Исследование упругого рассеяния, перезарядки и взаимодействия пионов с ориентированными ядрами при энергиях 30 МЭВ-1ГэВ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи

Топильская Наталия Серафимовна

ИССЛЕДОВАНИЕ УПРУГОГО РАССЕЯНИЯ, ПЕРЕЗАРЯДКИ И ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПИОНОВ С ОРИЕНТИРОВАННЫМИ ЯДРАМИ ПРИ ЭНЕРГИЯХ 30 МЭВ - 1 ГэВ.

01.04.16 - ФИЗИКА ЯДРА И ЭЛЕМЕНТАРНЫХ ЧАСТИЦ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва 1994

Работа выполнена в Институте ядерных исследований РАН.

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор А.Б. КУРЕПИН Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор А.В.СТЕПАНОВ, ИЯИ РАН

Ведущая организация: Лаборатория Высоких Энергий

Объединенного Института Ядерных Исследований ( г.Дубна )

на заседании специализированного совета Д.003.21.01 Института ядерных исследований РАН (I17312, Москва, Проспект 60-летия Октября, дом 7а).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЯИ РАН.

доктор физико-математических наук, профессор Ф.М.СЕРГЕЕВ, МИФИ

Защита состоится

Автореферат разослан

Учёный секретарь специализированного совета

Б.А.Тулупов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Настоящая работа посвящена анализу упругого рассеяния пионов в области низких энергий Тж < 50 МэВи рассеяния пионов на ориентированных ядрах при энергии Тл= 30 -240 МэВ в рамках оптического потенциала. Кроме того проведен анализ реакции однократной перезарядки пионов при энергиях выше области дельта-резонанса при Тд > 300 МэВ методом диаграмм Фейнмана с учетом эффектов ядерного отклика. Рассмотрен широкий круг ядер ( А= 12208 )и с реалистическими потенциалами вычислены различные характеристики взаимодействия (дифференциальные сечения, полные сечения, спектры рассеянных частиц и т.д.).

Целью исследования являлось использование уникальных свойств пиона в качестве пробной частицы для изучения свойств ядра с точностью, превышающей возможности изучения этих свойств с помощью других пробных частиц, а также исследование механизмов и способов описания взаимодействия пионов с ядрами.

Актуальность проблемы. В последние годы возрастает интерес к экспериментальному й теоретическому исследованию взаимодействия пионов с ядрами при промежуточных энергиях. Это связано как с расширившимися экспериментальными возможностями на работающих мезонных фабриках PSI, TRIUMF, LAMPF, пионными пучками КЕК, так и с возросшим пониманием роли пионов как пробных частиц. Исследование ядра с помощью электронов, мюонов и фотонов дает информацию о распределении заряженной компоненты ядерной структуры и главным образом об электромагнитном взаимодействии, в то время как пионы взаимодействуют с незаряженной компонентой также, как с заряженной посредством сильного взаимодействия, что позволяет исследовать свойства нейтронной и протонной компоненты в ядрах.

В настоящее время энергетический диапазон, в котором особенно интенсивно исследуется взаимодействие пионов с ядрами ограничивается интервалом 100 - 300 МэВ. Однако, как показывают проведенные недавно экспериментальные и теоретические работы, вся область взаимодействия пионов с ядрами от самых низких до энергий порядка 1 ГэВ представляет большой интерес: область низких

энергий с Т^ <100 МэВ, область энергий пионов в районе дельта резонанса 100< 1'х<300 МэВ и область относительно высоких энергий

пионов 300 < Т <1000 МэВ. Пион являет« уникальной частицей для исследования структуры ядра.

Наиболее характерной особенностью аион -нуклошшх сечений является ярко выраженная резонансная стр\ктура.

Для описания процесса рассеяния пнонов на ядрах наиболее разработанным является метод- оптического потенциала. В теории многократного рассеяния Ватсона амплитуда пион-ядерного рассеяния представляется в виде ряда по амплитудам рассеяния пиона на связанном нуклоне ядра.

В области низких энергий пионов Т^ < 100 МэВ сечения взаимодействия пионов с нуклонами малы, что позволяет применять теорию многократного рассеяния к пион-ядерным взаимодействиям. Сечения взаимодействия сильно зависят от вида оптического потенциала, велика чувствительность к поправкам второго порядка. Отношение вероятностей возбуждения протонных и нейтронных состояний велико при больших углах рассеяния. Таким образом рассеяние пионов низких энергий на ядрах представляется чувствительным методом изучения ядерной структуры.

Однако существует проблема неоднозначности описания, т.к. различные виды оптического потенциала одинаково хорошо описывают данные упругого рассеяния пионов. Для устранения неоднозначности предлагается изучать рассеяние пионов на тяжелых деформированных ориентированных ядрах редкоземельной области, а также на делящихся ядрах. В области низких энергий пионов велика чувствительность сечений ориентированных ядер к виду оптического потенциала. Измерение сечений рассеяния пионов на ядрах в области Д -резонанса является чувствительным методом исследования мультшольных параметров деформации ядра.

