Исследование угловых корреляций в распаде поляризованных нейтронов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РГ6 од

4 « ДПР

Российский "научный центр «Курчатовский институт»

На правах рукописи УДК 539.125.5 УДК 539.125-516

МОСТОВОЙ Юрий Афанасьевич

ИССЛЕДОВАНИЕ УГЛОВЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ В РАСПАДЕ ПОЛЯРИЗОВАННЫХ НЕЙТРОНОВ

01.04» 16 — физика ядра и элементарных частиц

Диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук в форме научного доклада

Москва—1993

Работа выполнена в РНЦ "Курчатовский институт".

Официальные оппоненты: Член-корреспондент РАН,

профессор Лбов В,Г.-

Член-корреспондент РАН,

профессор Лобаыев В.Н.

Доктор

физико-математических наук Серебров А .-П.

Ведущая организация -

Лаборатория нейтронной физики ОИЯИ

Защита диссертации состоится тЕС" _1993 г»

в " " часов на заседании специализированного Совета Д 034.04.02 при РНЦ "Курчатовский институт" по адресу: 123182 г.Москва, пл.- Курчатова, I,-

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке РНЦ "Курчатовский институт",-

Отзывы на диссертацию, заверенные печатью, прост направлять по адресу: 12318& г.Москва, пл. Курчатова,I,

Автореферат разослан " ? " сс^^р^и*,_1993 г.

Учёный секретарь специализированного Совета (/'У—""7 Скорохватов Н.Д*

0-

I. ВВЕДЕНИЕ.

Доклад посвящен выполненному в 1962 1990 годах циклу абот, посвященных намерению коэффициентов угловых корреляций в [вправлениях разлёта продуктов распада поляризованного свободного ¡ейтрона, а такке работам по созданию необходимых интенсивных учков поляризованных нейтронов и прецизионному измерению степени IX поляризации. Во введении описана структура доклада и дана об* |ая характеристика выполненных работ.

АКТУАЛЬНОСТЬ РАНОТ. Бета-распад свободного нейтрона-уника* ьный объект исследования проявления слабого взаимодействия в олулептонных процессах. В нём присуствуют все необходимые омпоненты: адронный и лептонный токи, но нет деформирующего это роявление влияния посторонних нуклонов, характерного для бета -1аспада ядер. В итоге матричные элементы строго определеньГ и кспериментальные результаты легко интерпретируются. Поэтому 1взультаты исследований бета-распада свободного нейтрона входят ряд основополагающих в развитии теории слабого взаимодействия, олько в 1980 -1990 годах в мире опубликовано более десяти новых езультатов таких экспериментов.

ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ. В рамках стандартной модели слабого заимодействия исследование угловой корреляции электрон-спин (А) распаде поляризованных нейтронов позволяет получить ту же нформацню об отношении констант слабого взаимодействия а =Са/0у, то и измерение времени жизни (*С ), но без привлечения данных из + —»0+переходов. При этом сравнение результатов двух измерений вляется проверкой предсказаний теории. Совпадение значений значало бы подтверждение правильности стандартной модели и езависимую проверку значения этой фундаментальной величины, начимое же их различие может потребовать изменения теории.

С другой стороны, эти два измерения совместно позволяют олучить абсолютные значения ва и ву только из данных по распаду ейтрона. Привлечение же значений корреляций антинейтрино*элект* он (а) и антинейтрино-спин (В) открывает новые возможности про* ерки теории.

Отдельно стоит поиск трехвекторной корреляции спин нейтрона

* нормаль к плоскости разлёта продуктов рьсг.ада ф). Если А и В корреляции нарушают пространственную чётность, то отличие от нуля коэффициента Ь означало бы нарушение временной чётности. Такое явление наблюдалось пока только в распаде К»меэонов.

МЕТОДИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ. Методически вашим является то, что измерение асимметрий А,В и В может быть проведено относительным образом, по различию счёта при противоположных направлениях спина с помоцыо одной и той же регистрируюцей системы. Абсолютное измерение требуется лишь для определения степени поляризации пучка нейтронов. В докладе обсуждаются проблемы получения интенсивных пучков поляризованных нейтронов, измерения степени их поляризации и проблемы выделения оптимальных условий регистрации асимметрий.

НАУЧНАЯ НОВИЗНА И ОСНОВНЫЕ П0Л01ЕНИЯ, ВЫНЕСЕННЫЕ НА ЗАЩИТУ. В ИАЭ в 1964 г. был создан горизонтальный /I/, а в 1973 вертикальный /2/ поляризованные пучки. Последний был самым интенсивным в мире на то время. На них в период с 1965 по 1978 год были проведены измерение коэффициента В /3/, два измерения коэффициента /4-7/ и два измерения коэффициента А /8-10/. Все они были выполнены с точностью лучше или на уровне лучших на то время мировых измерений. Ецс одно измерение А проведено на пучке реактора ЛИЯФ в 1988-1990 годах в совместном ИАЭ^ЛИЯФ эксперименте /II/. Этот результат, а также измерение В, на сегодня по точности являются лучшими в мире.

На защиту выносятся:

1. Оптимизация конструкции сдвоенного поляризатора и получение интенсивных пучков поляризованных нейтронов, использовавшихся в экспериментах ИАЭ по исследованию угловых корреляций в распаде поляризованных нейтронов.

2. Создание метода и проведение измерений степени поляриэа^ ции пучков, использовавшихся в экспериментах ИАЭ 1965*1976 годов.

3. Результаты исследования Т-нечётной корреляции и особенности методики постановки эксперимента, обеспечившие достижение полученной точности.

4. Результат измерения коэффициента В антинейтрино-спиновой

корреляции и особенности методики постановки эксперимента, обеспечившие достижение полученной точности.

5. Результаты измерения коэффициента А электрон-спиновой корреляции цикла 1970*1975 годов и измерения 1989-1990 годов н особенности методики постановки экспериментов, обеспечившие до» стижение полученной точности.

6. Оценки возможности вкладов скалярного и тензорного вариантов теории.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА. Автор принимал непосредственное участию в подготовке и проведении всех экспернменов ИАЭ по измерению угловых корреляций в распаде поляризованных нейтронов, начиная с создания интенсивных поляризованных пучксв и измерения степени<их поляризации, разработки схем постановки экспериментов и подготовки детекторов и электроники до проведения измерений и обраоотки их результатов.

Разработал оптимизацию схемы сдвоенного поляризатора, "на основе которой были созданы горизонтальный и вертикальный полярно эованные пучки на реакторе ИРТ.

Предложил и осуществил зацицённый авторским свидетельством /12/ метод коррекции магнитного поля спинфлиппера.

Совместно с В.Г.Ерозолимским и В.А.Обиняковым разработал метод измерения степени поляризации лучка нейтронов путём разделения компонентов пучка в сильном неоднородном магнитном поле ("метод Отерна-Герлаха") и проводил измерения поляризации пуч* ков на реакторе ИРТ.

Автором была предложена симметризоаанная схема эксперимента измеренияЬ , которая позволила кардинально подавить методические погрешности эксперимента и применялась затем во всех последующих экспериментах по измерению Т^нечётной корреляции, сконструирована система обеспечившая полное собирание протонов в измерениях А в экспериментах ИАЭ и ИАЭ-ЛИЯФ.

ПРАКТИЧЕСКАЯ ПОЛЕЗНОСТЬ И РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ. Исследование трёхвекторной корреляции позволило иметь количественную оценку отсуствия мнимых членов в выражениях для констант слабого взаимодействия. Измерение антинейтрино-спиновой корреляции

позволило провести оценки возможных вкладов скалярного и тензорного вариантов взаимодействия. В сложившейся в семидесятых годах ситуации противоречия в результатах измерения времени кизни нейтрона, измерения злектрон^спиновой корреляции 1970 и 1978 годов позволил иметь независимое значение величины отношения ва/в« констант слабого взаимодействия.

Повышение в 1986-1990 годах точности измерения электрон-спиновой корреляции с одной стороны и времени жизни с другой привело к появлению разногласия в получаемых из них в рамках стандартной модели зачениях ва/С*. Возможно, что это результат каких-то неучтённых ошибок экспериментов, но может это шаг к уточнению теории. По крайней мере это инициировало активность теоретиков по проверке правильности вводимых в экспериментальные результаты поправок, что уже привело к обнаружению неточности в поправках к данным О'-»0* переходов, и развитию вариантов теории, допускающих вклад правых токов.

ЭКОНОМИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ. Оыцность методики позволила провести цикл измерений разных коэффициентов корреляций на базе одной измерительной камеры и при минимальных затратах на перестройку аппаратуры, как например, в измерениях 0 и В. Совместное же использование результатов измерений разных коэффициентов открывает новые возможности получения значения фундаментального отношения констант слабого взаимодействия Са/йч.

АПРОБАЦИИ. Материалы работы докладывались на на Международ;» ном семинаре по проблемам несохранения СР-чётности (1968), на Всесоюзных совещаниях по использованию реакторов (1968,1978), на Киевских конференциях (1970,1975) на сессиях ОЯФ АН СССР (1970, 1990), в трудах Научного совета по ядерной спектроскопии (1986), на рабочем совещании в ИЛЛ (1988), на конференциях 00ЯФ ИАЭ (1990,1991), на Школих 00ЯФ (1990) и ЛИЯФ (1989-1991), на Международных школах (1972,1990) по нейтронной физике в Алуште, на международных симпозиумах V/1 -"90 и У/ЕШ*92 в Дубне, на семинарах и ЛИЯФ, 011ЯИ, ИЛЛ. Все материалы в разное время были опубликованы в печати (всего более 40 публикаций, 18 из которых использованы и диссертации).

2.ПОЛЯРИЗАЦИЯ НЕЙТРОНОВ.

Возможности исследования угловых корреляций в распаде свободного нейтрона определяются прежде всего величиной имеющегося в распоряжении экспериментатора потока поляризованных нейтронов. В начале 60-ых годов в ИАЭ под руководством 1<). А .Прокофьева была разработана методика изготовления кобальтовых зеркал для полярно нации нейтронов методом отражения. С использованием этих зеркал в ИАЭ на реакторе ИРТ были созданы вначале горизонтальный, а затем вертикальный пучки поляризованных нейтронов.

П0ЛЯРИЗАТ0Р11. Автором совместно с Б.А.Обиняковым била пред» ложена схема сдвоенного поляризатора (рис.1) и разработан метод определения оптимальных геометрических параметров поляризатора, обеспечивающих макеимальнум. для данных условий интенсивность отражённого поляризованного пучка /I/. Расчеты, учитывающие зависимость коэффициента отражения кобальтовым слоем нейтронов от энергии нейтронов и их угла падения на зеркало, показали, что существуют оптимальные размеры и установочные углы зеркала, при которых можно получить максимальный поток поляризованных нейтронов. Для заданного расстояния Ь от выделяющей падающий на зеркала пучок входной диафрагмы поляризатора до места пространственного разделения прямого и отражённого пучков оптимальным является положение зеркала посередине. Результаты расчетов для этого положения представлены на рис.2 в виде зависимости интенсивности ограниченного выходным коллиматором отражённого пучка от величины максимального угла падения нейтронов на зеркало для набора значений геометрического 1араметра К=4Ь/1,о-1 (Ьо- длина зеркала) , представляющего собой этношение максимального и минимального углов падения. Из рис.2 зледует, что оптимальным является значение К=0.3 и для фиксированного I, существует оптимальная длина зеркала Ьо=0.23Ь.

На основании разработанной методики оптимизации был сконструирован, установлен и налажен на горизональном пучке реактора 1РТ сдвоенный поляризатор /I/ тепловых нейтронов. Полученный на

[ём полный поток поляризованных нейтронов 4.7 10 н/сек, отнесен-

10

1ый к потоку на выходе свободного канала 8.2 10, был выше, чем на 1Сех известных нам в то время поляризационных установках. На этом

Рис.1 Сдвоенный поляризатор.

Рис.2

ч

я X <3

н о.

аз со

6М

Зависимость числа нейтронов в ограниченном виходнш коллиматором отраженном пучке от значеияЛ параметров - /С •

'чке были выполнены эксперименты по измерению С /4,5/, В/3/, ¡-10/. Та *е методика была использована в 1972 году при здании на реакторе ИРТ*М нового вертикального канала пучка 1Лнризованных нейтронов. На нём был получен рекордный на то >емя поток 1.5 10 нейтронов в секунду через сечение 15x150 ммг.

Канал был опущен через воду бассейна охлаждения до центра тивной зоны реактора (рис.3). Главной причиной повышения интен-вности было то, что в центре активной зоны была расположена риллиево-водяная ловушка, обеспечивающая всплеск тепловых йтронов в месте, откуда новый канал получал нейтроны. При этом ооода выбора конструкции позволила полностью реализовать тимальную конструкцию поляризатора. На этом канале были продол-ны измерения Б /6,7/.

В таблице приводится сравнение некоторых известных к 1973 ду пучков поляризованных пучков:

Лаборат. Мбт. Ро . Тип поляр. кв.дм Поток. Эфф. Год публ.

ок-Ривер 98% Монокрист. 0.35 3.8 ю' 7.2 Ю*Г 6.9 10'" 1960

ргонн 5 87% Зеркала 14.4 5 ю1 1960

АЭ 7 Ь5% Зеркала 29 4.7 ю7 4.9 10"' 1968

ГЭФ 2.5 90% Зеркала 18 3 ю1 1.2 10"' 1966

ГЭФ 2.5 86% Стопка 130 4 10* - 1965

ргонн 5 Стопка 3 10е — 1970

АЭ 7 75% Зеркала 48 1.5 юа - 1973

====== = = = а = ^ тт - гз===хг: ====== ===■. = = = = = :

Эффективность поляризаторов можно сравнить по отношению пол-го потока поляризованных нейтронов к полному потоку тепловых йтронов из канала, на котором установлен поляризатор. Это ношение приведено в графе "Эфф" для поляризаторов, потоки горых были известны.

ИЗМЕРЕНИЕ СТЕПЕНИ ПОЛЯРИЗАЦИИ ПУЧКА. Относительная точность эеделения степени поляризации пучка прямым образом входит в (ность определения искомых коэффициентов корреляций. Обычно для. измерения используется метод второго отражения от аналогичного !яриэатору зеркала^анализатора. В шестидесятых годах он осуще*

ствлялся с помощью тонкой ненамап.иченной железной iuiucthiikh ыима: по изменении второго отражения после деполяризации пучки пропусканием через шин.

Однако таким пластинка не только деполяризует пучок, но и изменяет его: поглощает часть его, перемешивает нейтроны в пространстве за счёт рассеяния на малые углы на доменах, приводит к пи •«• пни у чисти нейтронов углов, ьольших критического угли отражении от анализатора, и расширяет отраженный от анализаторе пучок.

Эти влиянии учитывались с помощью повторении измерений с шнмамн разней толщ.ни. В частности, предлагалась экстраполяция результатов к бесконечно толстому шиму. В 1962 году мь экспериментально исследовали возмущении, вносимые нимом /13/, Было установлено, что результаты измерений существенно зависят от апертуры детектора, регистрирующего нейтроны после анализатора. Влияние вносимых шимом возмущений минимально, есл| perистрируштсн все ограненные анализатором нейтроны. В это» случае оно обусловлено лишь потерей нейтронов, получивших е результате рассеяния угол Оольший критическое угла отражении 01 анализатора (рис.4),

В настоящее вреин к методе второго отражения вместо диполя, ризацнн шимом используется реверс поляризации с помощью спин-флиппера. Это снимает все проблемы, связанные с маноугловим рассеянием. Но остается неопределенности, присущие непосредственш методу второго отражения. Считается (как показано в /13/, зк справедливо лишь при определённых предположениях), что определяемая в оinи методе величина является произведением поляризацт пучка на поляризующую спосооность анализатора: fi-1'nPa. Обычш извлекают корень из этого произведения, ссылаясь на идентичиост! поляризатора и анализатора.

Идентичность подразумевает идентичность нриооров и идентичность положений. Эти два требования противоречат друг другу поскольку поляризатор и анализатор находится в расходящемся пучк! н анализатор должен ошь длиннее поляризатора, чтобы охватит! весь отраженный поляризатором пучок.

