Исследования влияния ядерной среды на свойства нуклонов с помощью квазиупругого рассеяния электронов в реакции 12С(....) при энергиях 1,6 Гэв и 2,06 Гэв тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РП,! \М

- пм'» •

ьгьчиъь зФаьчпвь ьъивьэа^

оэьфиъ «нзчпгаь изьфаъвиъ

ътчцпъь чги иьяо1чаоьъ иьаачиогь иааьвпиэвиъ П1иП11ГиииЬГП1иС С(е,е р) ОЬаЧОЬПОти" и. <И:(1 ьч 2.06 4-1-11 ъцьчзгпъъьрь ечиамталадчиъ вгсгиъ иьапэпч

ЦшиТлич^тпч^тЬр. и.ОЧДЬ. - «Т^щЩ», тшррш1{ш11 11ши1ф1{11Ьр11 и т^ЬцЬрш^ши ¿щпшцш}р11Ьр]1 ¡{¡¡щ^ш

ЗфЧ^ииГшрМшт^шЦшЬ ч{1 ттрртЛЬЬр)! рЫ)11шйпф ц{ипш1(шй шииф&иВД Ьш]д1ГшТ1 штЬТли^шшшлряЬ

иьаии^ьг

ЬГЬЧиЪ 1?96

ЕРЕВАНСКИЙ ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

СТЕПАН ГЕВОРКОВИЧ СТЕПАНЯН

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЙ ЯДЕРНОЙ СРЕДУ НА СВОЙСТВА НУКЛОНОВ С ПОМОЩЬЮ КВЛЗИУПРУГОГО РАССЕЯНИЯ ЭЛЕКТРОНОВ В РЕАКЦИЙ 12С(о.е-р) ПРИ ЭНЕРГИЯХ 1.6 Гэв И 2.С6 Гэв

Специальность: А.04.16 Физика ядра, элементарных частиц и космических лучей.

АФТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-матгиэтическпх наук

ЕУЕЬЛН 1993

U2fuiumuiljp[! Цшщшр^Ь! t bpUiuliJi 3>li<it>Ijuijfi Miumtiumunniif

«IJunmljmli ribljuji|uip,

i

Irajumliuiljuili QbiiliiliiitunuUbp. О&ш^шшшр ljui<ii/uil(bpu{nii»jnib.

ЗфцдГшр. q|imnipjmWihpii ijnljmnp Giiui4nll|i

3)liqjJmp. q[imrupjiuUlibp|i ijnljmnp <,<, <VUU ш^шцЫр^гш as. Utliuqjuili Э)]ц11ши1, q|imnipjniTilibp|i ptljliuifnu Sft. Uljpmjjujli

.ЬрЦшЦ» urhwuilpiili ЬииГицишршир illignitpujjili ^tiqjilimjji unlpjmti

«ЧшгщшЬир^Лц Ipujuiliaiini t 1996р. hnljinbirphpli B-Jili diuiJc bpUraliji ¡Лиифипшп}» 024 iluiuliuiqjiwml|uili ¡unphpumtf

(ЬришЬ-36, UiJilumlijraU tripaijplibpli ф. 2) :

OUnblraifunanipjuiIiQ lpuph[]i t Ьш1шршиш[ bp3jb-[i qpuiiiiuptuliniii Dtnitrnqfipp t 1996р. ubmntilptpji ¿-¡it::

Umulimqlimuiljuili Junphpijli q|im. ршртшцшр и.!». Uujpqiupjuili

Работа выполнена в Ереванском физическом институте Научный руководитель: Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук К.Ш. Егиян

Ведущая организация:

доктор физико-математических наук академик НА РА P.O. Авакян (ЕрФИ) кандедат физико-математических наук Г.Г. Мкртчян

Ереванский государствонный университет (кафедра ядерной физики)

Защита состоится 8-го октября 1998 г. в 14"° часов на заседание Специализированного совета 024 при Ереванском физическом институте (375036, Ереван, ул. Братьев Алиханян).

О,диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЕрФИ.

Автореферат разослан 6-го сентября 1996 г.

