Измерение асимметрии вылета электронов по отношению к направлению спина распадающегося нейтрона тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ им.Б,П.КОНСТАНТИНОВА

ИЗМЕРЕНИЕ АСИШЕТИШ ВЫЛЕТА ЭЛЕКТРОНОВ ПО ОТНОШЕНИЙ К НАПРАВЛЕНИЮ СПИНА РАСПАДАВДЕГОСЯ НЕЙТРОНА (01.04.16 - фгвика атомного ядра и элементарных частиц)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискапи ученой степевя кандидата физико-математических наук

На правах рукописи

КУЗНЕЦОВ ИГОРЬ АЛЕКСЕЕВИЧ

УДК 539.121.4

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 1992

Работа выполнена в Петербургском институте ядерной физики им.Б.П.Константинова РАН.

Научный руководитель:

кандидат физико-математических наук Ю. А.Мостовой

Официальные оппоненты:

член-коррэспондент РАН. профессор С.Г.АОов,

доктор физико-математических наук , Ю.В.Гапоиов.

Ведущее учреждение:

ООъединенныа институт ядерных исследований (г.Дубна).

Защита диссертации состоится " /¿,у'у>4/-'1992 г. иа заседании специализированного совета по присуждении ученых степеней в Петербургском институте ядерной физики им.5.П.Константинова РАН по адресу:

1883ЫЭ, Ленинградская обл., г:Гатчина, Орлова роща, актовый зал института.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПШФ РАН.

Автореферат разослан £'¿У/Д992 г. Ученый секретарь

спС анализированного совета А. Н.Москалев.

-3-

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Основная цель работы состояла в создании вьсокотатонеотного пучка холодных поляризованных нейтронов л проведении на нэм измерений коэффициента а угловой корреляции мезду направлением вылета электрона и спином распадающегося нейтрона с повышенной ' точность!?. При этом одной из задач, которую необходимо Сьшо решить для проведения этих измерений, явилась разработка методики и проведение измерений средней поляризации аирокого нейтронного пучка с погрешностью менее одного процента. Поскольку величина коэффициента а связана с отношеняем аксиально-векторной и векторной констант слабого взашодействия, данная работа позволяла получить информации об этих константах.

Актуальность проблемы обусловлена необходимостью изучения структуры слабого заряженного тока в р-распаде нейтрона. В настоящее время точность измерения параметров /?-распада нейтрона совершенно недостаточна то отношению к току значению, которое они имеют для физики элементарных частиц. Измеряя, в частности, коэффициент а угловой корреляции' "электрон-спин" и сравнивая значение отношения аксиально-векторной и векторной констант, полученное из этих измерений, с подобными же значениями, полученными из измерений других коэффициентов угловых корреляций или из измерений времени жизни нейтрона (с привлечением данных по ядерным 0+-0+ - переходам), мсжно провести проверку возможных отклонений от стандартного у-а-варианта слабого взаимодействия.' Точность знаний констант (Э-распзда нейтрона, достигнутая к началу данной работы, оставляла довольно широкие возможности как для наличия "правых токов" (вклада у+а варианта), так и для присутствия скалярного или тензорного членов в гамильтониане лабого взаимодействия.

Научная новизна. На реакторе ВВР-М создан вертикальный канал холодных поляризованных нейтронев с рекордной интенсивностью 3-1010 н/с, шютностьв потока 6-10* в/сн о и поляризацией р=ЯО%. Разработана методика измерения ерэдавго значения поляризации нейтронов в, широком пучке. Проведаны изкерэная коаКшдаента асим»«этрш вылета электроног по отвошешго к спину распадэищогося

нейтроша с точностью в 1.5 раза выло, чем в предыдущих экспериментах.

Практическая ценность. Созданный вертикальный цучок холодных поляризованных нейтронов позволяет проводить уникальные по точности эксперименты по измерению угловых корреляций в /з-распаде нейтрона. Разработанная методика изкерзнкя сроднвй поляризации нейтронов в широком нешнохроматнчоском пучка позволяет измерять поляризации с точность® лучше 12. Результат измерения коэффициента а угловой корреляции "электрон-спин" дает возможность поставить более жесткш ограничения на присутствие в гамильтониане членов скалярного или тензорного типа, а срялнэние полученного результата с даншш, полученннмл из измерение времени жизни нейтрона, позволяют сделать вывод о возможности проявления "правых токов" в -распаде нейтрона.

Автор защищает результаты:

1. На реактора ВВР-М ЛШФ им.Б.П.Константинова создан канал холодных поляризованных нейтронов с рэхордной интенсивностью

Ю -

цучка. Общий поток нейтронов составил 3-Ю н/с, сечение пучка 120x40 • мм2 и. соответственно, плотность штока 6-Ю8 н- сиР/с. Длина волны, соотвьтствукдая максимуму пате нсивности, равна

л »4.2 а.