Поскольку поинризатор отражает нейтроны зеркально, для сох< ранения углов падения м-йтронон на зеркало-анализатор теми же

по счету п максимуме отраженного пучка.-

йи.г- по полной

отраженной

интенсивности"«-

Рис.4,-

О* с» IX «ч ь

П>ЛЧ..ИЛ ш»«« А кп

Л

______ л 1

■гаг снсщтис енпик* $ нп.

Рис.5 Разделение пучка в неоднород1(ЗД| магнитном поле. 11=0. 4 1Ь8 ко, с|11/Лх*4хЮ э/см, Ро=0. 11=8 кэ, Л1/<к = 4хЮ<|э/см, Ро^80%.

какими они были на поляризаторе, анализатор должен стоять в зеркально перевёрнутом параллельном поляризатору положении.

Как правило, анализатор ставится последовательно с поляризатором под некоторым углом к нему. При этом нейтроны, падаваие на поляризатор под малыми углами, попадают на анализатор под большими и наоборот. Это приводит к выбыванию части нейтронов при отражении анализатором и приводит к ошибке в измерении поляризации пучка, если она зависит от углов и энергий нейтронов. Лаже для идентичного поляризатору анализатора, его поляризующая способность в отобранном поляризатором п.учке, может лежать в пределах от Ра=Рп до Ра=1, в зависимости от условий измерений. Значит, измеренная вторым отражением поляризация пучка будет иметь неопределённость от-Л? до И .

Эта неопределённость метода второго отражения заставила нас искать альтернативный метод измерения поляризации. В 1963 году мы опробовали и затем применили для измерения степени поляризации пучков метод разделения спиновь,х компонентов пучка в сильном неоднородном магнитном поле (эффект Штерна-Герлаха) /14/. На рис.5 приведен результат эксперимента, показавшего возможность осуцествления этого метода.

На основе этого эксперимента был создан прибор, с помоцью которого поляризация пучкоь неоднократно измерялась с точностями (3 0.5)%.

Эти измерения сободны от недостатков метода второго отражен ния. Методические ошибки в них связаны с недостаточный разведением компонентов для самых быстрых нейтронов в пучке и с малой апертурой прибора, приводящей к необходимости сканировать пучок по точкам и углам и затем усреднять результаты многих измерений.

Подробное описание прибора и процедур измерения и усреднений приведено в работе /15/.

ВЕДУЩИЕ МАГНИТНЫЕ ПОЛЯ. Для проведения вектора поляризации пучь.* от поляризатора до области, в которой регистрировались события распада, использовалось ведущее магнитное поле, которое формировалось системой электромагнитов и соленоидов. Сама камера охватывалась тремя парами рамок с током, с помоцью которых

компенсировалось поле Земли и создавалось магнитное поле силой от 0.5 до 2 эрстед в отдельных экспериментах. Реверс спина осущест* влялся неадиабатическим спинфлиппером.

В измерениях коэффициентов Р*нечётных корреляций А и В требовании к качеству ведущего поля минимальные. Измеряемые асимметрии зависят от среднего косинуса углов между направлением вектора поляризации и направлениями вылета регистрируемых продуктов распада и при высоких значениях косинуса малые отклонения вектора поляризации от оси регистрации проявляются слабо.

В экспериментах же по поиску нарушения Т^ннвариантности при отклонении вектора поляризации от оси пучка возникают ложные эф* фекты пропорциональные синусу угла отклонения. Поэтому потребовалось особое внимание к системе ведущих полей.

В измерениях 1968^1970 годов ведущее поле в камере было вы-» ставлено с точностью t3* в чувствительном к А направлении и £0.5" в чувствительном к В. В измерениях ^Тб-'ГЭ?? годов с помощью дополнительных катушек поле сило выровнено с точностью 10 . В этом эксперименте были обнаружены эффекты, обусловленные донесённым спин-эхом отрывом вектора поляризации от направления поли, возникшим в м< tax поворотов направления ноля в спинфлиппере.

3.СВЯЗЬ КОЭФФИЦИЕНТОВ С ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ АСИММЕТРИЕЙ.

Дифференциальная вероятность бета-распада в общем случае зависит от направлении вылета частиц следующим образом:

= f (P. p;) { i + л Г, c.t (ft p,-) ♦ p. [ л * ft) * 6 c»ii'j p.-)* (i{

♦D % f LfWilj JEJV.'IQ;-

где F (Ре.Р^ ) - функция формы спектра, i , Ре, P; - орты соответствующих направлений, а, А, В и D - коэффициенты угловых корреляций импульс электрона - импуг.ьс антинейтрино, импульс электрона - спин, импульс антинейтрино - спин и трехиекторной корреляции спин - импульс электрона - импульс антинейтрино.

Дли эксперименталыюго измерения коэффициентов надо знать направления разлета электрона и антинейтрино относительно пина нейтрона. Направление спина определяется направлением вектора поляризации пучка, направление вылита электрона - расположением цетектора эиекгронон относительно пучка, а направление вылета

антинейтрино может Сыть восстановлено иа величин импульсов ояоктрона и протона.

Событии распада выделялись из полного счёта детекторов но совпадении) импульсов электронного и протонного детекторов. Протонные имнумьсы запаздывает относительно электронных на время пролёта протоном расстоянии от точки распада до детектора, а в районе нулевых задержек наблюдается пик коррелированного фона /рис.6/. Положение окна совпадений выбиралось так, чтобы не захватывать его.

Измерения с разным спином отличались лишь адресом, но которому фиксировались события распада.

ion случайных совпадений измерялся по количеству совпадений импульсов электронного детектора с дополнительно задержанными импульсами протонного. Таким «сразим, полный счёт совпадений и фон регистрнронались одним и тем же трактом. Сосчитанное число распадов определялось как их разность.

Оощий методический подход к измерению коэффициентов состоял в том, чтобы выбрать такие условия регистрации числа событий распада, когда физическое усреднение, к которому эти условия приведут, сделает среднее значение величины, стоящей при искомом коэффициенте оптимальным, а величины, стоящих при остальных зану-лятся.

Тогда, например, если выбор условии приведет к усреднению по всем направлениям вылета антинейтрино, то все связанные с ним корреляции усреднятся и различие в числе событий распада, зарегистрированных при двух нииравленинх спина будет определяться только А : J\l I ( I tPuK'A) и N2-( I - РоКА) . Экспериментальная асимметрия X-<Ul-N2)/iNI tK2)-I'oKA.

Таким ооразом, дли измерении величины коэффициента корреляции требуется с адекьатнои точностью иэмирпь поляризацию пучка, экспериментальную асиммитрию, а таьже определить параметры, определяющие расчет аппаратурного м>:<ффицнинта К.

1.!'КГ1Н:Т1'А1|И)1 Ш'ОДУККМ! РАП1ЛЦЛ III (llt'OIIA.

лм т It IIH'IJ iDlKh'ITI I'llll. J|ini регистрации m\. i-1...nwi. p.n iia.ua tii-iii. iii.-iuiia >JHi ь ецпи t и н 1П1Ц|К1НШ.11'. mi-I i-H i tipti > и ii.it.'i n.ii r.uiti.mn I' Ц|| 11 1 И Л Ii H Г О) 'tUtll на ... Ill.ln: I.IIIIII III. Ill flu .Ы Tu ИЦМН.Ш .1 ГШ II ДИ.1М1М |.UM

1/, хоо

!1ЬО-

о -

¡Ь

з»

Рис,7. Амплитудные спектры, подученные при калибровке источников: тдо тая

РНС'6' между^импулъсами ЗГтЯ^ Ь^™_А. Ех328„. зД -линия_к и. Е^ЗЭбкэв

электронов и протонов в эксперименте А 1975 г.

2.

Е=357кэв 4.

С5 Е-615кэв

75 (или 150)мм на световодах из оргстекла высотой 40 (или Ю0)мм, выбранных таким образом, чтобы выровнять неоднородность чувствительности фотокатода ФЭУ. Спектральные характеристики детекторов исследовались с помоцью магнитного спектрометра с источником электронов Аи-197 и калибровались с опорой на энергию конверсионных электронов. На рис,7 показаны спектры конверсионных линий источника Аа и калибровочных источников С} -137 и ¿п-ПЗ, использовавшихся в работе /II/. На рис.8 - график связи амплитуда импульса-энергия электрона в этой работе.