Ученный секретарь , / п

Специализированного совета И-3 А.Е. Маргарян

Общ ХАРАКТЕРИСТИКА РАбОТЫ

В настоящей работе представлены экспериментальные результаты по квазиупругому рассеянию электронов на адре углерода в реакции (е.е'р) при двух начальных энергиях et=i.6 Гзв и е2=2.о6 Гзв и, соответственно, при углах рассеяния электронов 0^19.5° и Протоны отдачи регистрировались

в импульсном интервале Рр=42оМэв/с - б4оМев/с. Выбранная кинематика позволяет провести анализ в рамках модели плосковолнового импульсного приближения (ПВИП) да получения информации по взоимодэйствию электронов со связанным протоном. Проведено сравнение полученных результатов с теоретическими моделями.

Актуальность_работы. Имеется большое количество

экспериментов по исследованию процессов (ее") и (е.е'р) на ядрах в квазиупругой области. В инклюзивных экспериментах типа а (ее') были получены обшие характеристики движения • одиночных нуклонов в ядре. Была выявлена важность учета мезонных обменных токов (МОТ) и нуклон-нуклонных корреляций (ННК). Более того, для объяснения данных (например, интерпретация экспериментальных результатов по r,/rl отношению [1], по ЕМС - эффекту [2]) потребовалась модификация свойств нуклонов в ядерной среде, . и это представляется обосновавши ввиду соизмеримости размеров нуклонов и средных межнуклонных расстояний в ядре. Получение детальной информации по упомянутым проблемам возможно только в совпадательных экспериментах типа А(е,е'Р). В частности, только в подобных экспериментах доступен прямой анализ модифицированных свойств нуклонов в ядерной среде.

Цель работы. Основная цель настощзй работы заключается в следующем:

I. Измерение сечения квазиупругого рассеяния электронов в реакции "с(е,е*р) при двух начальных энергиях e^i.6 Гзв и е =2.06 Гэв и, соответственно, ¡и; углах рассеяния эдз.'ятхаоь

»,= 14.5° И 0^14.2°.

2. Калйровка установки "Дейтрон 2й с помощь» реакции упругого рассеяния электронов на водороде и сравнения расчетных и экспериментально полученных параметров установки.

3. Проведение расчетов сечения процесса квазиупругого рассеяния электронов на дпре углерода в рамках формализма динамики на световом конусе.

4. Сравнение расчетных и экспериментальных данных.

5. Анализ полученных экспериментальных данных в рамках импульсного приближения плоских волн для получения информации по взоимодеаствию злукгрона со связанным протоном.

Научная новизна работа. Вшрвш получены экспериментальные данные по отношению приведенных сечений квазиупругого рассеяния электронов в реакции 12с(а,е'Р). измеренных при двух началных энергиях в области переданных импульсов ц=0.5 Гэв - 0.6 Гзв.

Проведано сравнение полученных результатов с данными шкнег в области малых переданных импульсов, а такш и с разными теоретическими моделями.

Практическая ценность работы. Создана зксперименталная установка "Дейтрон 2" для исследования фото- и злектроядерных процзссов в совпадателных экспериментах.

Создана система програмнных пакетов для ноделированш экспериментальных установок и физических продассов.

Полученные экспериментальные результата могут бып использованы для улучшения теоретических моделей, а также пр анализе результатов исследований в области злекгророждения н ядрах.

Структура и обЪзм диссертации. Диссертация состоит г введения, четерех глав и заключения и изложена на 107 страница включая 45 рисунков, II таблиц и 52 наименований щггируемс литературы.

Публикации. По результатам диссертации опубликовано работ. Основные результата диссертации представлены на х:

интернациональной конференции panic 96, Колледа Вилиама и Мерри, Вильямсбург, Вирджиния, США.

Содержание работа

Во введении обосновывается актуальность выпольненвоа работы, Делается краткий анализ состояния зксшриментальных и теоретических исследований по структуре ядер. В частности показано, что для более детального понимания структуры ядра необходимо хорошее понимание динамики взаимодействия первичной частицы с связанным ядерным нуклоном.