ШАХ

2. Разработана методика и создана аппаратура для прецизионного опрадогения средней поляризации нейтронов в широком пучке. Методика основана на использовании шкрокоаппэртуриого щелевого зеркального анализатора, .анализирующая способность которого предварительно определялась с помощью узкого пучка нейтронов с известной поляризацией, определенной анализатором Пторна-Герлвяа. Данная методика позволила измерить поляразащш сирокого нейтронного пучка, усредненную по спектру, с погрешностью ±0.85%.

3. Проведена шдершзоция установки дня измерения константе а угловой корреляции г.зяду направлением шдвта электрона и спинок рьспадазжегосп нейтрона и адаптация этой уставоахп к работе на Еэртсжалыюм канале роактора ВВР-М. Скорость счета актов распада составила 3 пт./с пр- йокз 1-1.6 • т./с. Это позволило достичь статистической чувствительности ;(3.5+4)2 за сутки.

-54. Проведаны измерения коэффициента а угловой корреляции "электрон-спин" в ^-распаде свободного поляризованного нейтрона. Получено значение

л=-0.II3I±0.0014, которое в 1.5 раза превосходит по точности результат, полученный на высокопоточном реакторе ill, и находится в согласия с дашлжи других измерений. Однако параметр >., извлекаемый из этой величч-шн в раусах стандартного v-a- варианта слабего взаимодействия, отличается от значения >.., подученного на наиболее точного измерения времени жизни нейтрона , на 2.9 стандартного отклонения. Привлечение полных шгрешх даншпг. еще более увеличивав! это расхождение, которое пока нэ имеет однозначного объяснения,

Структура и объем работа, Лиссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы та 67 наименований. Общий объем диссертации составляет 99 страниц, вкличаг. 6 таблиц и 20рисункоЕ,.

СОДЕРЖАНИЕ. РАБОТЫ.

Во введении кратко освещается предыстория вопроса, сформулирована цель работы и излагается план диссертации.

В первой главе дается обзор теоретической и экспериментальной ситуаций fl исследовании структуры слабых t заряженных токов.

Особое внимание уделено /^-распаду нейтрона. В настоящее время общепризнанным является v-a- вариант теории слабого взаимодействия, в котором слабые токи, определяющие структуру лагранжиана, имеют векторную и аксиально-векторную природу. При этом из 6 формфэкторов (3х векторных и 3х аксиально-векторных) основной вклад в амплитуду распада нейтрона дают векторный cv и аксиально-векторный еа формфакторц.

В первом приближенна, осли нэ учэтивать кулоновское взаимодействие частиц в конечном состоянии, поправки на радиационные процессы и рассматривать т< ько векторный и аксмлыю-векторный формфактерм (или их отношение х=<г 'в мовно

напас ть простые вкрахвшш для эксдаршавятальш) наблюдаемых в распаде нейтрона величин - периодя полураспада т1/2 и констант угловых корреляций а. А, В V D

Плотность вероятности гз-распада нейтрона с вылетом электрона и антинейтрино в заданных направлениях записывается в общем виде:

VCE ,Р ,Р >»WCE >tl+a-Cosff +А - - • Cos» +В ■ Cos +

е в и в с ev с сге <7V jjj

+D--Sln» -Cos© 3. с ei> огр

Здесь - аптность вероятности /з-paспада с энергией

электрона Ее jpn произвольном направлении вылета частиц ; a-константа р-четной угловой корреляции между направлениями вылета электрона и штага йтрило; а-константа р-нечетной корреляции между направлениями вылета электрона и спином распадавшегося нейтрона; р-констант р-нечетной корреляции мезду валетом антинейтрино и спином распадающегося нейтрона; г>-трехвекторн8Я т-нечетная корреляция, отличие которой от цулл означало бы нарушение временной инвариантности. Углы ^-углы ыожду соотватствуидши векторами.

Эти константы в v-a- варланте теории будут иметь вид :

' , Л0-21М!±ЩС£££

1+3 l^l*2 1+3

(2)

1+з¡л] " 1+з|Х) г

Здесь ееэдэно обозначение

Видно» что есла пренебречь возмэзннм нарушением т-ппвариантЕоста (констляте э заведомо ншке нескольких десятых процента, что означает отлзчив <р от too' на величину кэаав 0,2°), , то есв остальные езллчпны -а, а, п с будут однозначно связаны с фундаментальной константой \. Причем, если для вычисления х из донких по времени :азни необходимо привлекать еще п данные по "©сто ©»ршевскни oW- пароходам, то зз даашсс по утловт корреляциям зта селЕЧша лзвлвкс ?сп пэпоерэдетвенно.

