Обнаружение и исследование η-мезонных ядер в процессах фоторождения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.23 ВАК РФ

Российская академия наук Физический институт им. П.Н. Лебедева

Не правах рукописи УЖ 539.124.17

СОКОЛ Гарри Арсентьевич

ОБНАРУЖЕНИЕ И ИССЛЕДОВАНИЕ п- МЕЗОННЫХ ЯДЕР В ПРОЦЕССАХ ФОТОРОЖДЕНИЯ

Специальность: 01.0416 -физика ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертаций ва соискание ученей степени доктора физико-математических наук

Москва 2004

Работа выполнена в Физическом институте им. П.Н. Лебедева РАН.

Официальные оппоненты:

член-корреспондент РАН РИТУС Владимир Иванович

доктор физико-математических наук КУРЕПИН Алексей Борисович

доктор физико-математических наук КОНДРАТЮК Леонид Аксентьевич

Научно-исследовательский институт ядерной физики им. Д.5. Скобельцына (НИИЯФ МГУ)

Ведущая организация:

Защита состоится " ... ноября 2004г. в часов на заседании диссертационного совета Д002.023.02 Физического института им. П.Н. Лебедева РАН по адресу: 119991 Москва, Ленинский проспект, 53.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФИАН.

Автореферат разослан ".,

4-х

2004г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Д002.023.02 доктор физико-математических наук

Я.Н. ИСТОМИН

2005-4' 12727

Содержание

1. Общая характеристика диссертации 4

2. Содержание диссертации 7

Введение. 7

Глава 1. История поиска 77-мезонных ядер и физический интерес в их исследовании 7

Глава 2. Метод идентификации т}-мезонных ядер 16

Глава 3. Постановка эксперимента по обнаружению г;-мезонных ядер на 7- пучке синхротрона ФИЛИ "ПАХРА" 19

Глава 4. Автоматизированная двухплечевая спектрометрическая установка 23

Глава 5. Результаты эксперимента и обработка экспериментальных данных 27

Глава 6. Обсуждение результатов 34

Заключение 38

3. Благодарности 39

4. Публикации по теме диссертация 40 Ссылки 42

РОС. НАЦИОНАЛЬНА* БИБЛИОТЕКА & Петербург 4jfQ О» МО frr'Ttg |

1. Общая характеристика диссертации

Актуальность работы. Работа посвящена экспериментальному исследованию возможности образования связанной ядерной системы - »/-мезона и ядра А, так называемых 77-мезонных ядер, в реакции фоторожден ая Проблемы существования 77-мезонных ядер и их исследование оказываются в настоящее время актуальными как в физике элементарных частиц, так и в физике ядра.

Возможность образования 77-мезонных ядер была впервые проанализирована Лиу и Хайдером в 1986 г. [1,12], которые показали, что такие ядра могут существовать В своих расчетах [12] они использовали значение длины рассеяния anN , характеризующее силу rjN взаимодействия, полученное в работе [8]. Ими были рассчитаны уровни энергий и ширины уровней 77-мезона в таких ядрах. Ими же был предложен эксперимент по поиску 77- мезонных ядер в реакции с 7г+-мезонами [12]. Однако, эксперимент, проведенный в Брукхейвенской лаборатории в 1988 году, имел отрицательный результат -rj-мезонные едра не были обнаружены [2]. В этой связи дальнейшие экспериментальные исследования, направленные на обнаружение 77- мезонных ядер представляются актуальной задачей.

Цель работы . Цель работы состояла в развитии модели образования и эволюции г) - мезонных ядкр , на основе этой модели разработке метода идентификации 77-мезонных ядер и проведении эксперимента по их поиску в фотомезонных процессах с использованием 7-квантов тормозного излучения 1 Гз В-ного электронного синхротрона ФИАН "ПАХРА".

В настоящей работе была предложена модель формирования, эволюции и распада 77-мезонных ядер. Основная идея, заложенная в модели, состояла в предположении о возникновении в ядре 77- мезонов в результате фоторождения 5ц -нуклонного резонанса и его последующего распада на r]N -пару . Далее в ядре для 77-мезонов малой энергии возникала последовательность актов образования и распада 5ц-резонанса по 77ZV-каналу :

t)N Sn ^N

с завершающим эту последовательность распадом 5ц(1435)-резонанса на 7гЛГ-пару.