Однако в области энергий пионов порядка 1 ГэВ представляется важным исследовать пион ядерные реакции, такие как поглощение и перезарядка пионов. Реакция однократной перезарядки пионов представляет собой важное средство исследования спин-изоспиновых возбуждений в ядрах. В последние годы активно изучается возбуждение Д -изобары в реакциях перезарядки адронов ( р,п ), (3НеД) и тяжелых ионов. Новым каналом возбуждения Д -изобары является однократная перезарядка пионов.

Таким образом во всех областях энергии пионов от самых низких до энергий порядка 1 ГэВ существуют проблемы, требующие

дополнительного экспериментального и теоретического исследования. Целью диссертационной работы является:

К В области низких энергий пионов Тх < 100 МэВ исследовать возможность описания данных рассеяния пионов на ядрах в рамках полумикроскопического потенциала второго порядка с расчетными параметрами потенциальной части и параметрами поглощения, экстраполированными из данных то пи- мезоатомам.

2. Исследовать чувствительность полных и дифференциальных сечений рассеяния пионов на ориентированных и неориентированных тяжелых деформированных ядрах к параметрам плотности ядра, в частности к параметрам протонной и нейтронной деформации.

3. Использовать данные' рассеяния и разности полных и дифференциальных сечений на ориентированных и неориентированных тяжелых ядрах для выбора вида оптического потенциала в области энергий пионов Тх < 100 МэВ.

4. В реакции однократной перезарядки пионов на ядрах с энергией пионов порядка 1 ГэВ исследовать механизмы рождения дельта- изобары в ядрах, коллективные ядерные эффекты при высоких энергиях возбуждения, а также свойства дельта-изобары в ядерном веществе.

Научная новизна и практическая ценность работы:

В диссертации впервые показано, что в рамках оптического потенциала второго порядка удается хорошо описать экспериментальные данные по рассеянию пионов ядрами до энергии Т^ =50 МэВ. Предлагается методика учета влияния ядерной среды на параметры потенциала, вычисляемые из фаз свободного пион-нуклонного рассеяния. При этом предлагается использовать параметры поглощения из данных по пи - мезоатомам.

Новой областью пион-ядерной физики является рассеяние пионов на ориентированных ядрах. В диссертации проведены расчеты полных и дифференциальных сечений пионов на тяжелых деформированных ориентированных ядрах 165Но и 235и. Показана чувствительность разности сечений к параметрам деформации ядра и к виду оптического пион-ядерного потенциала.

В экспериментах по однократной перезарядке пионов на ядрах с энергией пионов порядка 1 ГэВ впервые наблюдалось высоковозбужденное состояние ядра с энергией возбуждения порядка 300 МэВ. Эти состояния интерпретируются как возбуждение дельта-изобары в ядерной среде. Наблюдается сдвиг положени пика в

сторону меньших энергий возбуждения на величину 50 - ТО МэВ. В диссертации проводится расчет сечений перезарядки ( методом диаграмм Фейнмана ) на нуклонах и ядрах. Обсуждается возможный механизм реакции. Предлагается программа инклюзивных и эксклюзивных экспериментов по перезарядке пионов на ядрах для уточнения количественно данных о возбуждении дельта- изобары в ядре и получения данных о величинах ûN, й и шг взаимодействий в ядерной среде.

На защиту выносятся следующие основные положения:

1. В рамках полумикроскопического оптического потенциала второго порядка разработана процедура расчета параметров потенциальной части оптического потенциала по фазам свободного пион -нуклонного рассеяния с учетом возбуждения ядерной среды, определяемого одним свободным параметром Д.

2. Показано, что используя параметры поглощения из пи - мезоатомных данных и параметры потенциала, вычисленные по фазам свободного пион - нуклонного рассеяния с учетом ядерной среды, удается описать экспериментальные данные по рассеянию пионов на- ядрах с

до 50 МэВ.

3. На основе анализа данных по рассеянию р, d, а на ядрах и кулоновскому возбуждению ядер сделан вывод о различии параметров деформации протонов и нейтронов в области редкоземельных ядер.

4. Рассчитаны полные и дифференциальные сечения рассеяния пионов на ориентированных ядрах с различными видами оптического потенциала. Показана чувствительность в области Т^ < 100 МэВ к виду оптического потенциала. Показано, что в резонансной области, где отсутствует чувствительность сечений к виду оптического потенциала, разность сечений составляет величину порядка нескольких процентов от полного сечения, пропорционально параметрам деформации и ее измерение доступно экспериментальному исследованию.

5. Рассчитаны спектры я°-мезонов в реакции однократной перезарядки пионов с возбуждением дельта -изобары для импульсов пионов порядка 1 ГэВ/с. Показано, что в предположении доминирующей роли диаграммы с обменом р - мезоном в t - канале положение максимума спектра совпадает с положением экспериментального максимума спектра ж°-мезонов в перезарядке мезонов на водороде с возбуждением дельта- изобары. Учет влияния ядерной среды в приближении бесконечной ядерной материи методом случайных фаз (RFA) с

суммированием нуклонных и изобарных петель приводит к сдвигу максимума расчетного спектра к большим энергиям возбуждения ядра.