Зсаользуа гыразаппя (2), пзмзрчв коз^фацкоетн углових

хоррагада, ;гзяго, саачзние зогстаази Но эти шрагвшя

справедливы только з первом пряблягеиш и для корректного вычисления величины х необходимо учесть поправки, связанные как с иалнкя членами в лагранжане, так и с рэдиацкон^я.гл процессам, конечность!) ьеассп протона отдачи и так далео. Вычисления показывает, что полная поплавка к величшю л оказывается равной

Следует сп'отлть, что коэффициент л угловой коррелячк; "злектрон-сшш" является наиболее удобным объектом для изучения, поскольку ого измерение не сбязвно с необходимости) регистрации антинейтрино или восстаповленкем кшематакл распада с помощыэ регистрации протона. Км кзкерсжия констаптц а в принципе достаточно одного детектора электронов, расположенного вблизи пучка поляризованных нейтронов. Процедура таиерэньй сводится к счету числа распадов при двух противолологных ориентэциях спила нейтронов.

Однако, вплоть до последнего времени, -такая ' простая постановка опыта быля невозможна, так ■ как фон детектора электронов от излучения вблизи нейтронного пуч:са па ректоре всегда во шгого раз превосходит эффект от электронов рэспада. Поэтому в устаповках регистрировались как электроны, так к протоны распада, детектора которых включались на совпадения.

Но тут возникает серьезная проблома - как отделить в экспериментальной асжметрии часть, зависящую от корреляции "электрон-спин", от вклада сшг ной корреляции "онтинейтрино-спшГ (Ои1), поскольку спектр и угловое распределение протонов отдач:;' зависят от того, куда полетело антинейтрино.

В ранних работах по измерении константа а вклад эффекта от корреляции "антинейтрино-спин" учитывался с покоило расчвтшг поправок и точность, достигнутая в этих экспериментах^, биле невелика.

В работах Аргонпской лаборатория 1970' и 1975 гг. использовался именно такой подход Окончательный результат работе этой группы а»-0.113±0 ооа.

Эксперименты по гоиэрешш константы а в лаборатории 1Ш им.Курчатова с самого начала ставились так, чтобы свести п шипгмуку всяческие расчэттм поправки .Основная идея постановлю

опыта заключалась в том, чтобы обеспечить физическое интегрирование счета совпадений электронов распада и протонов отдачи по всем направлениям вылета антинейтрино и исключить влияние корреляция "ангинеитрано-саин".Окончательный результат

работы а--0.114 ±0.003.

В работе, выполненной в 1984,-85 гг. в Институте Лауэ-Ланже-зена (Гренобль) впервые благодаря низкому уровню фона удалось провести измерение электрон-спиновой асимметрии без помощи совпадений с сигналами от детектора протонов отдачи, и это сняло все проблемы, связанные с замешиванием угловой корреляции "антинейтршо-сшн".В результате 150 часов работы на пучке экспериментальное значение константы а--0.116+0.002.

Во второй Главе дано описание вертикального канала холодных поляризованных нейтронов на реакторе ВВР-М, а также методики и результатов измерения средней поляризации

Основой канала является четырехщелевой зеркальный поляризуоций нейтроновод» щели которого изогнуты попарно навстречу друг другу с радиусом кривизны 310 м. Поперечное сечение каждой щели 120x6 ш, вогнутая поверхность.ееркал имеет покрытие fe-co. выпуклая покрыта 5"ш-мо.

Для создания на зеркалах магнитного поля используется соленоид, надетый на кожух нейтрововода, по которому пропускается ток 500 А.

Поток нейтронов на е ходе канала был измерен методом активации золотой фольги и составил 3'101° н/с лри полном сечении пучка 120x40 мм2. Плотность потока составила 6-10° н-смг/с. Длина волны, соответствующая максимуму интенсивности, равна xmaj<-4.2 а.

При постановке задачи по измерении средней поляризации в * сироком нейтронном пучке принималось во внимание то, что для измерения коэффициента а с точностью I-I.5 процента необходимо измерить усредненное значение поляризации нейтронов с точностью не хуже I процента.

Широко используемый для Спроделения поляризации метод второго отражения но годится, т.к. погрешность, принципиально

присущая этому методу, может достигать (5-10)% при величине самой поляризации (80-90)%.

Наиболее надежным способом определения поляризации, дающим принципиальную возмояпюсть обеспечить точность измерения на уровне десятых долей процента, является мзтод, основанный на эффекте Штерна-Герлаха.

Однако серьезным недостатком этого метода является очень малая "светосила" анализатора, построенного на магните Штерна-Герлаха.Поэтому для получения надежного значения средней по пучку поляризации необходимо проводить подробное сканирование по всей площади поперечного сечения пучка и во всем диапазоне углов, под которыми летят нейтроны. В действительности осуществление такой программы выливается в весьма трудоемкие измерения по нескольким сотням точек, дляциеся. как правило, много недель при круглосуточной работе.