Для идентификации 77-ядра использовалась регистрация этой коррелированной по углу и энергии (irN)-na.pu.

Научная новизна работы. Научная новизна работы состоит в экспериментальном обнаружении »7-мезонных ядер в реакции фото]юждения и обнаружении энергетического сдвига АЕ в положении максимума распределения по суммарной энергии Е(тг + N) регистрируемых (жN) -пар, возникающих от распада Sn (1535)-нуклонного резонанса внутри 77-мезонного ядра, по сравнению с аналогичным распределением для распада свободного Sn(1535)-pe30HaHca.

Величина ДЕ может рассматриваться как оценка энергии связи 5ц(1535) резонанса в 77 -ядре или как оценка изменения эффективной массы 5ц -резонанса в ядерной среде

Факт обнаружения 77-мезонных ядер состоял в появлении резонансной структуры в выходе (7гЛГ)-пар при энергии концаспектра тормозного излучения Е^тах = 850 МэВ, когда энергия 7-квантов была достаточна для фоторождения 77-мезона на нуклоне (Enafor

= 707 МэВ) и в отсутствии какой-либо структуры при энергии конца спектра тормозного излучения Е1тах= 650 МэВ, когда энергия 7-квантов была ниже порога фоторождения 77-мезона.

Научная и практическая ценность работы. После отрицательного результата эксперимента по поиску 77-мезонных ядер в (тг+,Л)-реакции, полученного в 1988 г., в Брукхейвене [2] , в течение последующих 10 лет не было осуществлено ни одного эксперимента, кроме настоящей работы, направленного на поиск 77-мезонных ядер. Общественное мнение состояло в том, что потенциал взаимодействия ^-мезона с нуклоном недостаточен, чтобы образовать связанные состояния 77-мезона и ядра А, даже для средних и тяжелых ядер.

Однако, в последующие годы были осуществлены более подробные анализы кИ -+ ттЛ"; тгМ —> ■yN —► т}N и yN —> уМ реакций, из которых были получены новые оценки длины рассеяния апя, характеризующую силу ^-взаимодействия [9,10,11].

Это означало, что сила взаимодействия 77-мезона с нуклоном может быть достаточна, чтобы образовать связанные т?-мезон-яя ро-состояния.

Решающим аргументом в пользу необходимости проведения новых экспериментальных исследований по обнаружению 77-мезонных ядер явилась работа Лебедева и Тря-сучева [16], в которой рассматривалась возможность формирования 77-мезонных ядер в реакциях фоторождения.

Настоящая работа явилась первой (и до 2003 года единственной) работой, в которой получен положительный результат по поиску 77-мезонных ядер в фотореакциях. В конце 2003 года появилась работа [41], в которой приведены данные о фоторждении ¡¡#е -ядер. Результат настоящей работы по измерению сечения фоторождения 77-мезонных ядер хорошо совпадают с предсказаниями работы Лебедева и Трясучева [16]

Для реализации эксперимента, в результате которого были получены первые данные, свидетельствующие о существовании квази-связанных состояний 77-мезона и ядра, было необходимо осуществить ряд принципиальных и практических разработок, составивших основу проведенной работы.

Прежде всего было необходимо предложить и обосновать новый метод идентификации 77-мезонных ядер, который, в отличие от метода работы [2], не содержал бы некорректности, связанной с ферми-распределением нуклонов в ядре, и позволил бы выделить "эффект" на большом уровне фоновых событий.

В настоящей работе был предложен метод идентификации 77-мезонных ядер, состоящий в регистрации и измерении углов вылета и энергий коррелированных (•7гДг)-пар, возникающих от распада 5ц-резонанса внутри 77-мезонного ядра , как завершающего распада в последовательности щЫ 5 1 —► т/А' [17].

Для реализации этого метода была создана автоматизированная 2-х плечевая спектрометрическая установка, основанная на использовании сцинтилляционных спектрометров, измеряющих времена пролета частицей определенной базы пролета Ь, [18]. Особенность установки состояла в том, что при регистрации двух частиц (тг+-мезона и нейтрона) использовался единый сигнал "старт" Двухплечевая спектрометрическая установка была отлажена и прокалибрована на 7-пучке с использованием процесса квазисвободного фоторождения утг -+ тг +п на углеродной мишени [50,52,54]

Кроме статистической обработки результатов измерений проводилось преобразование временных распределений в распределения по скоростям /?, частиц, а затем в распределения по энергиям Е, частиц ¡56-60].