Глава I посвящена анализу состояний теоретических и экспериментальных исследований по структуре ядер и взоимодействию электронов с ядерным протоном в реши л(е,е'Р). Она состоит из трех разделов:

В разделе I.I приведен обзор экспериментов (е.е-р) на разных ядрах, из которого видно, что такого рода эксперимента были выполнены в основном на пучках с энергией до I Гэв. Эти эксперименты показали различие между взоимодействиен электронов со свободным и связанным протоном. Структурные функции ядер были получены посредством нормировки экспериментальных данных на модельные расчеты.

В разделе 1.2 описывается формализм импульсного приближения плоских волн, Детально рассмотрена кинематика реакции А(е,е*р) и вывод дифференциального сечения. Показано, что в случае деполяризованных пучка и мишени сечение реакции А(е,е'р) может быть выражено через четыре структурные функции [з]. В частном случае параллельной кинематики, когда выбитый нуклон летит в направлении импульса вирггуального фотона, сечение зависит только от двух структурных функций, продольной и поперечной. В импульсном приближении плоских волн подобие зависимостей этих структурных Функций от взоимодействия электрон-нуклон и ядерной среды позволяет факторизировзть сечение в виде [4]:

з

где б(е1п,р1п) - спектральная функция, представляющая собой вероятность нахождения в ядре протона с импульсом. рт и с энергией связи ет. В (1) а - сечение взоимодействия электрона со связанным нуклоном, а к - кинематический параметр.

В последнем разделе Главы I описан метод анализа данных по квазиупругому рассеянию для установления влияния ядерной среды на свойства нуклонов. Показано, что для исключения функции Б(Ет,рт) в (I), необходимо выполнить измерения при двух энергиях первичного электрона в такой кинематике, когда переданные импульс ц и энергия импульс вторичного протона Р". а

следовательно и Ет и рт постоянны [5]. В этом случае при рассмотрении отношений экспериментальных сечений спектральные функции сокращаются и отношение будет зависеть только от свр. Сравнивая поведение полученого отношение с отношением сечений на свободном протоне можно оценить влияние ядерной среды.

В Главе 2 описивается двухплечевая установка "Дейтрон 2" (см. Рис.1). Она состоит из трех разделов: В первом разделе приведены характеристики электронного пучке е~ Ереванского злекгроного синхротрона [6]. Описаны системы транспаргировки и контроля, а также система измерения интенсивности.

Второй раздел посвещен описанию магнитного спектрометра (МС) установки "Дейтрон 2" [7]. МС состоит из четырех тригерных сцинтилляционных счётчиков, семи плоскостей многопровлочных пропорциональных камер, определяющих траекторию частиц, газового порогового Черепковского счётчика и ливневого детектора, необходимых дяя п/е - редакции [в]. В эксперименте МС был использован дая регистрации вторичных электронов.

В этом разделе приведены результаты Монте-Карло расчетов аксепганса и импульсного разрешения спектрометра, описание системы сЪема информации и метода калибровки. Основные характеристики НС следующие: импульсный интервал (0.5*3.0)Гэв/с, интервал углов регистрации Юо+30° и 70°+90°. Импульсный аксепганс МС составляет лр/р=40Ж, телесный угол регистрации лп=2.75 метр.

Особое внимание в работе было уделено програмной юстировки

и калибровки пропорцинальных камер. Приведены результаты

КЗДИбрОВКИ МС С ПОМОПЦО реаКЦИИ (е,е').

Третий рэздел Главы 2 посвещен описанию диференциального пробежного спектрометра (ДПС) [9]. ДПС . позволяет регистрировать протоны отдачи с кинетической энергией в интервале тр=90*225Мэв. Углавой интервал регистрации 50°+160°. ДПС состоит их 14-ти сцинпшяционных счётчиков, покрывающих телесный угол до=70мстр и одного слоя сцинталляционного годоскопа с угловым разрешением <5в=2. Г. Точность измерения кинетической энергии протонов составляла гт=15*10Мэв (ПИВ).

В разделе приведены результата Монте-Карло расчетов ДПС и его калибровки.