Для решения задачи определения усредненного значения поляризации нейтронов в пучке с точностью лучше одного процента била предложена новая методика измзрений, основанная на использовании "светосильного" анализатора - короткого щелевого поляризующего нейтроновода, спектральная поляризационная характеристика которого (функци" рз(х)) определена на специаль. о, сформированном "опорном" пучке, прокалиброванном с помощью анализатора Штерна-Герлаха. Ширина зеркал анализатора перпендикулярно его зазору била выбрана достаточной для того, чтобы анализатор мог перекрыть весь исследуемый пучок в поперечном по тношеншэ к щелям поляризатора направления, так, чтобы через анализатор одновременно проходили нейтроны, отраженные от зеркал поляризатора во всем диапазоне углов.

Схема измерений выглядела следущям образом:

I. С помощью специального коллиматора выделялся оьорниЯ пучок такого сечения н угловой расходимости, что он целиком проходил через зазор магпито Штерна-Герлаха. С иомо^ью анализатора Штерпа-Герлаха и диска-прерывателя, установленного под коллиматором, снималась энергетическая зависимость поляризации в опорном пучке Рпо(\).Одаовроьшвно записывался и сам спьктр го). Усредненное по спектру значение поляризации

-10-

_ ГР СкУ-Г </\>с1Л

вычислялось по формуле р ~—---?-. а такте

/г <х><^

непосредствеето исмерялось путем интегрального счота при остановленном прерывателе.

2. Вместо анализатора Штерна-Герлаха на опорный пучок устанавливался анализатор - щелевой нейтроновод, и с. помощьь флиппера измерялась функция поляризационного отношения

Так ме.кэк и в случае анализатора Штерня-Герлаха, двумя способами определялось интегральное значение

Искомая спектральная зависимость поляризующей способности анализатора вычисляется как

к

по

поскольку ко<х>-рпосхэ-ра<х>.

Может быть определено при этом и среднее в спектре значение 2-2---(4)

*г <х)(1,\ о

__"к к .

(Следует отштггь. что р , так как (-- )*■—° .)

р р "р

по по по

3. Прокалиброванный щелевой анализатор устанавливался па исследуемом .пучке так, чтобы зеркала анализатора были ориентированы перпендикулярно щелям поляризующего нейтроновода. При этом через анализатор проходил весь поперечный профиль пучка с полным набором углов отражения от зеркал поляризатора и содерзащий все соответствующее этим углам распределение по поляризации. После измерения поляризационного отнояения к по известной функции анализаторе р~ определялось искомое среднее значение поларизации нейтроннного пучка.

С ц^льэ упрощения процедуры измерений была исследована

воомоааость использования только интегральных измерений ш.-рабочем пучке.

В этом случае значение поляризации исследуемого пучка определяется по формуле

г,. (5)

где поправочлнй ховф&тм&п? < учитивгет раолхчиэ Ш'зщ

усреднешем произведения грех сомножителей по спектру г (х) йсследуемого пучка от произведения, соотв&тстветю, трех средних значогай, из которых величины p~oh усродяонн по спектру Опорного пучка га (х), а поляризациошюе отношение i? - по спектру

Коэффициент С тоадественно равен i, если опорный к Исследуемый пучки обладают одинаковыми спектрам* и одним и том асе энергетическим ходом поляризации (то ость если рп<>о-г^ roo н

Р ОЛ-Р~ F(X>). по по ' •

Требование это не является очень жестким, поскольку опорный цучок является частью исследуемого пучка.

Для того, чтобы понять, насколько чувствительна величина коэффициента < к степени нарушения этих требований, былп использованы результаты расчета средних ве.лчин R¿x) и выполненные для спектров г(х) и х-г(х) на основе данных, полученных в калибровочных измерениях.

С помощью этих величин была промоделирована ситуация, когда спектром опорного пучка являлась фугкция *(х), а спектром исследуемого - л-г(х).

3 атом случае роль поляризации и поляризационного отношения па исследуемом пучке играют г\7 и и

Í ■»_■ .02.1 ±0.003.

Р n,

О 1 /V

Столь небольшая поправки (.2%) при сильнейших различиях в спектрах показывает оправданность испэ-г.зования средних интегральных величин как в калибровочных, так и в основных измерениях.

Было проведеш три измерения средней поляризации нейтронов в рабочем пучко и получены следующие значения:

Pn-O.Ö72iO.OI5 (декабрь 1933 г.), rn»O.OI5iO.OII (май IS89 Г. >,

Pn»0.7G67i0.0070 (декабрь 1989 г.).