Дальнейшая обработка состояла в получении спектра по суммарной энергии (ir+n) пары E(ir+,n) и сравнение этого спектра со спектром распада свободного 5ц(1535) резонанса.

Таким образом , на защиту выносятся следующие результаты :

• получение экспериментальных данных, свидетельствующих об образовании г]- мезонных ядер в реакции фоторождения - нового типа атомных ядер, представляющих собой связанную ядерную систему r¡-мезона и ядра.

• развитие модели образования, эволюции и распада r¡- мезонных ядер и на ее основе разработка метода идентификации rj-ядер. Метод состоит в регистрации и измерении энергии и углов вылета компонент коррелированной (7гЛ0-пары, возникающей в результате распада в ядре 5ц(1535)-нуклонного резонанса.

• разработка и создание экспериментальной спектрометрической установки, состоящей из 2-х сцинтилляционных спектрометров, измеряющих времена пролета t, частицей определенной базы ¿,.

Разработка и создание пакета программ математического обеспечения работы установки (on-line программы) и пакета программ сбора и обработки экспериментальных данных (off-line программы).

• получение экспериментальной сценки энергии связи Ед(8ц) Su -резонанса и оценки энергии связи Ед(tj) rf- мезона , связанных в г} -ядре.

• измерение дифференциального сечения фоторождения ^-мезонных ядер на ядре-мишени 12С для интервала энергий 7-квантов АЕ ~ 150 МэВ, расположенного выше порога рождения т/-мезонов на нуклоне E-,UOpor = (707 МэВ).

• измерение дифференциального сечения фоторождения (тг+п)-пар на ядре 12С для углов вылета 6(?г+) = 6(п) = 50° и для Е1тах = 650 МэВ. Этот процесс использовался в работе в качестве калибровочного процесса.

Апробация работы и публикации. Результаты настоящей работы докладывались на Международных конференциях :

1. Int.Conference "Mesons and Nuclei at Intermedium Energies",1994, Dubna,Russia

2. Int.Conference on Particle and Nucleiir Physics with CEBAF at Jefferson Lab. Dubrovnic, Croatia,1998.

3. Int. Workshop " Relativistic Nuclear Physics from hundreds MeV to TeV", 2000, Stara Lesna, Dlovak Republic.

4. IX Int. Seminar "Electromagnetic Interactions of Nuclei at Low and Medium Energies" ,2000, Moscow, Russia.

5. Int. Conference "Particles and Nucleis" CIPANF-2000, Quebec, Canada

6. Int. Conference at NSTAR 2001, Mainz, Germany.

7. Int.Lomonosov Conference ,2001, Moscow, Russia.

8. Int. Baldin Seminar on Relativistic Physics,2002, Dubna, Russia

9. Int. 3th Sakharov Conference on Physics 2002, Moscow, Russia.

а также на сессиях ОЯФ РАН и на семинарах ОФВЭ и OKJI ФИ АН.

Основное содержание работы опубликовано в 25 научных статьях, список которых приводится в конце автореферата.

Вклад автора. Вклад автора в настоящую работу определяется его лидирующим участием (руководитель группы и руководитель грантов РФФИ ) в подготовке научного проекта эксперимента ; в разработке принципа идентификации ?;-мезонных ядер; в разработке и создании 2-х плечевой спектрометрической установки; проведении эксперимента; обработке данных эксперимента; в анализе полученных результатов и в подготовке материалов для публикаций и выступлений на конференциях и семинарах.

2. Содержание! диссертации

Диссертация состоит из Введения, 6-ти Глав и Заключения. В конце диссертации приведен список 25-ти публикаций, в которых отражены результаты диссертации и список цитируемой литературы ( 103 наименования).

Введение.

Во Введении рассматривается понятие т?- мезонного ядра , представлена экспериментальная ситуация по их обнаружению , дается общая характеристика диссертационной работы.