Функция отклика детектора хорошо описывается гауссовым распределением с шириной на полувысоте б(Е)= б(Ьо)\ Е/Ео и с равномерно распределенным до нулевой амплитуды "хвостом", содержащим около 6% событий и обусловленным обратным рассеянием электронов в сцинтилляторе.

Описанная процедура позволила в работе /II/ определить среднее значение Ус с точностью 0.2%.

Средний косинус угла вылета электрона, зарегистрированного детектором, рассчитывался на ЭВМ усреднением по телесному углу, в пределах которого электроны распада из области пучка по геометрии установки могли попасть в детектор.

Точность геометрического расчёта среднего косинуса на уровне 0.2% может легко быть получена, если его величина близка к единице. Большая неопределённость в нём возникает из-за процессов рассеяния электронов в камере, поскольку рассеянный электрон может привносить с собой корреляцию обратного знака. Её величина зависит от конкретного устройства детектора электронов. Экспериментальное исследование вклада этого процесса было проведено в экспериментах 1975 года (3?) и 1990 года «0.2%).

ДЕТЕКТОРЫ ПРОГОНОВ. Протоны распада регистрировались также сцинтилляционным способом, для чего они ускорялись до 25 кв. Детекторы с толщиной чувствительного слоя масштаба пробега этих протонов энергии, изготовлялись напылением сцитиллятора С;1(ТС ) на световоды диаметром 70 и 100 мм из оргстекла. В детекторах использовались ФЭУ-П0 (или ФЭУ-94), отобранные по максимальной чувствительности фотокатода. Блок, дискриминировавший по длительности фронта импульсы от вспышек в СIГ от вспышек в стекле

Eícev

Рис.8

s. &

s s

и

-s

g.

* a

a н

a. a

& г

О ю

О H X ü

о X я «4 а

в Ф К «в V

R 3 &

о. s X

« за m

s m а

И >ч

И X

гл ß

&

<5

р.

¿ а

О. M в к

S о

H N П tf Л О

1в

ФЭУ, подавлял в 30-100 раз уровень гамма фона и позволял с помощью такого детектора без пассивной защиты регистрировать протоны распада в условиях высокого радиационного фона /15/.

ТЕЛЕСНЫЙ УГОЛ ВЫЛЕТА НЕЙТРИНО. Регистрация совпадений импульсов энектроион и г.ротонов позволяет эффективно выделить событи. распада при высоком радиационном фоне.

С другой стороны, измерение времени задержки импульса протона относительно импульса электрона мохет служить определению направления вылета антинейтрино. Принцип выделения легко понять о помощью импульсной диаграммы, помещенной на рис.9. Составляющая импульса протона, перпечдякулнрная импульсу электрона, определяется только импульсом антинейтрино. Поэтому, если поставить эксперимент так, чтобы эта проекция импульса протона Ррх была больше Р мин-Р„Со5 0, то окажутся выделенными события распада с вылетом антинейтрино в пределах конуса с углом образующей равным 0. Для разных энергий антинейтрино эти конусы будут соосными, а при элек!ронном'выборе Рмин(Еу) можно получить одинаковый угол 0.

В прежних экспериментах выделение направления вылета антинейтрино осуществлялось "механическим" образом, с помощью коллиматоров протонов ("дюз"). При этом возникает сложная энергетическая зависимость выделяемых направлений вылета антинейтрино, которая не можот быть одновременно оптимизирована для разных энергий.

Постановка с "электронным' выделением была впервые реализована в экспериментах ИАЭ по поиску трёхвекторной корреляции и по измерению коэффициента В антинейтрино-спиновой корреляции.

5.ПОИСК ТРЕХВЕКТОРНОЙ КОРРЕЛЯЦИИ.

Особый интерес к этой корреляции вызвало открытие нарушения СР-четности в распаде К-меэоиов. Дна имевшихся результата ее измерения 0 *-0.14 ± 0.20 и Р=*0.04г 0.05 имели невысокую точность.

Выполненное в ИАЭ в 19Ъ8 году новое измерение /3,4/ дано 0.0110.01. Повышенно точности было достигнуто за счёт использования симметричной сдвоенной установки и применения оригинального способа определения направления вылета антинейтрино.

ПиСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА. Для поиска трёхвекторной корреляции надо регистрировать события, у которых направление спина и средние направления вылета электронов и антинейтрино были бы взаимно ортогональными. Если корреляция существует, количество распадов при реверсе спина будет разным.

Асимметрия Х=( N1—N2)/{N1+N2), степень поляризации Ро и аппаратурный коэффициент К определяют величину искомого коэффициента :П=Х/(РоК).

Как следует из формулы (, взаимная ортогональность средних направлений не только обеспечивает максимальную чувствительность .эксперимента к Т-нечётной асимметрии, но и зануляет вклад Р-нечётных асимметрий в искомую асимметрию. Неточность же ее выполнения приводит к появлению асимметрии, обусловленной неполным их занулением. Величина этой асимметрии пропорциональна синусу угла, отклонения от ортогональности.

Для подавления этой ложной асимметрии была впервые испо ьао-вана симметричная сдвоенная установка.

СХЕМА УСТАНОВКИ. Схема установки показана на рис.10. Пучок был поляризован вдоль своего направления, перпендикулярно плоскости рисунка. Две системы регистрации протонов и два детектора электронов были расположены напротив друг друга таким образом, чтобы эффективные оси регистрации электронов и протонов были перпендикулярны. Это обеспечивало условие взаимной ортогональности средних направлений тройки векторов Ре, Рр и 5, а -значит и тройки Ре.Р^ и , поскольку Р^=Ре-Рр и [РёхР;} {¡РехРр] .

События распада регистрировались из области пучка, ограниченной внутренним сетчатым цилиндром. Его ось была перпендикулярна плоскости пучка нейтронов и совпадала с осью полусфер, между которыми ускорялись и фокусировались протоны. Протоны пролетали бесполевой участок в цилиндре (либо сразу, либо отразившись в электростатическом зеркале между внутренним и наружным сетчатыми цилиндрами) и затем ускорялись и фокусировались полем 25 кв меж.цу внешней и внутренней полусферами на один из двух детекторов протонов.

Отбор по времени пролёта протонов в цилиндре позволип

ыделить события распада с вылетом антинейтрино в определённый елесный угол, как было показано на рис.9. Важным для выполнения словия средней ортогональности результатом применения электролитического зеркала является то, что ось этого телесного угла етаётся параллельной оси установки во всех точках пучка.

СИММЕТРИЯ УСТАНОВКИ. Электроны регистрировались двумя бета-атекторами, расположенными напротив друг друга. Попарные эвпадения импульсов детекторов электронов и протонов згистрировались четырьмя схемами совпадений. При этом каждый зтоктор одновременно участвовал в счёте событий распада в двух )уппах, входящих в искомую асимметрию с разным знаком. Поэтому абов изменение его счёта при реверсе спина (например, из-за сияния магнитного поля спинфлиппера, или за счёт сильной Р-9Ч1!тной корреляции) было скомпенсировано и не приводило к >явлению ложной асимметрии с точностью до одинаковости ¡>фектиьности детекторов, работающих на совпадение с ним.

Регистрация четырех парных совпадений позволила на основании :имметрий, реализовавшихся в других комбинациях парных (впадений, и эагруэик детекторов, оценить масштаб оставшейся иной асимметрии. Такая оценка дала величину 2.5 Ю"4 /4/.

ПРОДОЛЖЕНИЕ ПОИСКА. Рекордная интенсивность пучка, ¡лученная на вертикальном канале, позволила продолжить следование Т-нечётной корреляции на новом уроЕне точности. |ла модифицкрсвана электроника, для регистрации временных ектров применён анализатор АИ—100, сама установка была ределана для постановки на пучок вертикального канала.

Переход к новому уровню точности показал, что симметрия ус-новки исключает появление ложной асимметрии лишь в первом приб-жении. Выло установлено, что к появлению такой асимметрии может иводить неоднородость эффективности регистрации в пределах ощади детектора протонов, поскольку эффекти ные области гистрацни протонов, совпадающих с одним и другим детектором иктронов и для противоположных направлений вылета.антинейтрино, ецены. Методический эксперимент показал, что полная потеря ета протонов в двух квадрантах протош.ого детектора приводит к

ложному значению!) «0.2. Значит, итоговая точность 10 * требует гарантировать однородность потерь протонов на уровне 0.5%.