Различия в величию пояяризацхм в декабре 1983 г. и в мао 1939 г. объясняемся том. что а марго произошло ухудшение поляризации из-за неисправности а одно?? та катуввк соленоиде.

Измерения a иао а декабре 1389 г. расходятся всего на двь

взаимные ошибки (¿p-0.02ai0.013), ч'№ не является статистически значимым, а кроме того может быть объяснено неполным обмером пучка в мае, когда измерения проводились без сканирования по углу расходимости нейтронного пучка.

Приведенные выше значения поляризации использовались в дальнейшем при вычислении коэффициента угловой корреляции "электрон-спая", причем погрешность в определении поляризации дала основной вклад в общую погрешность.

В третьей глава описана экспериментальная установка и методика измерения угловой корреляции "электрон-спин".

Измерения константы угловой корреляции "электрон-спин" проводились на базе методики и аппаратуры, разработанной в ИАЭ им.Курчатова.

Установка (рис.1) содержит два детектора (электронов и протонов), расположении по обе стороны нейтронного пучка. Детектор электронов 2 представляет собой ФЭУ-ПО со сцинтилляционной пластмассой толщиной 3 мм и диаметром 75 мм, а детектор протонов отдачи I - ФЭУ-ПО с тонким (толщиной I мкм) слоем с.-з1 (Т1). Нейтронный пучок, ограниченный диафрагмами из спрессованного порошка биг, проходит вертикально через закрытые 10-микронной алшиниэвой фольгой окна в цилиндрическом злектроде. Происходящие внутри этого электрода акты распада нейтронов, сопровождающиеся появлением электронов с энергиями от 0 до 780 к; В и протонов отдачи с энергиями от 0 до 750 эВ, могут регистрироваться детекторами, в ¡стачанными на совпадения.

Диафрагма, расположенная на торцевой сетке цилиндрического электрода со стороны детектора электронов, ограничивает область пучка, из которой регистрируются электроны распада (заштрихована на рис Л).

Ыезду электродами 5 и 6 прилоггено вытягивающее напряжение (2.5 кВ), достаточное для того, чте^ы любой протон отдачи, розданный в заштрихованной области, независимо от его первоначальной энергии г. направления вылета, был вытянут из области распада в сторону протонного детектора. Попадая в поле 25 кВ, приложенное мезду электродом 5 и сферической сеткой 7,

протонл ускоряются и фокусируются на детектор I.

Вся установка окружена тремя парами рамок с током, с помощь» которых можно создать однородное магнитное поле в каждом кз трох ортогональных направлений. Две из этих пар рамок используются для компенсации внешних полей и шля Земли (с точностью не хуже 0.02 Э), а третья пара обеспечивает ведущее магнитное поле в камере, направленное по эе оси и равное - I эрстеду. Изменение направления поляризации осуществляется, с помощью радиочастотного адиабатического флиппера, расположенного перед камерой по ходу нейтронного цучка.-

Рис.14. Конструктивная схема распадной камеры.

1-детектор протонов; 2-детектор электронов; 3-свшцовая защита; 4-коллиматор; Б-сфешческий ускоряодий электрод; 6-вытягиваодиа электрод; 7-сферичесхая сетка; 8-область распада; Э-высоковольтный ввод; Ю-дизфрагмы пз 6иг; П-шеший корвдор; 12-верхний коридор; 13-вакуушая откачка.

При проведении измерений регистрировался счет совпадений двух детекторов при противоположных направлениях поляризации нейтронного пучка. Если обозначить через и м" число совпадем при противоположной поляри?«ции пучка, то пряОоряая асимметрия х:=см+-м~>/сг<++м~> будет равна

x - »а р с-> со89 ,

и%гГ с

откуда а - *— - ■ —. (6)

__с «те

Здесь соа&^-усре дленное значение косинуса угла между импульсами регистрируемых электронов и направлением поляризации

пучка нейтронов;-' -среднее значение £ по интервалу энергий электронов, регистрируемых детектором.

Таким образом, изморив экспериментальную асимметрии х и среднюю поляризацию пучка р, а также зная с необходимой точностью

значения и соя^, мотао определить константу а угловой корреляции "электрон-спин".

Измерение асимметрии х проводилось с помощью регистрации совпадений сигналов от протонного и электронного детекторов в двух счетчиках при противоположных направлениях поляризации нейтронного пучка. Учет фона случайных совпадений проводился методом сдвинутых совпадений в другой паре счетчиков. Кроме этого, информация записывалась в память. ЭВМ "Электроника-60" в виде двумерных спектров "энергия электрона - время прилета протона", что позволяло, во-первых, контролировать полояенио временного окна совпадений н отрезать мгновенные совпадения, происходящие не вследствие распада нейтронов, а из-за комлтоновского рассеяния г-квантов и подобных быстрых парных процессов, и, во-вторых, определять интервал энергий регистрируемых электронэй.