Глава 1. История поиска т?-мезонных ядер и физический интерес в их

исследовании

В 1-ой главе кратко излагается история поиска г} - мезонных ядер и рассматриваются основные направления в их исследовании .

Понятие атомного ядра возникло в 1911 году после известных опытов Резерфорда по рассеянию о-частиц тонкими металлическими фольгами. До 30-х годов XX столетия считалось, что атомные ядра состоят из протонов и электронов. Затем возникла так называемая "азотная катастрофа", суть которой состояла в том, что существующая модель ядра не могла объяснить целочисленное значение измеренного спина ядра 14ЛГ. Измеренное значение было равно 1, а протон-электронная модель ядра давала значение

1/2 (14 протонов и 7 электронов). После открытия Чедвиком нейтрона (1932 г.) возникла протон-нейтронная модель атомного ядра, предложенная независимо Гайзенбергом и Иваненко. Эта модель объясняла целочисленное значение спина ядра14JV (7 протонов и 7 нейтронов) и другие характеристики ядра и она существует по настоящее время.

В 1953 году в ядерных эмульсиях,экспонированных в космических лучах были обнаружены так называемые гипер-ядра (Даныш, Пневский), новый тип атомных ядер, которые в своем составе кроме нуклонов (нейтронов и протонов) содержали другие частицы - Л или Е-гипероны. По современным представлениям гипероны, так же как и нуклоны, состоят из 3-х кварков, но в отличие от нуклонов один из кварков является "странным".

Эта-мезонные ядра являются третьим типом атомных ядер. Они имеют сходство с Л • или Е-гиперядрами в том отношении, что содержат кроме нуклонов иной сорт частиц -т)-мезон В отличие от Л или Е-гиперонов, имеющих 3 кварка, 77-мезоны состоят из 2-х кварков, вернее из кварк-антикварковых пар, но содержат, как и гипероны, странный кварк в виде ss-пары:

\r) >= -^=(uü + dd- 2ss) (1.1)

v6

Если гипероны обладают массой! которая примерно на 200 МэВ превосходит массу нуклона (940 MeV), то т]-мезон обладает массой 547,5 МэВ, что почти в 1,8 раза меньше массы нуклона.

Из рассмотрения представленного материала можно сделать вывод, что кажущаяся "законченность" наших представлений об атомном ядре, о его составе и о ядерном взаимодействии элементарных частиц при дальнейшем развитии физики оказываются далеко не завершенными. И это естественно. И в настоящее время физики сталкиваются с неожиданными фактами и подробностями в "жизни" элементарных частиц и ядер. Примером этому может служить и данная работа , возникшая с целью экспериментальной проверки предположения о существовании 77-мезонных ядер. Это направление исследований возникло в последние 15 лет развития ядерной физики в ХХ-веке. Обнаружению г/ -мезонных ядер в фотореакциях и их исследованию и посвящена настоящая работа.

В работе [42] отмечается значительное увеличение в последние годы ХХ-столетия, как экспериментальных, так и в особенности теоретических работ в т)-нуклонной и 77-ядерной физике. По мнению авторов [42] это связано с живым интересом, возникшим к решению ряда фундаментальных проблем как в физике частиц, так и в ядерной физике

• Одной из таких проблем является проблема скрытой (морской) странности (ss) у нуклона, которая требует измерения характеристик tjN и rj/N рассеяния Поскольку невозможно иметь пучки 77- и 77/-мезонов из-за их чрезвычайно малого времени жизни (riß = 5.10-19 с), возникла мысль ,что изучение ?]N и tj/JV рассеяние возможно можно будет осуществить в ядрах, когда 77- или т/'-мезон рождается на одном из нуклонов ядра и рассеивается на другом нуклоне того же ядра Концепция 77- мезонных ядер в работе [42] еще не была сформулирована, но представление о возможном нахождении 77-мезона в атомном ядре и о его взаимодействии с нуклонами ядра уже было рассмотрено.