Для устранения влияния таких неодно одностей в эксперименте 1973-1974 годов диаметры детекторов протонов, были увеличены до 100 мм, а сами детекторы в течение измерений периодически поворачивались вокруг их оси. Результаты этого эксперимента показали отсуствие искомой асимметрии: 5 «-0.0027±0.0033 /6/.

Однако, повороты детекторов устраняли лишь одну причину возможности появления ложной асимметрии. Она могла возникать не только из-за потерь протонов непосредственно при регистрации детектором, но и при неизотропных потерях при отражении в электростатическом зеркале или на неоднородностях сеток. Вообще, симметрия установки эффективно подавляет ложную асимметрию, если ее причина однородно проявляется по всей области пучка, из которой регистрируются события распада. Если же её проявление различно для разных участков пучка, то различие телесных углов, под которыми виден один и другой детектор электронов из каждого участка пучка, не позволяет скомпенсировать её полностью.

Для усреднения азимутальных неоднородностей в фокусирующей и регистрирующей протоны системе при продолжении измерений в 1975-1У77 годах была изменена конструкция центральной части установки с сетчатым цилиндром так, чтобы обеспечить возможность периодического поворота оё на 90 градусов одновременно с поворотами детекторов протонов.

Особое внимание было уделено поиску других источников ложной асимметрии. Пыл установлен второй источник некомпенсируемой симметрией установки ложной асимметрии. Это "винтовые" перекосы направления вектора поляризации в пределах пучка. Ь работе /7/ было установлено, что причиной их возникновения являются повороты направления ведущего поля в районе спинфлиппера, приводящие к появлению перекосов в направлении вектора поляризации на краях пучка, донесенных в распадную область спин-эхом. Измерения с закрытой центральной частью пучка подтвердили ожидаемое резкое возрастание ложной асимметрии и изменение её знака при смене направления ведущего поля (см.таблицу).

Напр. поля асимметрия в центре пучка асимметрия в целом пучке асимметрия в краях пучка

+ -0.0021 ¿0.0004 -0.0004^0.0066 -0.0031 -"±0.0051 +0.0144 *0.0055 -0.0103 ±0.0080 +0.0196 ±0.0203

среднее -0.0012*0.0046 + 0.0057 ±0.0037

ложная ас. 0.00084).0046 0.0088!: 0.0037 0.0179 0.0109

Ожидаемое по расчету I отношение вкладов : 4,3 ложной асимметрии. : 7,6

Значение коэффициента Л , полученное только из данных ..измерений в центральной части пучка и в целом пучке при двух направлениях ведущего поля составило: Т> « +0.0022- 0.0030.

Статистическая точность результата была достигнута благодаря использованию интенсивности вертикального канала.

Возможная ложная асимметрия в этом результате подавлена

1) симметрией установки,

2) усреднением азимутальных неоднородностей потерь протонов путём периодических поворотов системы регистрации протонов,

3) усреднением аффектов, обусловленных перекосами направления' поляризации, путём периодического переключения направления ведущего поля.

6.ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА АНТИНЕЙТРИНО-СПИНОВОЙ КОРРЕЛЯЦИИ.

Измерение В было проведено в 1969 году на горизонтальном пучке на той же установке, на которой проводилось исследование трехвектсрной ксреляции /5/. Ьыло лишь изменено направление поляризации пучка. Оно было повёрнуто к направлению оси регистрации протонов.

Измерялась асимметрия X счёта задержанных совпадений между актами регистрации электронов и протонов отдачи гри реверсе направления вектора поляризации пучка для разных времён пролёта протонами др йфового участка в сетчатом цилиндре. При соблюдении

SINOCO

s

CL.

ортогональности между средними направлениями регистрации электронов и протонов асимметрия X определяется только коэффициентом В антинейтрино-спиновой корреляции, аппаратурным коэффициентом К и степенью поляризации пучка Ро: Х= РоКВ. Чувствительность к искомой асимметрии иллюстрирует показанное на рис.II различие в три раза амплитуды спектров для двух направлений спина. Для сравнения, результат Аргоннской лаборатории получен из 10%-ного смещения временных спектров, показанных на рис.12.

Измеренная "методом Штерна-Герлаха" поляризация составила (74± 1)%.

Аппаратурный коэффициент был рассчитан методом Монте-Карло на ЭВМ М-20. В таблице показаны погрешности величин, учитываемых при расчёте коэффициента К, и их вклад в ошибку В.

Причина погрешности Исходная погрешность 'ЛВ'/,

Положение пучка нейтронов ах = ±2 мм 0.1

йу - ±2 мм 0.1

Перекос магнитного поля дб * -3° 0.06

Пеиэохронность траекторий при фокусировке и 1 - -25 нсек 0.2

Погрешность временной калибровки д 1 = ±40 нсек 0.2

Неопределённость длины дрейфового промежутка й1 = ±1 мм 0.25

Неточность границ энергии Ен •= ±10 кэв 0.17

Ев » ±40 кэв 0.6

Провисание электрического поля внутрь сетчатого цилиндра 1.0

Ошибка в проницаемости сеток 1.0

Ошибка расчёта К методом Монте-Карло К = ^:0.007 1.1

Общая среднеквадратичная методическая ошибка:£1.92

Симметрия установки способствовала исключению влияния плавания интенсивности пучка и методических погрешностей погрешностей, связанных с различного рода перекосами в и мерительной установке.

На рис.13 показаны асимметрия X и её статистическая точность, вычисленные значения аппаратурного коэффициента К и результаты получаещегося В в зависимости от времени задержки протонов отдачи. Для широкого интервала времён значения В оказались одинаковыми в пределах ошибок измерения. Это даёт основание

К*С01в

из

05

X Р

аг ач

—г-

С.6

аз

—I—

ю

I

т

В

09 08

пк сек.

Рис.13. Зависимость знамени аппаратурного коэффициента от

вреивня задержки проюно« отдачи к результат иэиерв-ния корреляционной константы В •

1.Кривее К (<.), полученная иаоинныи расчетои.

2. £ - измеренные значен»« отнсаеная X /р| указана статистическая погрешность, обусловленная иэиере-ниеи асвииотрни х •

3. £ - результаты «зиереншя корреляционно* константы В; указана иолния погрешность измерения.

считать, что погрешности метода выпелення направления вылета антинейтрино достаточно малы.

Наиболее точный результат измерения В соответствует времени задержки 0,92 мксек и составляет В^О.-ЭЭб^ 0.034,- Полученное значение остаётся самым точным измерением в мире на сегодня. Достигнутая точность была обеспечена

1) эффективным способом выделения направления вылета антинейтрино,

2) использованием симметричной сдвоенной установки и

3) измерением степени поляризации пучка методом "Йтерна-Герлаха",

5.ИЗМЕРЕНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА А ЭЛЕКТРОН-СПИНОВОЙ КОРРЕЛЯЦИИ* ИЗМЕРЕНИЯ 1970-1975 гг.- Для измерения А достаточно регистрировать только электроны распада, меняя направление вектора поляризации пучка. Однако в реальных фоновых условиях для их выделения причлось прибегать к совпадению с протонами распада. При этом было необходимо обеспечить регистрацию всех протонов. Иначе возникла бы опасность появления методической ошибки, обусловленной проявлением сильной антинейтрино-спиновой корреляции,'

Чтобы избежать этой погрешности, с помощью ограничивающей телесный угол регистрации электронов диафрагмы, выделяется такая рабочая область пучка, из которой с помощью высасывающего электрического поля обеспечена регистрация всех протонов, соответствующих зарегистрированным электронам. Схема конструкции, реализупщей ату идею, показана на рис.'14.'

Сама конструкция была исследована с помощью миниатюрного источника протонов. Для 23 точек одного квадранта рабочей области пучка были определены интервалы углов и энергий, при которых протоны попадали на детектор. Эти интервалы были сопоставлены с рассчитанными на ЭВМ возможными интервалами. Для всех точек экспериментальные интервалы с оольшим запасом перекрывали расчётные.