-ДЕЙТРОН 2"

\

Рлс.1

Глава 3 диссертации посвящена методике совпадательного эксперимента (е,е*р) и калибровке установки "Дейтрон 2" с помощью реакции н(е,е'р) в упругой области при двух начальных энергиях. Данные на водороде были получены методом вычитания результатов измерений на мишенях сн2 и 1гс. Основная цель калибровки заключалась в определении разрешений по недостающей энергии Ет и недостающему импульсу рт, а также в нахождении точностей измерения абсолютных значений энергий и углов вторичных частиц [ю].

Подробный анализ полученных на ядре углерода спектров по недостоющей энергии показали, что для определения реальных разрешений по еп и рп необходим отбор событий в узком интервале угла между вторичным протоном и виртуальным фотоном.

На Рис.2 приведены распределения событий с по Ет

и рга в реакции упругого рассеяния электронов с энергией 1.6Гзв. Оба рапределения фнгированы Гауссовской функцией (сплошные кривые) для получения разрешений установки (о Гауссовского распределения) и смещений от нуля центральных значений этих параметров.

Рис.2

б

Аналогичный анализ был сделан также для первичной энергии 2.06Гзв. Полученные экспериментальные данные ныходятся в хорошем согласии с результатами Монте-Карло расчётов.

В Главе 4 приведены полученные экспериментальные результаты. В первом разделе описано получение дифференциальных сечений процесса (е.е'р). Сечение квазиупругой реакции ,2с(е,е*р) было измерено при двух энергиях первичного электрона: е4=1 .бГзв и Ег=2.обГзв. Для обеспечения постоянства параметров виртуального фотона в обеих сериях измерений, электроны рассеяния регистрировались под углами, соответственно, ^=19.5° и вг=14.2°. При обоих первичных энергиях протоны отдачи регистрировались в интервале импульсов Рр=0.4Гэв/с-Ю.64Гэв/с и углов 8р=63°±7.5°.

Ео = 1.6 ГЭВ, =19.5°±2.1°

Е. . ГСЗ

Рис.3

Зависимость измеренных сечений реакции 12с(е,е'Р) от энергии рассеянного электрона Ее. при энергии пучка e^l.6 '■''■■. приведены на Рис.З. Кривые на рисунках - результата

теоретических расчётов согласно формализму динамики на световом конусе пи с использованием волновой функции гармонического осцилятора для одра углерода. В области квазиупугого рассеяния наблюдается удовлетворительное согласие между экспериментальными данными и расчётом с учётом радиационных поправок [12] (сплошная линия на рисунке).

Во втором раздало Главы 4 приведен анализ данных в рамках импульсного приближения для получения информации по взоимодействию электрон-связанный протон. Были получены

отношение сечений, измеренных при двух первичных энергиях. Для исключения из отношения спектральной функции ядра, события были отобраны в одинаковых узких интервалах кинематических параметров ч, о2, р' . р„ при двух первичных энергиях. Величина еп была зафиксирована путём отбора событий выбивания протонов с оболочки 1рз/2 ищи углерода.

1.5

0 5 С_I_I-1-1_._I_I_I_I_I_._1_1_

' 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6

ч, Гм/с

Рис.4

На Рис.4 показаны зависимость отношений приведенных сечений я [13] от переданного импульса я Ы. На рисунке также представлены результаты из работа [5] (•). Кривые соответствуют

модельным расчетам: сплошная линия - расчёт го ПВИП, пунктирная линия - о-ш модель [14], точечная линия - модель разбухания нуклона [15]. Последние две кривые взяты из работа [5]. Расчёты по форализму на световом конусе показаны пунктирно-точеными кривыми. Кривая (I) соответсвует расчётам' по кинематике работа [5], (2) - расчёты в нашей кинематике. Хотя ошибки измерений не позволяют сделать выбор между моделями, тем не менее данные однозначно показывают чёткое отклонение от импульсного приближения, т.е. от представления взоимодействия со связанным нуклоном как со свободным.

В заключении сформулированы основные вывода и результаты диссертационной работа:

1. Создана экспериментальная установка "Дейтрон 2", позволяющая проводить исследования фото- и злекгроядерных процессов как в инклюзивных так и в совпадательных экспериментах.