Апробация работы и публикации. Результаты, положенные в основу диссертации, докладывались на семинарах ИЯИ РАН, лаборатории теоретической физики ОИЯИ, лаборатории теоретической физики Университета г.Турина (Италия), на II-V Всесоюзных семинарах по программе исследований на мезонной фабрике ИЯИ АН СССР (Звенигород, 1981, 1983, 1985, 1987 гг.), на Международном семинаре по программе исследований на мезонной фабрике INES-89 (1989), на Международной конференции по экстремальным состояниям ядерных систем, Дрезден (1980), на XXXI Совещании по ядерной спектроскопии и теории атомного ядра , г.Самарканд (1981), на XXXIV Совещании по ядерной спектроскопии и теории атомного ядра, г.Алма-Ата (1984), на Международной конференции "Избранные вопросы структуры ядра", ОИЯИ, г.Дубна (1989), на Международной конференции по малонуклонным системам, Чехословакия (1989), на Международной конференции PANIC -89 (1989), на XXXVII Совещании по ядерной спектроскопии' и теории атомного ядра, г.Алма- Ата (1992), на Рабочем Совещании Совета пользователей ЛВЭ ОИЯИ, г.Дубна (1993) и опубликованы в 10 - ти работах, список публикаций приведен в конце автореферата.

Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Изложена на 125 страницах, включая 20 рисунков, 3 таблицы и список литературы, в который входит 125 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении проведен краткий литературный обзор, отражающий современную ситуацию по всем рассматриваемым в диссертации проблемам; обоснованы актуальность, научная и практическая ценность решаемых в диссертации задач. Сформулированы цель и задачи работы. Даны краткая характеристика диссертации и основные положения, вынесенные на защиту.

В первой главе обсуждаются проблемы описания рассеяния пионов низкой энергии с Тх < 50 МэВ на ядрах.

В §1 рассматривается описание упругого рассеяния пионов низких энергий в рамках оптического потенциала второго порядка. Упругое

рассеяние пионов на ядрах является основой для изучения всех пион -ядерных реакций и для учета взаимодействия пионов в конечном состоянии. Главная трудность состоит в корректном описании канала истинного поглощения шона в ядерном веществе.

Оптический потенциал является сложным многочастичным оператором и строится в терминах двухчастичных пион - нуклонных амплитуд рассеяния. Какие неупругие каналы соответствуют мнимой части полученного таким образом потенциала возможно определить лишь в некоторых частных случаях. Поэтому феноменологический учет канала поглощения становится неоднозначным, зависящим от принятой схемы.

Для описания низко - энергетического рассеяния используется феноменологический потенциал, предложенный Эриксон - Эриксоном для описания пи - мезоатомов с параметрами, экстраполированными в область пионного рассеяния (МБи - потенциал).

Оптический потенциал для ядер с нулевым спином и изоспином имеет вид:

2ы7опт.(г) = ~4х [ ь<г)+в<г> 1 + II 7{ Ь(Г)-1С(Г)+С(Г)] }у-

, РГ 1 ? Р2~ 1

-4к]-5-^с(г) + —5— У2С(Г) }, где

-1

Г 41 {1+ —

Иоренц-Лор

Ь(г) = Р1 [ Ъ0 р(г)-е Ь1 бр ], с (г) = -р- [ с0 р(г) -е с1 бр ] -

Ь(г)= | 1+ — К [с(г)1 + С(г)] известная поправка Лоренц-Лорентца Эриксон-Эриксона (II,-эффект),

линейные по ядерной плотности р(г) члены (плотность нормирована на число нуклонов),

В(г) = р2 [в0 р2(г)-б В1 рбр], С(г)= -р- [ С0 р2(г) - е С1 рОр 1 -

квадратичные по плотности р(г) члены, р1 и р2- кинематические факторы, р(г) - нуклонная плотность, нормированная на А. Параметр

ь0 учитывает перерассеянио пиона во втором порядке ряда многократного рассеяния:

(2) (2) , 2 2,1 Ь0 = Ь0 + Ъ0 ; Ь0 = -[ Ь0 + 2 Ь, ] < 5 >.

Параметры Ь0, Ь1 , с0 и с1 - комплексные Б-волновые и Р-волновые одночастичные параметры, отвечающие за потенциальную часть взаимодействия. Они являются коэффициентами й! амплитуды рассеяния и могут быть получены из фазового анализа свободного иМ рассеяния. Часть потенциала, определяющая истинное поглощение, параметризуется в терминах квадрата ядерной плотности ( р? рбр ) в предположении, что поглощение происходит по крайней мере на двух нуклонах.

В §2 обсуждаются значения параметров потенциала, их энергетическая зависимость, а также предлагается методика учета влияния ядерной среды на процесс пион - нуклонного рассеяния.

Реальные части параметров практически не меняются в интервале энергий 1 ^ 50 мэВ, однако возникают мнимые части у параметров Ь0 1 и с0 1 , отвечающие квазиупругому рассеянию пиона. Необходимо учитывать влияние ■ ядерной среды на параметры потенциальной части потенциала.

Оценки зависимости от энергии параметров поглощения В0 и С0 получены из рассмотрения зависимости от энергии сечения процесса поглощения пиона на дейтоне гс+с1 - рр . В таком подходе получено, что В0 и С0 меняются лишь на 20-30% в интервале энергий 0-100 МэВ. Кроме того параметры 1шВ0 и 1шС0, рассчитанные в модели однобозонного обмена, имеют сильную энергетическую зависимость, они увеличились почти в два раза для Т^ = 50 МэВ.