Эта конструкции использовалась в йксперимеитах 1970 и 1974-75 годов на горизонтальном поляризованном пучке реакторе ИРТ-М ИАЭ /8,9/ и в эксперименте ИАЭ-ЛННФ /II/, Во всех этих измерениях проводились экспериментальные проверки фокусировки непосредственно на пучке. Они подтвердили, что траектории протонов лежат

Рис.14 Конструктивная схема 'Л-1970-1975

1-дптектор электронов,

2-ллоскня сетка,

3-ннкуумная камер«,

4-||уЧ1<|< ||ОН'| ронон,

5-сферическмй электрод, О—пфорнчпскпп сотка, 7-дотиктор протопоп, К-кориус фокуеируицоИ систоми, '.(-конусный электрод,

10-выделиюцая диафрагма.

« >1

Рис.15 Конструктивная схема Л-1990

1-детекгор протонов, 2-детекюр электронов, 3-свинцовая защита, 4-коллнматор,

6-г.форнчоскнй ускоряющий электрод, С-ьитнгннающий электрод,

7-еферичпскан гегка, 8-оЬласть распада, О-выооновоиьтпыП ииод, 10-диафрагмы 411- , П-нп«ннЙ коридор, 12-иерхний коридор.

достаточно далеко от диафрагм, которые могли бы их ограничить.-

Подробное описание московских экспериментов приведено в /10/, где приведен суммарный итоговый результат: А=-0.114± 0,005, Главные методические особенности эксперимента - выделение рабочей области пучка с помощью диафрагмирования электронов и прецизионное исследование полноты собирания протонов из этой области, обеспечивающей отсутствие вклада антинейтрино-спинсвой корреляции,

ИЗМЕРЕНИЯ 1988-1990 гг.- Новое измерение асимметрии вылета электронов по отношению к спину распадающегося ядра было выполнено в совместном ИАЭ-ЛИЯФ эксперименте на вертикальном поляризованном пучке реактора ВВР-М в Гатчине. Его интенсивность почти на три порядка превышала интенсивность горизонтального пучка, на котором проводились измерения ь Москве,-

Экспернмент опирался на отработанную в ИАЭ методику, но был пересмотрен ряд технических решений, чтобы методические возможности эксперимента привести в соответствие с достижимой при новой интенсивности пучка статистической точностью измерения.

В итоговый результат работы 1975 г.- пришлось ввести три поправки, достигавших величины (2-4)% : на эффект от счёта рассеянных в камере электронов, на вклад "хвоста" коррелированного фона мгновенныых совпадений в счёт задержанных совпадений и на прямое воздействие магнитного поля спинфлиппера на коэффициент усиления фотоумножит еля.

Используемый в ЛИЯФ спинфлипнер адиабатического типа не имеет тех меняющих направление поля магнитных систем, которые влияли на ФЭУ в прежнем эксперименте. Прямая экспериментальная проверка подтвердила отсуствие такого воздействия.- Тем не менее, как и в прежнем эксперименте, приодически изменялось направление ведущего магнитного поля, что изменяло относительный знак искомого и ложного эффектов.- Переключения производились через 4-6 часов и сопровождались повторением калибровки энергетической шкалы с помощью источников конверсионных электронов 113 и С*137 . В итоге величины асимметрий, полученные в измерениях с разным полем, совпали в пределах их статистических погрешностей.-

Кореиной переделке подвергся узел геометрического выделения

регистрируемых электронов распада (см. рис.15):

1) уменьшен диаметр (<)90 мм вместо «150) диафрагмы, выделяющей область пучка, из которой регистрируются события распада,

2) уменьшен детектор (в75 мм вместо в150) электронов, а сам он отдалён от пучка, так что средний косинус вылета электронов относительно направления поляризации пучка возрос с 0.86 до 0.98,

3) установлен дополнительный коллиматор, ограничивший апертуру детектора так, чтобы она была согласована с размером области пучка, выделенной диафрагмой. Внутренняя поверхность коллиматора имела специальные полости, в которых залавливались рассеянные на ней электроны.

Эти меры привели к уменьшению регистрации рассеянных в камере электронов до (0.2*0.2)% и к кардинальному подавлению пика коррелированного фона (рис.'б и рис.16).

При этом они способствовали улучшению условий собирания протонов благодаря уменьшению размера области распада, из которой требуется собрать протоны, и уменьшению максимальной перпендикулярной собирающему полю составляющей импульса протонов из-за сужения раствора углов регистрируемых электронов (диаметр пятна сфокусированных на детектор протонов стал 45 мм вместо 60 мм).

Кроме того, приближение к единице среднего косинуса вылета электронов относительно направления поляризации пучка облегчало его расчёт и повышало величину измеряемой асимметрии.

Была кардинально обновлена вся система электроники, регистрирующей события распада. Счёт совпадений дублировался записью двумерных спектров энергии электронов - времени задержки протонов в памяти ЭВМ. Это позволяло контролировать точность положения временного окна совпадений и стабильность порога дискриминации энергии (см. рис.16 и рис.17).

Особо сложной оказалась проблема измерения степени поляриза-ци пучка нейтронов. Сильная зависимость поляризации от угла отражения в поляризаторе затрудняла прямое измерение методом "Штерна-Герлаха" из-за сложности усреднения частных измерений.- Выл разработан специальный метод калибровки анализирующей способности широкоапертурного нейтроновода-анализатора с помощью прибора с магнитол"Итерна-Герлаха" в одной точке пучка. С этим анализатором была затем измерена степень поляризации всего пучка.

по ,

500 ,

/ »4

,-

и

Рис.16

л

н

п

« »

'I

..........•••

4»

N 0Ь«пл*1

Спектр времен пролета протонов. I - пик мгновенных совпадений.

860 '

ььо

А-1»,

I ун

ч

«А

......г»»».

(I |'.|1

,17

4 II 46 65

Спектр энергий электронен.

Пило проведено два предварительных и одно основное измерения оксперименталыюй асимметрии X. В основной части измерений было получено: Ч/( У/с) =-0.08600 +0.00001

Со5(Ре*) = 0.9705 ^ 0.0040 Ро - 0.7867 +0.0070

Вместе с двумя предварительными измерениями полученное значение коэффициента А=-0.1131 ± 0.0014. Вклады в 1101 решность А:

Перечень погрешностей

Вклад в погрешность А

1. Статистическая погрешность в X

2. Поляризация

в том числе:

а) калибровка анализатора

б) измерении по 43 точкам

в) спектральная поправка

г) возможный дрейф

3. Усредненная неличина V/с

в том числе: а) калибровка в) расчёт

4. Усредненная величина CoifPeJ)

в том числе:

а) геометрия

б) обратное рассеянно

±0.05% t 1%

i0.25%

i 0.4%

i 0.5% iü.5% + 0.5% ±0.4%

+ 0.-2% ±0.-I%

¿0.1% ¿0.4%

Общая ошибка

1.3%

В отом измерении достигнута точность, когда требуется введение поправок на эффекты "слабого магнв!нзма", кулоновского взаимодействия и конечном состоянии, отдачи нуклона и интерференции Oadve гамильтониане. Для интервала энергий регистрировавшихся в эксперименте электронен 245f /М2 кзы эта поправка составила 0.0015. С её учетом Ао—0.1110 t 0.0014.-

Точность результата была достигнута нучем

1) использовании рекордного по ннтененьно« тн иуч|>а,

2) повышения надежности ионного собирания протонов.

3) подавления регистрации рассеянных электронов распада.

6.СВОДКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ РАСПАДА СВОБОДНОГО НЕЙТРОНА /17/. В таблицах приведены опубликованные результаты измерений угловых корреляций. Для полноты картины добавлена сводка последних публикаций (1987-1990 гг.) результатов измерения времени жизни.

Коэф. Корреляция.

Лаборатория

Результат.

ва/б».

Год публ.

5 [ГохР?1

(<> Р^)

а (РеР^ )

(¿Ре)

Аргонн + 0. .04 ¿0. 05

Чок-Ривер -0. .14 ±0. 20

ИАЭ -0, .01 01

ИЛЛ -0. ,0011 ¿0. 0017

ИАЭ +0, .0022 ¿0. 0030

Аргонн 0, ,88 ±0. 15

Чок-Ривер 0. .96 ±0. 40

Аргонн I. .01 ±0. 04

ИАЭ 0. ,995 -0. 034

ИТЭФ -0. ,091 10 .039

Зайсбергдорф -0. ,1017 ±0 .0051 -I, .259

Аргонн -0. ,114 ¿0 .019

Чок-Ривер -0. ,09 ±0 .05

Аргонн -0. ,115 ¿0 .009

ИАЭ -0. ,118 ±0 .010

Аргонн -0. ,113 *0 .006 -I, .254

ИАЭ -0. ,114 .005 -I, .257

ИЛЛ -0. ,1160 ±0 .0019 -I. .262

ИАЭ-ЛИЯФ -0. ,1131 ±0 .0014 -I, .2544

1960 1960 1970 1976 1978

1960 1960 1970 1970

(17)

1967 1978

Средневзвешенное значение из измерений А: -1.2571

1960 1960 1970 1970 (16) 1975 (13) 1979 (5) 1986 (37) 1990 (29)

Приведенные в таблицах результаты экспериментов в пределах точностей не противоречат друг другу. Поэтому допустимо вычислить

их средневзвешенное среднее:

а=-0.1015±0.0050, Ао=-0. 1126 ±0.0011 и В=0.998 ± 0.026. Результаты измерений времени жизни, опубликованные в 1987^90 гг.

Лаборатория

Результат.

6а/6*.

Способ иэм.

Год публ.

ИАЭ 891 £9 (сек) -Г .265 (8) пуч 1978-88

НИИАР 900 ±11 -I .258 (9) УХН 987

ИЛЛ-Гейдальберг 876 ¿21 -I .278 (17) пуч 1987

ИЛЛ 878 ±31 -I .276 (28) пуч 1989

ИЛЛ-вонн 876.7 ±10 -I .277 (9) УХН 1989

ИЛЛ-Кингстон 887.6 ±3.0 -I .268 (3) УХН 1989

ИЛЛ-Сассекс 893.5 ±5.9 -I .263 (5) пуч 1989

ЛИЯФ 898.4 ¿2.9 -I .2677 (25) УХН 1990

ИЛЛ-ИАЭ 883.2 ±2.9 -I .2720 (25) УХН 1990

Средневзвешенное значение : -1.2687 (14)

Следует отметить, что равнозначных по весу значений лишь три и они могут иметь коррелированные поправки, так как получены по схожей методике (УХН). Поэтому к среднему и его ошибке следует относиться с осторожностью и расценивать их как ориентировочные.

7.АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ.

В РАМКАХ СТАНДАРТНОЙ МОДЕЛИ. Исследования Р-нечётных корре-ляциий в распаде свободного нейтрона начались сразу после открытия нарушения пространственной чётности. Уже первые эксперименты показали, что в природе реализуются аксиально-векторный и векторный варианты эаимодействия. Дальнейшее повышение точности экспериментов было направлено на уточнение значения фундаментальной величины отношения констант Са и С^ слабого взаимодействия.

В рамках чистого V —А взаимодействия значение может быть получено из значения времени жизни с привлечением данных по 0*-»0^ переходам:

({Т„)/(По>*&) = 2/(I +3А1), с! Л/Л = 0.7с1Т/Т или непосредственно из каждого из корреляционных коэффициентов:

а» (I-Al)/U + 3Al), d А/Л - 0.29 da/a,

А » -ги'+М/а+ЗХ1), dA/\ = 0.23 dA/A, {2} В» -2{Л1-Х)/(1+ЗА1), d Л/Л » 8.7 с! В/в.

пли из их комбинаций: ___

А = (а-1)/(А+Н), с{ Л/Л—(da/( а-1)) + ЫА/( А<В)) + (jB/( А^В) )г? (з) Х= (А-И)/(А*В), 4Л/Л» 2АВ/(А* -Вг)У( (JA/A)1 + (J В/В)2 )'=»

> 0.22vi ЫА/А)1 + <JB/B)l7. /17/.

Наиболее чувствительным к значению является измерениие А. Использование комбинаций коэффициентов позволяет определять Л без решения квадатных уравнений, последняя из них не требует измерении степени поляризации, если А и В измерялись на одном пучке£ч], В начало семидесятых годов имелось два противоречащих друг друу измерения времени жизни, приводивших к

А=-1.180 0.025 или X =-1.245 ±0.012. Совместная обработка результатов корреляционных экспериментов, опираясь ь первую очередь на результаты ИАЭ и Аргоннской лаборатории, определила в то ьремя значение

А =-1.263±0. 016, хорошо согласующееся с сегодняшним.

Аналогичная ситуация сложилась в конце семидесятых начале восьмидесятых годов: два измерения времени жизни дали:

А —1.270 ± 0.007 и \ --1.230 ± 0.013. Два значения А: А =-1.-254 — 0.-0I6 и Х=-1 ¿257 — 0.013 хорошо согласуются. Их среднее: А =-1.256 to.010.

Дна измерения А конца восьмидесятых дают

А =-1 .'20241 0*0050 н А =-1,2544 't0i.0037 11 нх среднее А = -1.2572 + 0.0030.-

Такнм образом, результаты намерений А достаточно согласованы н в течение двадцати лет дают стабильное значение величины А .

Полученная в корреляционных экспериментах точность его определения на сегодня превосходит точность "пучкопых" измерений времени жизни, но уступает последним экспериментам, выполненных методом хранения УХИ. Со скачком точности экспериментов, выполненных в 1990 году, оказалось, что значения Л , полученные нэ данных по времени жизни и измерения электрон-спиновой корреляции, разошлись почти на три ошибки:

Хт=-1.-2(>м7 +0.0014 и Ад= -1.2571 ±0.0029,-

Значения \ , получаемые из корреляционных коэффициентов а—О. I0I7± 0.0051 (Аа=-1. 259 i 0.017) и усреднённого B-I.0 + 0.03 (Af\=-I.-0 +0.-I, -0.29) имеют худшую точность.- Это связано в том числе и с конкретной формой сложной связи коэффициентов с Л .•

В рамках стандартной модели значения коэффициентов жёстко - связаны через Л• Поэтому сопоставление величин трёх коэффициентов позволяет получать количественные оценки пределов возможных отклонений от стандартной модели.-

Иною и А.И.Франком был предложен тест на проверку согласованности значений коэффициентов с предсказаниями V-A теории:

Ф1=1+А-В-а=0 и Ф2=аВ-А -А=0. Подстановка среднемировых экспериментальных значений приводит к

Ф1=-0.0П± 0.030 и Ф2=-0.-002 ± 0.006, что говорит об их непротиворечивости V-А варианту теории /16/.

ВОЗМОЖНЫЕ: ОТКЛОНЕНИЯ ОТ СТАНДАРТНОЙ МОДЕЛИ. МНИМОСТЬ КОНСТАНТ, Нарушение временной чётности привело бы к появлению мнимых частей в константах слабого взаимодействия. Эта мнимость может быть выражена углом <? сдвига фазы между векторным и аксиальновекторным взаимодействием: Д - 1XIе* ,

Два последних результата измерения коэффициента 1) с учётом величины коэффициента В приводят к значению •$ =(180.03±0.19). Это означает, что |Л| отличается от X менее чем на 5-104%.

ОЦЕНКИ ВКЛАДА СКАЛЯРНОГО И ТЕНЗОРНОГО ВАРИАНТОВ ТЕОРИИ. 1ёсткие ограничения на вклад скалярного и тензорного вариантов на уровне долей процента основаны на отстуствии проявления комбинации конотант, входящих в фирцевский член.- Но если допустить, что при скалярном и тензорном варианте испускаются правые антинейтрино, то комбинация входящих в фирцевский член констант зануляется автомат чески. ' В этом случае имеется только оценка для тензорного варианта Ст/Са *С0Л, а для скалярного надёжных данных нет.- Анализ данных по угловым корреляциям в распаде нейтрона приводил к С^/Су<ч0.4.

Четыре независимых эксперимента в распаде нейтрона позволяют "согласованном образом определить четыре константы Еще в 1970 году мне удалось аналитически решить систему четырёх квад-

ратных уравнений и выразить Са, Су, С 5 и Ст через а, А, В и-$Т . Выбор одного из двух вариантов решений позволил при этом сузить интервал получавшихся ошибок. Вместе с А.И.Франком мы провели расчёты на основании имевшихся в то время " экспериментальных данных. Они докладывались на конференции молодых ученых в Ташкенте. Неопределённость в данных по времени хиэни не позволила тогда получить однозначные результаты и работа прошла незамеченной. Проведение этих расчётов в 1990 году привело к абсолютным значениям констант в единицах 10-49 эрг см :

С - 1.4257( + П ,-172), Са=-1.7929(+137,-0), С =-0.692(+143,-1861) и Ст= 0.0033(+1933,-72). Эти значения получены в рамках результатов исследования распада нейтрона. Их точность допускает возможность заметного вклада скалярного взаимодействия с правыми антинейтрино. Но этому противоречит расхождение в величинах Л , полученных из значения А и из ¡¡Т нейтрона и 0*-*04 переходов. Если бы эта разность была обусловлена наличием и Ст (в оговоренном выше варианте), это привело бы к (СЛ/С»/-Ст/Са)г = -0.0169- 0.0064, что невыполнимо при любых значениях С5 и Ст /18/,

В работе Дюбберса и др. и были получены из А и ^т нейтрона в рамках чистого У-А варианта с точностью, сравнимой с точностью определения Су из 0<"-»0Л переходов. Такой подход позволяет иначе посмотреть на противоречие в л. Если искать физические причины намечающегося расхождения, правильнее говорить не о различии в Л, а о различии в определяемом из 0*-»0+ переходов и из данных по распаду нейтрона /17/.-

В настоящее время широко обсуждается возможность объяснения этого расхождения вкладом правых У+А токов.-

8.3ЛКЛЮЧЕНИЕ.

Настоящий доклад охватывает работы автора, выполненные им в составе различных групп сотрудников лаборатории и опубликованные в период с 1964 года по 1991 год .:

I) Разработан метод оптимизации выбора размеров и положения выделяющих коллиматоров и поляризующих зеркал, позволивший

создать интенсивные пучки поляризованных нейтронов, обеспечившие проведение измерений коэффициентов угловых корреляций на уровне лучших в мире.

2) Разработан метод измерения степени поляризации пучка нейтронов, позволивший определять ео величину с необходимой для этих измерений точностью.

3) Разработан оригинальный способ выделения направления вылета антинейтрино, применена сдвоенная симметричная установка, подавляющая однородные по пучку источники ложной асимметрии. Для поддвления неоднородных источников, применено вращение систем собирания и регистрации протонов, усредняющее анизотропию потерь протонов и применено периодическое переключение направления ведущего поля, усредняющее винтовые перекосы вектора поляризации. Всё это позволило довести точность измерения трёхвектор-ной корреляции до±3-10'*.

4) Достоинства оригинального способа выделения направления вылета антинейтрино и сдвоенной симметричной установки были использованы для измерения угловой корреляции антинейтрино-спин. Получено наиболее точное в мире её значение.

5) Создана установка, исключающая возможность вклада антинейтрино-спиновой корреляции при измерении электрон-спиновой корреляции. Подавлен счёт рассеянных в камере электронов, что позволило получить наиболее точное значение угловой корреляции электрон-спин и в течении двадцати лет обеспечивать стабильное значение А .

6) На основании анализа совокупности коэффициентов получены оценки возможности вклада скалярного и тензорного вариантов теории.

ЛИТЕРАТУРА.

1. Б.А.Обиняков ,К).А.Мостовой. Сдвоенный поляризатор тепловых нейтронов.

Т1ТЭ, 1970, 3, стр.87-90.

2. Б.Г.ЕроэОлимский, к).А.Мостовой, Б.А.Обиняков,

С.А.Петушков, В.П.Федунин, О.В.Хахан, В.Н.Чернышевнч. Мощный пучок поляризованных нейтронов на вертикальном канале' реактора.

ПТЭ, 1976, 5, стр.39-41.

3. Б.Г.Ерозолимский, Л.Н.Бондаренко, Ю.А.Иостовой, В.А.Обиняков, В.А.Титов, В.П.Захарова, А.И.Франк.

Измерение угловой корреляции спин нейтрона-импульс антинейтрино в распаде поляризованных нейтронов. ЯФ, 1970, т.12, вып.2, стр.323-329.

4. Б.Г.Ерозолимский, Л.Н.Бондаренко, Ю.А.Иостовой, Б.А.Обиняков, В.П.Захарова, В.А.Титов.

Поиски нарушения Т-четности в бета-распаде поляризованных нейтронов.

ЯФ, 1968, т.8, вып.I, стр.176-181.

5. Б.Г.Ерозолимский, Л.Н.Бондаренко, Ю.А^Мостовой, Б.А.Обиняков, В.П.-Захарова, В.А.Титов.-

Поиски трёхвекторной корреляции в распаде поляризованных нейтронов.

ЯФ, 1970, т.П, вып.5, стр.1049-1057.

6. Б.Г.Ерозолимский, Ю.А.Мостовой, В.П.Федуннн, А.И.Франк, О.В.Хахан.

Продолжения поиска нарушения Т-инвариантности в бета-распаде свободного нейтрона.

Письма в 1ЭТФ, 1974, т.20, вып.II, стр.-745-747.-

7. Б.Г.Ерозолимский, К). А.Мостовой, В.-П.Федунин, А.И.Франк, О.В.Хахан.

Поиски трёхвекторной корреляции в распаде поляризованных нейтронов.

ЯФ, 1978, т.28, вып.1(7), стр.98-104.'

8. Б.Г.Ерозолимский, Л.Н.Бондаренко, к).А.Мостовой, Б,А,Обиняков, В.П.Федуннн, А.И.Франк.'

Измерение угловой корреляции спин нейтрона-импульс электрона в распаде поляризованных нейтронов.

Письма в ХЭТФ, 1971, т.13, стр.356-359.

9. Б.Г.Ерозолимский, А.И.Франк, Ю.А.Мостовой, С.С.Арэуманов. Новые измерения угловой корреляции спнн-электрон в распаде поляризованных нейтронов.-

Письма в 1ЭТФ, 1976, т.23, стр.720-722. 10. Б.Г.Ерозолимский, А.И.Франк, Ы.А.Мостовой, С*С.-Арзуманов, Л.Р.Войцнк.

Измерение коэффициента корреляции спин-электрон в распаде поляризованных нейтронов и определение отношения Ga/£v. ЯФ, 1979, г.ЗО, вып.3(9), сгр.692-701,

11, Ерозолимский В,Г., Кузнецов И,А., Куйда И.А., Мостовой U.A., Степаненко И,В.

Измерение асимметрии вылета электронов по отношению к направлению спина распадающегося нейтрона. ЯФ, 1990, т.52, вып.6(12), стр.1583-1594,

12, Мостовой И.А.

Спинфлиппер с коррекцией магнитного поля. ПТЭ, 1982, 3, стр.24-25, Авторское свидетельство 940572.

13, Б,Г.Ерозолимский, К),А.Мостовой, Б,А,Обиняков,

О погрешностях в измерении степени поляризации пучка медленных нейтронов методом шима, ПТЭ, 1964, 2, стр.39-42.

14, Б,Г.Ерозолимский, к),А,Мостовой, Б.А.Обиняков.

Прямой метод измерения поляризации пучка медленных нейтронов. ПТЭ, 1965, I, сгр.50-52.

15, С.С.Арзуманов, Л.Н.Войцик, С.В.1уков, В.Л.Кузнецов, Ю.А.Мостовой.

Измерение поляризации пучка тепловых нейтронов. Препринт ИАЭ-4234/14, Москва 1985, стр. 1-15,16. Ю.А,Мостовой,'

Определение Са/С из совокупного значения величин трёх коэффициентов угловых корреляций,наблюдающихся при распаде свободного нейтрона.

Письма в 1ЭТФ, 37, вып.З, стр.162-163. 17, И.А.Мостовой.

Исследования распада свободного нейтрона.

Сборник лекций У1 Международной школы по нейтронной физике (Алушта 1990).- Том I, стр.212-220. Дубна 1991. - 18. Ерозолимский Б,Г,,Мостовой И.А.

Определение констант связи ^-распада из экспериментальных данных' по распаду свободного нейтрона. ЯФ, 1991, т.53, выпё2, стр. 418-422,