2. Создана система програмного обеспечения для накопления данных, on-line И off-line ОбрабОТКИ.

3. Установка была калибрована с помощью упругого рассеяния электронов В реакциях (е,е") И (е,е'р).

4. Созданы програмные пакета для расчета сечений процессов квазиупругого взоимодействия электронов с ядрами в разных модельных представлениях.

5. Измерены сечения квазиунругого рассеяния в реакции 12с(е,е'р) при двух первичных энергиях. Проведено сравнение полученных результатов с теоретическими расчетами.

6. Впервые получены данные го зависимости отношений приведенных сечений от переданного импульса в области q=0.5 Гэв/с +0.6 Гэв/с. Проведено сравнение с имеющийся данными в области малых передач, а также с модельними расчетами.

Основное содержанке диссертации отражено в следующих публикациях:

I. К.В.Аланакян, М.Дк. Амарян, С.Г. Степанян и др., Газовый пороговый черенковский счетчик установки "Дейтрон 2". Преприн ЕрФИ-1034(84)-87 Ереван 1987.

2. К.В.Аланакян, И.Дк. Амарян, С.Г. Степанян и др., Характеристики электронного пучка, выведенного в зал иалого фона ЕрФИ на установку "Дейтрон 2". Преприн ЕрФИ-юз5(85)-87 Ереван 1887.

3. R.V.Ajvazyan, K.V. Alanakyan, S.G. Stepanyan et al. , Magnetic spectrometer of the "Deuteron 2" set-up. Preprint YERPHI ll55(32)-89 Yerevan 1989.

4. M.J.Amaryan, Demirchyan, S.G. Stepanyan et al., The "Deuteron 2" set-up for investigation of electronuclear reactions. Preprint YERPHI 1195(72)-89 Yerevan 1989.

5. K.V. Alanakyan, M-J.Amaryan, S.G. Stepanyan et al. n/e Rejection system of the "Deuteron 2" set-up. Preprint YERPHI 1153(30)-89 Yerevan 1989.

6. K.V.Alanakyan, M.J.Amaryan, S.G. Stepanyan et al., Differential range spectrometer of the "Deuteron 2" setup. Preprint YERPHI 1454(24)-95 Yerevan 1995

7. K.V.Alanakyan, M.J.Amaryan, S.G. Stepanyan et al., Calibration of the "Deuteron 2" setup in the coincidence measurements. Preprint YERPHI 1458(28)-95 Yerevan 1995

8. K.V.Alanakyan, M.J.Amaryan, S.G. Stepanyan et al., The virtual-photon proton coupling in the quasi-elastic "cCe.e'p) scattering. Preprint YERPHI 1459(29)-95 Yerevan 1995

Литература

1.J.Mulders, Phys.Rev.Lett., 54, 2560 (1985)

2.L.S.Salanza, A.Rosental and C.M.Shakin, Phys.Rev.Lett., 53, 893 (1984)

3. S.Boffi, C.Giusti and F.D.Pacati, Nucl.Phys. A435, 697 (1985)

4. S.Boffi, C.Giusti and F.D.Pacati, Nucl.Phys., A139, 61(1979)

5. G.van der Steenhoven et al, Phys.Rev.Lett. 57, 182 (1986)

6. К.В.Аланакян и др., Преприн ЕрФИ-юз5(85)-87 (1887)

7. R.V.Ajvazyan et al. , Preprint YERPHI 1155(32)-89 (1989)

8. K.V.Alanakyan et al. , Preprint YERPHI 1153(30)-89 (1989)

9. K.V.Alanakyan et al. , Preprint YERPHI 1454(24)-95 (1995)

10. K.V.Alanakyan et al., Preprint YERPHI 145B(28)-95 (1995)

11. L.L.Frankfurt and M.I.Strikman, Phys.Rep., v76, 215 (1981); Phys.Rep., vl60, (1988)235

13. K.V.Alanakyan et al., Preprint YERPHI 1459(29)-95 (1995)

12. M.M.Sargsyan, Preprint YERPHI 1331(2£>)-91 (1991)

14. T.de Forest, Phy5.Rev.Lett. 53, 895 (1984)

15. R.L.Jaffe et al., Phys.Lett. B134, 449 (1984)

Подписи к рисункам.