МБи потенциал с параметрами, экстраполированными по энергии из потенцила пи- мезоатомов со слабой энергетической зависимостью обеспечивает хорошее описание данных рассеяния до энергий ~ 30 МэВ. Однако при Т ~ 50 МэВ не удается воспроизвести экспериментальные данные. Для того, чтобы описать сечения упругого рассеяния при 50 МэВ приходилось вводить сильную энергетическую зависимость параметров, обратную теоретической зависимости , а именно подавление мнимых частей 1тВд и 1шС0 почти в два раза. Однако только слабая зависимость от энергии мнимых частей параметров поглощения согласуется с предположением о доминирующей роли двухнуклонного механизма поглощения пиона на скоррелировашюй нуклонной паре в этой области энергии.

Мы существенно изменили процедуру расчета одночастичних параметров оптического потенциала. Микроскопические расчеты оптического потенциала Осета, подтверждают результаты наших

расчетов и показывают постоянство параметров поглощения при энергиях до 50 МзВ.

Предлагается учитывать влияние среды на процесс пион-нуклонного рассеяния следующим образом

,<х „„ . ?а 1 г „210а(к).6а(к.кл)

с,(к) - (к) = -—-- I е ц " "-11 (1)

^ ' ™ 21к {„(к.кД)

р(к.) ЧлДМ 2

где фактор £а(к,кд) = _^ . а д у

р(к) ца(к) '

Здесь -свободная чШ амплитуда, а =(1,1,1)- квантовые

числа тсИ системы;

$ г Р ,

р( к )= / 2х —¡^— - плотность уровней,

Е0(к)- энергия столкновения о:А системы, ^(к) - учитывает вне энергетическое поведение яИ -амплитуды рассеяния в модр.^ сепарабельного потенциала

Величина схода с энергетической поверхности амплитуды йУ рассеяния в среде определяется параметром Д , который имеет физический смысл средней энергии возбуждения ядра, отсчитываемой от энергии основного состояния. В теорию этот параметр входит при использовании приближения полноты при выводе (1 ).

Параметр д , вообще говоря, зависит от энергии налегающего пиона. Его значение ~20> -25 МзВ обеспечивает лучшее описание дифференциальных сечений рассеяния практически во всем интервале энергии до 50 МзВ. При использовании условия полноты все возбужденные ядерные состояния являются вырожденными, т.е. Еп = Е0 + £п= Е0 + д, где е - энергия возбужденного состояния ядра, отсчитываемая от основного состояния. В этом приближении проблема сводится к случаю пионного рассеяния на ядерной системе с двумя связанными уровнями.

При таком учете влияния ядерной среды обеспечивается правильное пороговое поведение амплитуды рассеяния. При уменьшении энергии пиона, когда кд - 0 амплитуда становится вещественной. Далее, при Д - 0 или когда к >> к0, фактор £а « 1 и амплитуда

переходит в амплитуду свободного *Н рассеяния. Фактор зависит

от квантовых чисел канала ли рассеяния |а( к, кд ) ~ ( кд/к )21+1. Кроме того мы изменили расчет мнимой части ¡З-волнового

параметра Ь0. В работе тисса показано, что прямой расчет диаграммы перерассеяния приводит к возникновению дополнительной мнимой части у величины С учетом эффектов среды можно показать, что в

области низкой энергии пионов это сводится к замене

1 1

<->-<—>+ 1 К ?0( К,кд )-2( к,кд ) , (2)

Функция Ъ( к,кд) возникает из факторизованного приближения для интеграла

X йп зс q ^ ) = рс )-г( к,кд ), где я, q ) -обменная часть двухнуклонной корреляционной функции и р( я )

-ядерный форм - фактор; q=k-k ; я = к -к; q=k -к;

кик - импульс шона до и после столкновения, к = кд п . В модели гармонического осциллятора получаем г(к.кд) =1 -1/2 (кда2) + 0 (к4) , где а -параметр размера ядра. В §3 обсуждаются параметры потенциала, полученные нами с учетом возбуждения ядерной среды и проводится сравнение с экспериментальными данными.

Вычисляя параметр 1тЬ0 = 1тЬ„ + мы обнаружили сильное

сокращение между 1тЬ0 и 1тЪ£! В пределах неопределенности в

фазах хЯ рассеяния мы полагаем 1тЬ0 = 0. Следовательно, наличие

Паули корреляций приводит к исчезновению 1шЬ0>

Чтобы рассмотреть эффект от модификации оптического потенциала ( формулы (1) и (2) ), мы рассмотрели рассеяние 50 МэВ %+ на ядрах 12С, 1б0, 40са,90гг, 208РЬ. Мы сохраняем для параметров поглощения В0 и С0 их значения из пи-мезоатомных данных. Использовались также наборы с параметрами поглощения со слабой энергетической зависимостью. Реальные части одночастичных

параметров Б0 , Ь1 , с0 и с1 рассчитывались по фазам яМ КЗЬ-анализа с учетом возбуждения ядерной среды, что практически не меняет их значений , а также брались такими, как в оптическом мэи-потенциале, наилучшим образом описывающем экспериментальные

данные рассеяния пионов при 50 МэВ ( Бе! Е ).

Мнимые части Ь0> Ь1, с0 и с1 рассчитывались по фазам яИ р^ь- анализа с учетом формул (1) и (2) для й=25 МэВ. Таким образом обе модификации касались главным образом мнимых частей однонуклонных параме тров.

Проведены расчеты упругого сечения рассеяния пионов на ядрах '2С, 160, 40Са, 90гг и 208РЪ. Мы получили хорошее описание экспериментальных данных при = 50 МэВ с использованием параметров поглощения В 0 и С 0 при их пи- мезоатомных значениях. Исследована чувствительность расчетов к параметру Д . Наилучшее описание 50 МэВ данных получено при д =25 МэВ. Естественно предположить, что значение Д порядка 20 МэВ отражает доминирующую роль ядерных гигантских резонансов в образовании реактивной части потенциала. Показано, что введение учета возбуждения ядерной среду и дополнительной мнимой части в е- волновой параметр ЪТ, ^ушн^тьенно улучшает описание экспериментальных данных с параметрами поглощения из пи - мезоатомных данных.

Проведено сравнение нашего анализа данных с анализом других теоретических работ. В конце главы сформулированы основные выводы.

Во второй главе рассматривается рассеяние пионов тяжелыми деформированными ориентированными ядрами, обсуждаются расчеты полных и дифференциальных сечений рассеяния.

В §1 и §2 обсуждаются ориентированные ядра, описание распределения ориентации спинов, методы ориентирования ядер. В качестве ориентированной мишени предлагается использовать тяжелые деформированные ядра редкоземельной группы 1498ш, 1етЕг, а также делящиеся ядра 235>238и, 237нр и т.д. В §3 обсуждаются результаты анализа параметров деформации ядер редкоземельной области. Анализируется информация о зарядовых распределениях, получаемая из экспериментов по кулоновскому возбуждению и определению времен жизни уровней , рассеянию электронов, исследованию спектров ц -мезоатомов . Данные о распределении массы ядра получены из анализа рассеяния адронов: протонов, дейтронов, а -частиц и пионов.

Любое эффективное взаимодействие, используемое в обработке

эксперимента, параметризуется через деформации, выражающие отклонение формы ядра от сферической симметрии И = К0 ( 1 + ^2^20 + РЛо + ••• °Днако вследствие того, что радиусы различных взаимодействий обычно существенно отличаются,

сопоставляют произведения РдИ0 или при Е0= г0А произведения (3-^Гд. Мы сопоставляли ' ( рг0 )дд и ( |3г0 )куд_ , первое получено из анализа экспериментов по ядерному рассеянию, а второе -из анализа электромагнитных процессов. Последнее произведение содержит параметр деформации распределения заряда. При совпадении формы распределения заряда и массы ядра следует ожидать совпадения величин ( Рг0)яд = ( Рго'кул ' Напротив, обнаружение их систематического расхождения может свидетельствовать или о различии распределений протонов и нейтронов в ядре, или о несамосогласованности оптического потенциала и распределения массы ядра. Мы исследовали область тяжелых сильнодеформированных ядер с большим избытком нейтронов.

Имеющиеся для каждого ядра данные о приведенных вероятностях переходов В ( Е2, 0 - 2 ) и В ( Е4, 0 - 4 ) усредняли. Величины (Зг0 находили численным решением уравнений

г

| Г2 У20( О)-р(г,0) <3т = /в( Е2, 0 - 2 ) | Г4 У40( 9) р(Г,8) сП = /в( Е4, 0 - 4 )

Плотность была взята в виде фермиевского распределения. Исследовалась чувствительность параметров деформации к различным выборам параметров фермиевского распределения заряда. В начале и конце редкоземельной области ядер получено согласие данных по анализу сильного и электромагнитного взаимодействия, в то время как в середине области имеется систематическое различие. Значения (Р2г0)кул для распределения заряда ядер превышают ф2г0 )яд. Отметим, что ядра середины редкоземельной области имеют наибольшие значения параметров квадрупольной деформации. Проведено сравнение с новыми экспериментальными данными.

В §4 рассматривается рассеяние пионов на ориентированных ядрах. Обсуждаются результаты расчетов полных и дифференциальных сечений рассеяния положительных и отрицательных пионов с энергией 30 - 240

-] ¿^с р тс:

МэВ на ориентрованных ядрах Но и "^и, а также разности сечений

взаимодействия пионов для ориентированной и неориентированной мишени . Расчеты выполнены в борновском приближении с искаженными волнами с помощью оптического пион- ядерного потенциала. Для ядер 1б5Но и 235U использовалось двухпараметровое фермиевское распределение ядерной плотности с параметрами, полученными из данных по кулоновскому возбуждению, рентгеновскому излучению ц -мезоатомов и электронному рассеянию.

Использовалось релятивистское уравнение Клейна - Гордона ( - v2 + ш2 ) ф(г) = [( Е - Vc )2- 2 Е VN ] ф(г), которое решалось с различными видами оптических потенциалов: потенциалом Кисслингера, локальным лапласовским потенциалом, "модифицированным" потенциалом Кисслингера с учетом "угловой трансформации". Это оптические потенциалы первого порядка по многократному рассеянию.