Ьадезиюсть полного сбора и регистрации всех протонов, рокдящнхся Е .распадной области, была тщательно проворена в предыдущих .работах на данной установке. О етой целью сило проведано час ленное моделирование, а таю» прямые эксперименты на нейтронном пучке и о помощью специальной протонной пушен.

В результате всех втих проверок было показано, что все

цротоны отдачи, которые соответствуют энергии электронов от 145 до 780 кэВ и возникают в пределах области распада, надежно регистрируются системами фокусировки и детектирования. Модернизация установки, проведенная на реакторе ВВР-М, "голысо облегчила условия сбора и фокусировки протонов.

В процессе работы неоднократно проводились проверки па отсутствие ложных приборных асимметрий и на отсутствие влияния сшш-флиппера на работу систем регистрации. Во всех случаях было показано отсутствие ложного эффекта с достаточой степенью точности.

Статистическая точность, достигнутая в эксперименте,' составила ± 0.66%.

Определение среднего значения

Так как в выражение (6) входит усредненное значение (~), то необходимо знать реальный спектр регистрируемых электронов с учетом энергетического разрешения детектора, а. для этого надо провести калибровку энергетической шкалы детектора п определить форму аппаратурной линии,

из

Это било сделано с помощь» источников электронов 2п н

137

сэ, предварительно прокалиброванных, в свою очередь, по конверсионным линиям в электронном спектре 190аи с помощью магнитного бета-спектрометра.

113 и?

Прокалиброванные источники 5п и 10 с® использовались в дальнейшем в качестве вторичных эталонов для определения соответствия между каналами в бета-спектро и значениями энергии электронов.

При расчете ■■величины (£> форма истинного энергетического спектра электронов принималась в виде фермипвской функции для разрешенных переходов:

УСЕЭ+СЕ+тс2) <Е -Е>2 / <Е+тс2>2-т2с'1 СЕ ~702КЭВ>, тих тал *

э значения энергий, соответствующих границам аппаратурного спектра, использованного в измерениях, определялись по данным энергетической калибровки. В кач стае аппаратурной функции использовалась функция Гаусса с <т=ол2б • с наложенным па нее "хвостом" равномерного распределения, прос торящегося от 0 до е я

составлявдего G% по площади. Этот "хвост" образуется за счет обратного рассеяния электронов от сцинтилляционной пластмассы, а его вклад в аппаратурную линию был определен в отдельном измерении с магнитным спектрометром.

Данная методика калибровки энергетической шкалы и определения формы аппаратурной линии обеспечила точность в

определении усредненного значения (5-) ±0.2%.

Определение Gos&J0.

Сам расчет среднего значения Cos&cre для электронов, попадающих из области распада в пучке на о-детектор, не представлял каких-либо проблем. Отметим также, что ввиду малого

отличия оов&^д от единицы, неопределенности в геометрических размерах слабо. сказывались на этой величине. Так, например, ошб: . в положении центра тяжести пучка в камере на гЗ мм

приводит к погрешности в величине coso^, равной всего ±0.1%.

Основным фактором, определявшим погрешность в этой величине, является рассеяние электронов распада от стенок камеры и электродов фокусирующей системы. Это рассеяние может прирасти к попаданию на сцинтшиштор детектора электронов, вылетевших в акте распада в другую сторону, что приведет к тому, что реальное значение среднего косинуса угла меяду направлением вылета

влектрона и спином соео^ будет отличаться от расчетного.

Для проверки этого эффэкта был поставлен специальный эксперимент с вращаащимися источником электронов в центре распадаой области.В результате было показано, что доля электронов, попавших в детектор за счет рассеяния в камере составляет (0.2±0.2)%.

Учитывая что в условиях реальной геометрии установки угол первоначального, направления вылета рассеяных электронов близок к 180" и, следовательно, со&о^ для таких электронов мало отличается от -1. была введена поправка -0.4% в среднее значение

а°*6(л, • 8 погрешности в определении этой величины приписиш пределы ±0.4Ж.

В четвертой главе приведены результата измерений и их

обсуждениэ.

Скорость счета события распада составляла в работе в срьднем 3 шт./с. При этом зягрузхэ в /»-детекторе - 1000 шт./с в осповзом за счет радиационного фона .Зэт'рузка протонного детектора была равной 2500-3000 шт./с, и основную ее часть составляла протоны распада, собранные из всей части нейтронного пучка, ограниченной вытягивающим электродом 6.

При таких загрузках детекторов и длительности временного окна 0.5 мкс скорость счета случайных совпадений составляла I-I.5 шт/с. Скорость набора статистики в измеряемой асимметрии х при этом достигала £2.6-Ю-3 за сутки работы установки. Поскольку ' само значение * составляло порядка 0.075, -о установка позволяла за сутки достичь относительной статистической точности ±(3.5+4)%.

Всего за время работы было зарегистрировано около • 10й событий распада.

В предварительных измерениях, проведенных в феврале и anpej -мае 1989 г., были получены следующие результаты: л=-0.П40±0.0П57 (февраль 1989), а=-0.1095*0.0039 (апрель-май 1989).

Основная часть экспериментальных данных была получена в конце 1989 -начале 1990 гг. с подробным а наиболее надежным измерением поляризации, проведенным в январе 1990 г.

На рис.2 представлена гистограмма нормализованного распределения экспериментальных величин |x|/<v7c), построенная по

1X2 сериям измерений. При этом jx|x<v7c>=0.08637±0.00061 И получается равным 5.92 для 12 степеней свободы, что означает непротиворечивость гипотезы о нормальном распределении полученных данных на 90% уровне достоверности .

Для окончательного вычисления коэффициента а в величину

|x|/<v7S>=0.08637±0.00061 была внесена поправка, связанная с. воз-моа2шм дрейфом поляризации и определенная из анализа распределения

экспериментальных данных по времени измерений. Было получено

значение

|v'/Cv7c>=0.08660±0.00061 .

' Проистекенщую иъ этого неопределенность t0.383 следует

ыиючить в обади погрешность пзмерзнш-;,, Таким образом :

¡X|/'с77г>=0.08660±0.00051б СозО^ =0.9705+0.004 „ рп-0.7867+0.0070 (и ±0.003,за счет возможного дрейфа). Из этих данных лолучаэм значение

а=-0.Н34±0.0015. Учитывая предварительные результаты, получаем окончательный результат а=-ОЛД31±0.0014.

/I

гТ

К

13

!

\!. N

N •А

-1.В87 2.399

Рис.18. 1исгрграмма нормализованного распределения

экспериментальных данных. Ломаная линия соответствует

теоретическим значениям распределения.

Обсуждение результатов

Полученный результат не противоречит денным, полученным в предыдущих работах.

Для сопоставления величины константы а с другаш величинами в рамках стандартного (у-а)-варианта слабого взаимодействия надо сделать поправку В8 малые члени. Для условий нашего эксперимента (диапазон энергии электронов -250-780 кэВ) она составляет -О 0015. Таким образом,

-19-

а =-0.1П6±0.0014.

о

Определенное отсэда значение отношения аксиальной и векторной констант слабого взаимодействия, полученное в нашей работу

хд=-1.2544±0.0037.

Вычисленное среднемировое значение оказывается равным ао=-0Л126±0.00П,

откуда

хд=-1.2570*0.002^.

Наиболее чувствительную проверку согласованности данных по константам угловых корреляций в рамках (у-а)-теории Моано провести, используя критерии, предложенные Ю. А. Мостовым и' Л.И.Фрашши"

р1»1+а-в-а»0; р2»ав-аг-а-0.

Подставляя сада значение ао и используя зпа .лшя ао=-0.I017±0.0051 и в=+1.00»0.03,получаем

Р^-О.ОПЮ.ОЗ, р2=-0.0018±0.0050, то есть данные по всем трем угловым корреляциям являются внутренне соглас ,ашшга.

Однако, если сравнивать значение величины полученное из измерений коэффициента а, с той же величиной, полученной из измерений времени гязни нейтрона с привлечением данных по 0+-0+ переходам, то согласие становится значительно хухэ. Принимая в качестве среднемирового значения | \ | =1 •2.68310.0013, получаем

|\|-|\>0.0113±0.0031, то есть различие составляет 3.7 стандартного отклонения.

Указанное расхоздэние является статистически значимым и, поэтому, требует объяснения. С одной стороны,аэ исключено (хотя и »маловероятно) наличие каких-то неучтенных систематических погрешностей как в измерениях коэффициента элоктрон-спинозой корреляции, тек и в измерениях' времени газни нейтрона.

С другой стороны, данное расхождение моззт и не бить связано с погрешностями экспериментов п тогда возможны различные объяснения.

Например, расхгждзЕКЭ ¡.жетт быть связано с непрэг'ллъвкм учетом поправок к экспериментальным величинам Тругоэ возкшноэ

объясноние вышеуказанного расхождения состоит в наличии примеси "правые токов", то есть части лагранжиана, в котором представлен v+a-вариант теории. Анализ показывает, что путем введения правых токов можно легко добиться согласия в экспериментальных данных по угловым корреляция и по времени жизни нейтрона. Однако, здесь возникают трудности при сопоставлении данных по распаду найтрона с данными по р-»е - распаду и требованиями унитарности матрицы Кобаяш-Мэскава.

Не согласуется с экспериментальными данными и попытка введения примесей скалярного еле тензорного взаимодействия .

Таким образом, пока не предложено однозначного и непротиворечивого теоретического объяснения расхождения г Поэтому, с одной стороны требуется повышение точности и надежности измерений, а тазшэ расширение круга экспериментов -измерение нейтринных угловых корреляций (констант а и в), поиски и измерения эффектов "слабого магнетизма" и др. С другой стороны, необходимо проверить правильность учета всех поправок и попытаться найти физичесше причины расховдения.

В заключении сформулированы основные результаты работы. Апробация работа. Материалы„ представленные в диссертации, докладывались

1. На сессии ОЯФ АН СССР, Москва, 22-24 января 1990 г.

2. На Всесоюзном семинаре по нейтринной физике, Москва, 5 июня 1990 г.

3. На Международной школе "Физика слабых взаимодействий при низких энергиях", Дубна, д-13 сентября 1990 г,

4. На х-оЯ Международной школе по нейтронной физике, Алушта, 9-23 ОКТЯбрЯ 1990 г.

5. На семинаре в Национальном институте стандартов и технологий

(N13Г, Galtherbure). США, 9 ОКТЯбрЯ J990 Г.

6. 7-ом Международном симпозиуме по захватной ^-спектроскопии и связанным вопросам, Ассиломар, Калифорния, США, 14-19 октября 1990 г.

7. На научной конференции ОЯФ АН СССР "Фундаментальны-взаимодействия элементарных частиц", ИТЭФ, Москва, 2G-29 НОЯОрЯ 1990 г.

-218. Земной школе ЛИЯФ 1991 г.

9. KSTX Recontro de líoriond on elec tro-weak interactions and uniiiod theories, 17-23 march 199t.

10. На сеьгинаре в ill, Гро'юйль, Франция, 21 марта 1991 г.

Опубликованы в работах:

1. Алтарев И.О., Воровико! Н.В., Булккн А.П., Весна В.А., Гарусов Е.А., Григорьева Л.А., Егоров А.И.. Ерозолимский Б.Г., Ерыкалов А.Н., Захаров A.A., Иванов С.Н., Кезерашвили Ь.Я., Кирсанов С.Г., Коломенский Э.А., Коноплев К.А., Кузнецов И.А., Лобашев В.М., Маолов Н.Ф., Китшляев В.А., Окунев И.О., Песков Б.Г., Петрлп D.B., ' Никулин Р.Г., Пирожков A.n., Порсев Г.Д., Серебров А.П., Соболев D.B., Тальдаев P.P., Шустов В.А., Щобетов А.Ф. Универсальный жвдководородиый источник поляризованных холодных и ультрахолодных нейтронов на реакторе ВВР-М

J¡ 'Jb.// Письма в ЖЭТФ. 1986. Т.44. В.6. С.269-272.

2. A.c. $ 1414197. Устройство для получения холодных и уль ахолодвых нейтронов./ Алтарев И.С., Ерозолимский Б.Г., Кирсанов С.Г., Кузнецов И.А., Серебров А.П. (СССР).

3. ллтярэв И.О., Ерозолимский Б.Г., Захаров A.A., Кирсанов

C.Г., Кузнецов И.А., Митюхляев В.А., Серебров А.П. Универсальный нейтронш источник с контуром естественной циркуляции жидкого водорода реактора ВВР-М. Препринт ЛИЯФ-1406. Л. 1988. 15 с.

4. Б.Г.Ерозолимский, И.Д.Кузнецов. Н.Ф.Маслов, И.В.Степаненко. Измерения средней поляризации__ нейтронов В широком пучке. Препринт ЛИЯФ й 1574. 1990 г ..34 с.

5. В.Г.Ерозолимский, И.А.Кузнецов, И.А.Куйда. В.А.Мостовой, И.В.Степанеико. Новые измерения асимметрии валета электрона по отношению-к спину распадающегося нейтрона. Препринт ЛИЯФ % тьео. 1 990 Г., 27 с.

6. Ерозолимский Б.Г.. Кузнецов H.A., Куйда H.A., Мостовой

D.A., Степаненхо и В. Измерения ас:?матр:т вмета электронов по отношении к направлению спина'

распадающегося нейтрона.// ЯФ. 1990. Т.52. Бш.6(12). С.1583-1594.

B.G.Brozollmskll. I.A. Kuzno tsov. I. A.KuJda. Yu. A.SIoatOToy. I.V.Btepanenko. New sieasurementa of the electron—neutron spin aaymnetry.// Phj- Lett.B, 1991, Vol.261,N1„ Р.ЗЗ-Э8.

РТП ЛИЯФ, вак.639, тир,100, уч.-изд.лЛ; 8/IX-I992r. Бесплатно