1. Обший вид установки "Дейтрон 2". МС - магнитный спектрометер, ДПС - диференциальный пробежшй спектрометер.

2. Распределение событий с |$чр|<1сг по е^ - (а) и от - (б) для водорода при энергии пучка 1.6Гэв.

3. Зависимость дифференциального сечения реакции 12с(е,е'о! от энергии рассеяного электрона при энергии пучка 1.6Гэв - (а) и 2.06 Гэв - (б).

4. Зависимомть отношений приведенных сечений к от переданного импульса ч. □ - наш данные, • - данные из с5з. Сплошная линия -расчет по ШИП, пунктирная кривая - с-ы модель, точечная кривая - модель разбухания нуклона. Пунктирно-точеные кривые - расчеты по формализму на световом конусе. Кривая (I) соответсвует расчетам по кинематике работы сбз, (2) - расчеты в нашей кинематике.

иэьФиъ «нзчог«» иэьфаъваъ

ЪШЧЬПЪЬ 4TU ЦЬЯйЛивЬЪ НЬЯиЧиОГЬ US'lüeQi&eU'l/ OiUútíTbUübPütüC lzC(e,e'p) QbU^ObUOQiU 1.6 Ч-til ЬЧ

2.06 q-tii tLb4scnvi/bPb ечийьиаиачичиъ вгааъ ш^яаз

ииФОФпаг

Uju шг1иштш1ц>гш1 pbpi)uií> bU môtuniôliji р{1рш[и[1 1}рш (е,е'р) gpifrnb фпрЛшршршЦшЬ mpnjatUgXihpp: Ujrç uipripiriiplibpp umuigtlmö hli pi|tuq]i-uinmàqmlpHU gpilmti m}ipnijpnnl ul^qpUuiljiiili tlhljinpnlitihpfi bplpu thbpq[milibp[i' E^=1.6 h E^=2.06 Ч-t^ ni Ьш11ша]шшша|иш11 gpijraù

tlhl]uipnbbhp|i qpuiligiluili hpl^ni aililjjniljlihp[i rçhujpnnl' =19.и

Ô =14.2 : UJigniyig rjnipu 11щ1ш& tqpiimnlilibpp qpuiligi}b[ hli Pp.=420-i-640MeV/c ui[ipnijpnnl: С1плр<|шй l{)iTibiimui|il]mll рпщ t miuiJiu шлшдфий uipijjnitiplihpp itjmljbl Scnpp U[}ip{i bilqnqum]}i1i IXnmunJnpnipjiati nuihiíraliüUpnuI U тпш\хиц tiU^npiImgtim ^Ыцпрпй-Лрпщфнй сцрпшпЪ itintumqijbguipjmli ilmufib:

djtuuiiniziIipQ Ipamuiptlhi t bplimliji tlhljmpnlraij|ili uiptnquignigjijji e^ rçnipu pUpi}m& tjtiljmpnlimjtili tjiligji ||рш oqtnaiqnpôb[nil "thjuipnli 2' фпр{Сшршрш1]ш11 ишрршфрппХр:

Q¡}uminmlipnil рЬрфпй Ьй qnjnipjnili rnUbgnq шЬаш)]шЪ U фпрЙшршршфиЬ mpqjmUpbbpti ilbp[niônipjniJiii, "l-bjinpnli 2' фпр&иршршЦшЬ ашрршфцнХшЬ ilmlipmtlmali liljuipuiqtipü Ii Ьрш фпрЙшршрш1{шЬ uium|iáuibtni}npiliiili litpnrjbtpli ni rapnjniliplitpp, Jib¡.ujbu Iraili итшд^шй mpijjnilipíibp¡i ( Imifuljtilmuí NIKHEF-nní mnuigi(uiö raprijmliplihpti hhui ilbljinhn ) huiiíhtlujuinnlp uibamlpuli I{mlitumqni2ml|n[illihp{i hhm: