.172.

82. M. Sitnik, Czechoslovak Journ. of Phys. 50 SI (2000) 293

83. A.A.Nomofilov et al., Phys. Lett., B325 (1994) 327.

84. M.Tokarev, In: Proc. of the XI Int. Seminar on High Energy Phys. Problem. Editors: A.M.Baldin and V.V.Burov, Dubna, JINR (1994) 456.

85. V.A.Karmanov, report at PANIC-99, Uppsala (Sweden), June 1999, to be published.

86. B.Kuehn, C.F.Perdrisat, E.A.Strokovsky, Yad.Fiz. 58 (1995) 1898 (transl: Phys. of At. Nucl. 58 (1995) 1795.

87. A. Certov, L. Mathelitsch, M.J.Moravcsik, Phys. Rev. C 36 (1987) 2040.

88. A.P. Kobushkin, Phys. Lett. B421 (1988) 53.

89. M. Tanifuji, S.Ishikawa, Y.Iseri, Phys. Rev. C 57 (1998) 2493.

90. I.M. Sitnik et al.„ JINR Rapid Com. Ai°270]-95 (1995) 19.