Кроме того использовался оптический потенциал второго порядка с учетом эффекта Эриксон - Эриксон - Лоренц - Лорентца и оптический потенциал, включающий названные выше добавки и реальное поглощение пионов в ядре, пропорциональное р2 . Проводились также расчеты с оптическим MSU - потенциалом. Если предположить, что в ядре существует гоюнное поле с амплитудой а2 , то к оптическому пион-ядерному потенциалу нужно добавить дополнительный потенциал взаимодействия пиона с ядром, зависящий от направления ориентации ядра Uc.

Оптический пион-ядерный потенциал зависит от обобщенной плотности деформированного ядра р(г,6') и представлен в виде суммы сферически - симметричной части потенциала и несферической части.

Получены выражения для дифференциальных и полных сечений взаимодействия пионов с ориентированными ядрами. Рассчитаны степени ориентации ядер 1 Но и 235и при охлаждении ядер до температур Т ~ 0,1 К.

Показано, что разность полных сечений на ориентированных и неориентированных ядрах AonoJIH пропорциональна степени ориентации и параметру квадрупольной деформации ядра. На ядре 165Но йополн для Т < 100 МэВ довольно чувствительна к различным формам оптического потенциала. В области Д резонанса нет чувствительности к виду оптического потенциала, абсолютные значения разности йо{ для и -мезонов становятся примерно одинаковыми в области

Д- резонанса и имеют одинаковый знак. Значение До,,...,, при

1 RR ПОЛН

охлаждении монокристалла оэНо до температуры 0.1К составляет 2-3%

от полного сечения и доступно экспериментальному исследованию.

рос

Полное сечение рассеяния пионов на ориентированных ядрах и имеет те же особенности, что и на 1б5Но. Однако вследствие меньшей степени ориентации значение йсполн составляет лишь от полного сечения. При ориентации ядер параллельно пучку пионов эффект увеличивается в два раза и' меняет знак. Проведено сравнение с экспериментальными данными.

Величина деформационного эффекта а(0) = / о(0)

пропорциональна параметру деформации ядра и имеет осциллирующую форму. Чувствительность к различным формам оптического потенциала невелика, но увеличивается при углах рассеяния 0 > 90°. При углах 9 <60° значение о(в) составляет 5-10% для 165Но и 2-3% для

235и. Дифференциальные сечения упругого рассеяния пионов в этом

о й0 ? з

угловом диапазоне велики, при 9= 30 ^ (30 ) = 10е - 10 мО/стер,

и измерение деформационного эффекта доступно экспериментальному

исследованию с хорошей точностью. При больших углах рассеяния

дифференциальные сечения уменьшаются, но растет абсолютное значение

деформационного эффекта, который составляет более 20%.

В конце главы приведены краткие выводы.

В третьей главе обсуждаются проблемы спин- изоспиновых возбуждений в ядрах и их исследование с помощьы реакции однократной перезарядки пионов.

В §1 проводится обсуждение исследования спиновых возбуждений ядер в реакциях перезарядки адронов. Существует два основных типа механизмов спин- изоспиновых возбуждений в ядрах: ядерные спин-изоспиновые переходы, включающие возбуждения нуклон- дырочных состояний и нуклонные спин- изоспиновые переходы, включающие возбуждение изобары Д (1232).

Экспериментально возбуждение й - изобары в ядрах исследовалось в спектрах рассеяных частиц в реакциях (ее' ), ( рр' ), в реакциях перезарядки ( р,п ), ( 3Не,г ), в пионной перезарядке ( г±) , а также в перезарядке тяжелых ионов . Проведен обзор имеющихся на сегодня экспериментальных данных, анализируется положение максимума в спектре рассеянной частицы, соответствующего возбуждению Д -изобары. Обсуждается сдвиг положения д - изобарного пика в реакциях перезарядки на ядрах по сравнению с рассеянием на водородной мишени и его теоретическая интерпретация.

В §2 рассматривается новый канал возбуждения Д -изобары в реакциях

перезарядки пионов на ядрах при достаточно больших эиер-лях налетающих пионов. Три зарядовых состояния пиона поз' .ляют сравнивать реакции на одной и той же мишени. Кроме того лажнн-преимуществом этой реакции является отсутствие мехашг -,а А -возбуждения в налетающей частице и механизма когерентной■ рож: пия пионов.

В нашем эксперименте при энергии пионов оксло ГзВ, проведенном на пионном канале ИЯИ РАН "КАСПИИ", расколов .шом на выведенном пучке синхрофазотрона ОИЯИ г.Дубна, г -.^являются возбуждения ядра с энергией порядка зоо МэВ, что ао анергии соответствует возбуждению д - изобары в ядре со с:шном з=з/2 и изосгашом 1=3/2. Наблюдается смещение положения пика на ядре относительно реакции на протоне на величину порядка 50 МэВ в сторону меньших энергий возбуждения ядра и значительное уширение его. Величина и направление сдвига резонансной энергии примерно согласуется с результатами, полученными в реакциях ( р.п ),'( Нед) и ( 3,2р ) на ядрах и водороде.

В реакциях перезарядки нуклонов и ионов обычно полагают, и это дает хорошее описание экспериментальных данных, что доминирующим механизмом возбуждения д- изобары является однопионный обмен в 1;-канале. Однако для реакции однократной перезарядки однопионный обмен запрещен законами сохранения. В §3 обсуждаются возможные механизмы перезарядки пионов на нуклонах с возбуждением Д - изобары . Рассматривались механизмы рассеяния, идущие через образование промежуточных пион-нуклонных резонансов в я- канале и возбуждение Д - резонанса через обмен р - мезоном в 1;-канале. Показано, что происходит сильное сокращение вкладов от диаграмм с нуклоном и А (1232, 3/2+) - резонансом в промежуточном состоянии. Сечение из-за такого сокращения оказывается чувствительным к вкладам более высоких резонансов ы*( 1440, 1/2^ ), ы*( 1520, з/2_ ), д ( 1620, 1/2~ ). Амплитуда сильно зависит от относительных знаков и величин констант связи резонансов, плохо известных из экспериментальных данных.

В §4 рассматривается рождение Д - изобары в механизме р мезонного обмена на изолированном нуклоне. Получено выражение для сечения процесса на свободном покоящемся нуклоне. Рассчитаны спектры вылетающих тс°— мезонов для импульсов налетающих пионов 600 - 1200 МэВ/с. При рассеянии вперед ( 0°=0 ) процесс им - х'Л

запрещен законом сохранения момента. При импульсах 1200 МэВ/с максимальный вклад достигается при углах ~ 20° - 30°. Вклад этой диаграммы растет с ростом энергии налетающих пионов. В §5 обсуждаются результаты расчета спин - изосгашового отклика ядра в процессе однократной перезарядки пионов с возбуждением Д -изобары в механизме р - мезонного обмена . Сечение реакции пропорционально функции отклика в спин- изоспиновом канале. В нуклонной и ионной перезарядке й - изобара возбуждается как в продольном, так и в поперечном канале. Показано, что сдвиг Д - пика можно об'яснить эффектами ядерной среды в продольном ь-канале, хотя процесс ( Ье, 1; ) сильно переферический и эффекты ядерной среды не должны были бы сильно сказываться.

В пионной перезарядке Д- пш возбуждается в поперечном Т-канале. Для пионов с энергией 1 ГэВ взаимодействие имеет об'емный характер. Рассчеты выполнены для бесконечной ядерной материи в приближении случайных фаз ( ПСФ ). Спиново- поперечный т отклик пропорционален мнимой части следующего частично дырочного поляризационного пропагатора

П° ( я.ы )

Ит ( я,и ) ~ - 1т- ,

1 - УТ ( д.ы ) П° ( ) где П° - сумма нуклон- дырочного и д - дырочного свободного пропагатора. Отклик определяется поперечным рь взаимодействием, включающим р - мезонный обмен и отталкивание на малых расстояниях, характеризуемое параметром Ландау-Мигдала g'. Величина g' в расчетах бралась равной о,б - о,7.

Учет фермиевского движения нуклонов приводит к \сдвигу положения л - резонанса в сторону меньших энергий возбуждения ядра. Однако суммирование ( рЪ ) и ( ¿11 ) петель с учетом короткодействующих корреляций приводит к уширению и сдвигу д - пика в сторону больших энергий возбуждения, что противоречит экспериментальным данным ' . Предложена программа дальнейшего экспериментального и теоретического исследования пионной перезарядки на ядрах. Изложены краткие выводы.

В заключении сформулированы следующие основные

выводы диссертации:

Т. В рамках полумикроскопического оптического потенциала второго порядка с искаженными волнами разработана процедура расчета

параметров потенциальной части оптического потенциала по фазам свободного пион - нуклонного рассеяния с учетом возбуждения ядерной среды, определяемого одним свободным параметром Д. Исследована чувствительность расчетов к величине параметра возбуждения ядерной среды Д. Показано, что наилучшее описание экспериментальных данных достигается при Д ~ 20 - 25 МэВ. Показано, что такой учет влияния ядерной среды обеспечивает правильное пороговое поведение амплитуды % N рассеяния.

2. Изменена процедура расчета мнимой части Э - волнового параметра

Бп . Показано, что с учетом возбуждения ядерной среды возникает

(Р1

дополнительная мнимая часть у величины Ь д .

3. Показано, что используя параметры поглощения пионов из пи -мезоатомных данных без введения их энергетической зависимости и параметры потенциала, вычисленные по фазам свободного пион -нуклонного рассеяния с учетом ядерной среды, удается хорошо описать экспериментальные данные по рассеянию пионов на ядрах с энергией до Тд = 50 МэВ. Этот факт указывает на слабую энергетическую зависимость параметров поглощения пионов в области низких энергий.

4. Проведено сравнение параметров деформации массы ядра, полученных из анализа по методу связанных каналов экспериментальных данных по неупругому рассеянию адронов: протонов, дейтонов и а - частиц различных энергий с деформацией распределения заряда из работ по кулоновскому возбуждению, спектрам ц - мезоатомов и неупругому рассеянию электронов.

5. Показано, что деформации распределения массы и заряда ядра совпадают в начале и конце редкоземельной области. Однако для ядер в середине редкоземельной области наблюдается систематическое превышение параметров деформации заряда над параметрами деформации массы ядра.

6. Проведены численные расчеты полных и дифференциальных сечений рассеяния положительных и отрицательных пионов с энергией 30 - 240 МэВ на тяжелых деформированных ориентированных ядрах 165Но и 235и, а также разности сечений на ориентированных и неориентированных ядрах.

7. Исследована чувствительность расчетов сечений на ориентированных ядрах к виду оптического потенциала и к наличию дополнительного пионного поля в ядрах. Показано, что чувствительность сечений высока в области низких энергий пионов при Т^ < 100 МэВ и при

больших углах рассеяния в > 60 В области Д - резонанса при энергиях 100 - 240 МэВ отсутствует чувствительность сечений к виду оптического потенциала. Здесь разность полных сечений пропорциональна параметру деформации ядра, составляет величину порядка нескольких процентов от полного сечения и ее измерение и извлечение параметров деформации доступно экспериментальному исследованию с хорошей точностью. Величина деформационного эффекта для дифференциальных сечений также пропорциональна параметру деформации ядра, иммет осциллирующую форму. При углах ~ 20 - 30

тсс

градусов она составляет 5 - 10 % для Но от величины

? т

дифференциального сечения, которое достигает величины ~ 10 - 10 мб.ср--'-. При больших углах рассеяния дифференциальные сечения уменьшаются, но растет абсолютное значение деформационного эффекта, которое составляет более 20%.

8. Проведен анализ имеющихся экспериментальных данных по перезарядке протонов, 3Не, t, % и тяжелых ионов на ядрах с возбуждением Д - изобары и рассмотрены теоретические модели, описывающие сдвиг положения Д - изобарного пика в спектрах рассеянных частиц при перезарядке протонов и ^Не на ядрах.

9. Рассчитны спектры тР - мезонов, получаемых в реакции однократной перезарядки пионов с импульсом порядка 1 ГэВ/с с возбуждением Д -изобары методом суммирования диаграмм Фейнмана. Показано, что в предположении доминирующей роли диаграммы с обменом р - мезоном в t

- канале положение максимума спектра я® - мезонов совпадает с экспериментальным положением максимума спектра мезонов в реакции перезарядки х+ - мезонов на водороде с возбуждением дельта

- изобары.

10. Проведен учет влияния ядерной среды в приближении бесконечной ядерной материи с суммированием нуклон - дырочных и изобар -дырочных петель методом случайных фаз ( RFA ). Показано, что в предположении доминирующей роли р - мезонного обмена это приводит к сдвигу максимума расчетного спектра к большим энергиям возбуждения ядра.

11. Предложена программа дальнейшего экспериментального и теоретического исследования перезарядки пионов на ядрах для уточнения количественно данных о возбуждении Д - изобары в ядре и получения величин ДИ и NN взаимодействий в ядерной среде.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Курепин А.Б., 'Гопильская Н.С.," Параметры деформации ядер редкоземельной области", Ядерная физика, 1974, т.20, стр.1П7-П21.

2. Курепин А.Б., Топильская Н.С., "Рассеяние пионов на ориентированных ядрах", Препринт ИЯИ АН СССР, П - 0173,1980, стр. I—14.

3. Kurepin А.В., Topilskaya' N.S.," Pion scattering on allayned nuclei 65Ho ", International conference, on extreme states in nuclear system, Dresden, 1980, p.123.

4. Курепин А.Б., Топильская H.C., "Рассеяние пионов на

тсс

ориентированных ядрах Но", Тезисы докладов XXXI совещания "Ядерная спектроскопия и структура атомного ядра", Самарканд, 1981, стр.524.

5. Курепин А.В., Топильская Н.С., "Рассеяние пионов на ориентированных ядрах редкоземельной области", Тезисы докладов XXXIV совещания "Ядерная спектроскопия и структура атомного ядра", Алма - Ата, 1984, стр.156.

6. Курепин А.Б., Топильская Н.С., "Рассеяние пионов на ориентированных ядрах", Известия АН СССР, серия физ., 1985, т.49, стр. 47-52.

7. Khankhasayev М. Kh., Topilskaya N.S., "An improved optical potential for low - energy plon nucleus scattering", Preprint JINK, E4 - 88 - 36, 1988, p. 1-10.

8. Khankhasayev M.Kh., Topilskaya N.S., "On the reactive content of the pion- nucleus optical potential at low energies", Phys. Lett., B, 1989, v.217, p. 14-18.

9. Голубева М.Б., Новинский В.И., Краснов В.А., Курепин А.Б., Патаракин 0.0., Прохватилов М.А., Решетин А.И., Топильская Н.С., Шульгинов А.В., "Возбуждение Д - изобар в ядрах в реакции однократной перезарядки пионов при энергии I ГэВ", Письма в ЖЭТФ, 1990, Т.51, ВЫП.6, стр. 298-300.

10. Курепин А.Б., Топильская Н.С., Кулагин С.А., Альберико В.М., "Спин - изоспиновый отклик ядра в процессе однократной перезарядки пионов", Тезисы докладов XXXXII совещания "Ядерная спектроскопия и структура атомного ядра", Алма - Ата, 1992, 21-24 апреля 1992, стр.355.