Другая проблема связана с нарушением зарядовой симетрии (charge symmetry breaking)(CSB) [43]. Отмечается , что CSB обуславливает различие в массах "и'' и "d" кварков. К сожалению, это различие не может быть измерено непосредственно. Однако, оно может быть сформулировано и в терминах смешивания ц к 7г°-мезонов. Рассматривается эксперимент , в котором изучался процесс слияния 2-х дейтонов:

d + d-*a + ir° (1.2)

Сечение реакции (1.2.) оказалось в 10 раз больше, чем это следует из оценок с учетом тг°7] смешивания . Поскольку изоспины d и а равны нулю, а изоспин 7Г° равен 1, то такой процесс может итти только в случае нарушения зарядовой симметрии. Возникло предположение, что процесс (1.2.) идет через промежуточное состояние с 77-мезоном, которое есть смесь физических г) и ^"-состояний,

Однако, анализ реакции (1.3) не объяснял значение сечения, полученного экспериментально . Вилкин в [43] заметил, что объяснением может быть предположение, что амплитуда f(dd —> aij) имеет резонансный характер в конечном состоянии и тем самым увеличивает сечение процесса (1.2.). В работе [43] уже определенно рассматривалось связанное состояние 77-мезона и ядра.

Термин "эта-мезонные ядра",как уже отмечалось выше, был введен в ядерную физику в работе Лиу и Хайдера [12]. Эта работа явилась первым серьезным теоретическим обоснованием возможности существования связанной системы т^мезона и ядра, в которой »/-мезон, в отличие от ж, К-мезонных атомов, удерживается в ядре не электромагнитными, а ядерными силами. Поскольку т/-мезон является электрически нейтральной частицей, то отсутствие электромагнитной связи с ядром является естественным, однако, возможность ядерной связи г/-меэона и ядра А не являлась очевидной.

В работе Пенга [14] были сформулированы условия, необходимие для возникновенич связанной системы т/ -мезона и ядра.

Во-первых, взаимодействие 77-мезона с нуклоном должно иметь характер "притяжения" .

Во-старых, время пребывания 77 -мезона в ядре от момента рождения т/-меэона до момента его исчезновения в ядре в результате ряда -взаимодействий, должно быть достаточно длительным, больше так называемого "ядерного" времени - времени пролета через ядро релятивистской частицы, чтобы -взаимодействие могло реализоваться

Лиу и Хайдером впервые были осуществлены теоретические расчеты такой системы, состоящей из г}-мезона и ядра . Расчеты Лиу и Хайдера основывались на только что вычисленном значении так называемой длины рассеяния о,^, т.е. амплитуды упругого рассеяния процесса г]Ы —► г]И при нулевой кинетической энергии 1)-мезона Еп — 0, которая была равна [8]:

а^ = (0,27 + 1-0,22) /т (1.4)

Реальная часть длины рассеяния Неа^у оказалась положительной и это означало, что взаимодействие »/-мезона в 8-состоянии с нуклоном имеет характер притяжения:

U,,n — -с ■ a,jv • р(г)

(1.5)

Однако, этот факт еще не обеспечивал существование связанной ядерной системы »/-мезона и ядра. Квантово-механические расчеты системы 7?-мезона и ядра А, проведенные в [12], показали, что величина Rean^ из [8] оказалась достаточной, чтобы обеспечить ядерную связь г;-мезона в ядрах, лишь начиная с А > 11.

В последующие годы оценки длины эассеяния проводились разными авторами и к настоящему времени в литературе существуют 19 работ, где проведены расчеты avN [9,10,11,25,26,73,103]

Как следует из [73] существует большой разброс в величине Иеапц, (почти в 4 раза различаются опенки различных авторов). Разброс в Ima^ значительно меньше. Такое различие в значениях Лео^дг связано с методикой расчета и с объемом привлекаемого экспериментального материала. В расчетах, как правило, использовались данные по r\N-взаимодействию, извлекаемые из совместного анализа реакций irN —> itN; ttN rjN\ ttN —> 7Г1ГiV; 7ЛГ i)N. В этих расчетах не всегда учитывались виртуальные процессы рождения странных частиц и гиперонов. Кроме того использовались различные схемы и предположения о факторизации процессов.

Поскольку нет возможности изучать rjN ijN процесс непосредственно в реакции рассеяния г)-мезонов на нуклонах (из-за невозможности создания пучков г/-мезонов), то экспериментальное определение длины рассеяния а^н из экспериментов по образованию 77-мезонных ядер в различных реакциях, является ,повидимому, единственной возможностью экспериментального определени г а^ц.

Работа Лиу и Хайдера [12] явилась первой работой, в которой теоретически обосновывалось существование связанной «/-мезон-ядро системы, рассчитывались уровни энергий Ед и ширины уровней Г3 для четно-четных ядер, начиная от 12С до 208РЬ и была высказана рекомендация по экспериментальному поиску таких связанных 77-мезон-ядро систем с помощью монохроматических пучков тг-мезонов. Статья так и называлась: "Signature for the existence of eta-mesic nucleus". Рассматривалось образование îj-мезонпых ядер в реакции:

п+ + А -+р+ч(А-1) (1.6)

Признаком, подтверждающим образование »/-ядра, считалось наблюдение узкого кинематического пика в спектре протонов, вылетающих под углом вр = 15°. Предполагалось, что протоны могут возникать и элементарном процессе образования т/-мезона на ядерном нуклоне (нейтроне) в зарядово-обменной реакции в условии безотдачной кинематики:

7r+ + "n" (1.7)

В этих условиях протоны, регистрируемые под вр = 15°, будут формировать кинематический пик с энергией Ер ~ 240 МэВ, ширина которого будет равна соответствующий ширине энергетического уровня rj-ядра. Для ядра-мишени 16О ширина такого кинематического пика должна составлять Гр ~ 9 МэВ. Появление такого узкого пика протонов по мнению Лиу, Хайдера, должно служить характерным признаком юбразо-вания г/-ядер.

Сразу же после опубликования работы [12] в Брукхейвене [2] и Лос-Аламосе [13] были предприняты попытки экспериментального поиска г/-мезонных ядер, используя этот критерий образования rç-мезонных ядер, предложенный Лиу, Хайдером . Эксперименты проводились на пучке тг+-мезснов с энергией, немного превышающей условия

безотдачной кинематики, для ядер мишеней 1Ы ,12С ,160 ,27А1. Аналогичная постановка эксперимента обсуждалась также в работе [14].

Эксперимент в Брукхейвене дал отрицательный результат: никакого пика в спектре протонов под вр = 15° обнаружено не было. Эксперимент же в Лос-Аламосе не был завершен. Авторы работ [2, 13] отрицательный результат объяснили рядом причин (сильное фоновое сопровождение, поскольку регистрировалась только одна частица, большая ширина уровня по сравнению с рассчитанной в [12], уход от условия безотдач ной кинематики, меньшая величина сечения процесса (1.6)).

Однако, на наш взгляд, утверждение, высказанное в [12] о том ,что появлении узкого кинематического пика протонов, может рассматриваться как свидетельство об образовании г] -мезонного ядра, является некорректным:

Во-первых, кинематический пик в реакции (1.6) не может быть узким. Это связано с тем, что остаточное ядро (Ч(А — 1)) не регистрировалось. Это обстоятельство должнс приводить к уширению пика протонов. Изменение значения энергии Ер дополнительно могло возникать как из-за возбуждения нуклонных степеней свободы остаточного ядра, так и из-за отдачи остаточного ядра.

Кроме того, и это самое главное, не было учтено уширение энергетического спектра регистрируемых протонов из-за ферми-движения нуклонов (нейтронов) в ядре-мишени, которое нарушало условие безотдачной кинематики в элементарном процессе.

Отрицательный результат первых экспериментов по поиску т?-мезонных ядер [2, 13] сформировал в значительной степени негативное отношение к реальности существования квази-связанной системы ^-мезона и ядра.

В это же время появились работы [3,4,5], результаты которых явно указывали на существование квази-связанных состояний ^-мезона и ядра в промежуточной стадии реакции. К ним относятся исследование с1(р, 3Не)т? [3] и (1(<1.4Не)т} [4] реакций, а также 180(-7г+7г_)18А'е-реакции [5]. Эти результаты могут быть поняты только, если предположить существование взаимодействия 7?-мезона с ядром в промежуточном состоянии реакции, что и было продемонстрировано в работе [15]

В 1991 году появилась теоретическая работа Лебедева и Тряс/чева [16], з которой впервые рассматривалась возможность образования т/-мезонных ядер в фотореакциях

В основу расчета сечений в работе [16] было заложено представление о том, что процесс возникновения ^-мезона в ядре происходит в результате образования 5ц(1535) нуклонного резонанса с последующим его распадом в ядре на (нуклон - т)) -пару.

Процесс может происходить как на протоне, так и на нейтроне ядра В том случае, когда нуклон ( р или п ) при распаде 5ц(1535) -резонанса вылетает из ядра под малым углом "вперед" в лаб. системе координат и уносит практически всю избыточную энергию над порогом реакции, т)- мезон будет обладать малЬй кинетической энергией ( £Кин < 50А/эВ ) и ,как правило , будет оставаться в ядре. Это обстоятельство оказывается благоприятным для образования связанного состояния 77-меэона и ядра, т.е. образования 7/-мезонного ядра.

Работа [16] послужила основой для рассмотрения экспериментальных возможностей поиска 77-мезонных ядер с использованием пучков 7-квантов существующего в ФИАНе 1 ГэВ-ного электронного синхротрона "ПАХРА".

В это же время в работе [17] (1991) нами был рассмотрен и предложен новый метод идентификации т)-мезонных ядер,отличающийся от предложенного в [12].

Характеристики (ттЛ^-пары должны соответствовать некоторым "усредненным" характеристикам 5ц (1535)-резонанса в ядре и являться, таким образом, хорошим признаком формирования 77-ядра и, что немаловажно, указанием на некоторую конечную длительность процесса существования 77-мезонного ядра. Само 77-мезонное ядро рассматривалось при этом как суперпозиция 2-х возможных состояний: с 77-мезоном, связанном в ядре А и с 5ц(1535)-резонансом, связанном в ядре (А — 1) (рис. 1). Предполагается, что оба эти состояния 77-мезонного ядра переходят друг в друга за время At ~ 0,8 - Ю-23 сек вследствие процесса jjN —► 5ц —> r/N . В n-мезонном ядре может возникнуть последовательность таких процессов и время существования этого 77-мезонного ядра может « составить = 10"22 сек.,если реализуется 1акая последовательность.

Таким образом под названием 77- мезонные ядра следует понимать ядерную систему, имеющую в своем составе кроме нуклонов либо 77-мезон , либо 5ц (1535) резонанс (рис 1.). Такое представление об 77- мезонных ядрах связано с уникальной особенностью 5ц (1535) -резонанса , состоящей в том, что,

во-первых, этот резонанс является нижайшим по энергии для системы (N -I- 77) во-вторых, парциальная ширина Г(5ц -t-rj+N) распада 5ц -резонанса на пару (rj+N) равна примерно половине полной ширины Г(5ц) - резонанса.

В этих условиях в ФИАН, при поддержке РФФИ (проекты № 94-02-03324; № 9602-17109; № 99-02-18224), были предприняты усилия по подготовке и проведению эксперимента по поиску 77-мезонных ядер на электронном ускорителе ФИАН "ПАХРА" [18,50,52,54,56] с использованием 7 квантов тормозного излучения для формирования 77-мезонных ядер.

Интерес к исследованию эта-мезонных ядер связан с тем, что 77- ядра являются новым объектом мезон-ядерной физики и изучение их может дать новые сведения как о характеристиках элементарных частиц (77-ме'Юна, а в дальнейшем rjl,p,uj,tp мезонов, в случае обнаружения соответствующих мезон-ядерных систем) и о их взаимодействии с нуклонами, так и возможно о ядерной системе, в состав которой, кроме нуклонов, входят мезоны и нуклонные резонансы В этой связи можно выделить несколько направлений исследований, представляющих на сегодня наибольший интерес.

Энергетические уровни Ед(щ) и Eg(Sn)

Предполагается, что ядерное поле в эта-мезонных ядрах формируется как нуклонами, так и 77-мезоном (в случае tj — Л-системы) или 5ц (1535) нуклонным резонансом (в случае 5ц — {А - 1) системы (рис. 1)).

Значения энергетических уровней Ед(г]) 77-мезона в Г7-мезонных ядрах и ширины Гг(т7) соответствующих уровней энергии рассчитывались во многих теоретических работах , начиная с первых работ L С. Liu и Q. Haider [1,12,20], в ряде работ Е. Oset с сотрудни- 1

ками [39,40], в более поздних работах [29,30], а также в работе-обзоре В.А Трясучева [88 ,90] и А.И.Львова [91].

Общей характерной особенностью практически для всех расчетов является то, что значения Eg(rj) составляют 5-20 МэВ для легких ядер и достигают 30-50 МэВ для тяжелых ядер В тяжелых ядрах возможно появ пение нескольких уровней, соответствующих взаимодействию 77- мезона с нуклонами s—,p—, d) оболочек. Ширины уровней F9(7j) сравнимы с Eg{rj) и это означает практически невозможность раздельной регистрации

и выделения уровней в средних и тяжелых ядрах. Значения Eg(rf) (и соответственно Гг(т/)) сильно зависят от принимаемой в расчетах величины длины рассеяния anN, характеризующей »/./V-взаимодействие, а также от формы используемого потенциала т/Л-взаимодействия.

Как правило , при расчетах Eg{q) и Гg(ij) не учитыволось изменение (уменьшение) эффективной массы Шэфф ту- мезона в т) - мезонном ядре. Кроме того, ни в одной из теоретических работ не исследовался вопрос об энергии связи 5П(1535) резонанса в 77-мезонном ядре и об эффективной массе S,n(1535) -резонанса. Нет в литературе и расчетов энергетических уровней £^(5ц(1535)) в г/-мезонном ядре.

Задача экспериментального измерения значений Eg{q) и Гд(т]) представляется трудно реализуемой.

Более реальным может быть измерение Eg(Sn) и Гу(5ц) для т}- мезонного ядра, содержащего в своем составе 5ц(1535) нуклонный резонанс, который испытывает распад в ядре по Sn kN каналу. Эта возможность и была использована в настоящей работе. Теоретические оценки Eg(Sn) и Г9(5ц) в настоящее время в литературе отсутствуют.

Амплитуда процесса r)N —у r]N

Как уже отмечалось выше, прямое измерение амплитуды процесса r]N —► ijN невозможно ввиду отсутствия пучков 77-мезонов, что связано с очень малым временем их жизни (т 1/2{v) = 5 • 10~18 е.). Обычно характеристики T]N взаимодействия рассчитыва-ютя на основании анализа 7 N —► ttN, yN —> tjN, 7Г7Г —> rr N, 1rN —> nirN и ж N —> rjN реакций, в которых r/N взаимодействие реализуется в конечном состоянии [102,103]. Как правило, такой подход связан с факторизацией привлекаемых для анализа процессов. Кроме того в каждом случае используется различный набор экспериментальных данных и сам анализ проводится с использованием различные упрощающих предположений. В результате, в настоящее время в литературе существует большой набор значений длин рассеяния аГ1п, причем реальная часть Rea,,^ в различных работах различается более чем в 3 раза.

Поскольку оптический потенциал взаимодействия г/-мезона с нуклоном прямо связан с Rea^/f, то становится очевидным необходимость более точно знать длину рассеяния ann процесса tjN —► tjN.

В этой связи, изучение 77-мезонных ядер в принципе может предоставить экспериментальные данные (например, сечения процесса формирования г/-ядер), на основании которых можно определить характеристики t]N —> r/N рассеяния, прежде всего амплитуду процесса f{r)N) и длину рассеяния а^ц (амплитуда f(rjN) для Ev = 0). Значение амплитуды f(r)N) и ее зависимость от энергии »/-мезона была рассчитана в [10]

Влияние ядерной среды на характеристики 77-мезона и 5ц(1535) резонанса

Несомненный интерес представляет экспериментально наблюдать в ядерной среде изменения масс &m{q) ij-мезона и Дт(5ц) Sn(1535) резонанса, как составляющих 77-мезонных ядер [74,75,06,97].

Вопросы, связанные с определением свойств 17-мезона и 5ц-резонанса в ядерной среде очень важны и возможно, данные о Am(rf), Am(Su) позволят "пролить свет" на решение фундаментальной проблемы физики частиц - проблемы происхождения масс элементарных частиц. В настоящее время эти вопросы широко обсуждаются в литературе в рамках нарушения киральной симметрии [23].

Исследование процесса S ■ N N ■ N в ядре

Взаимодействие нуклонных резонансов S с нуклонами является одним из важных и перспективных направлений исследований в физике частиц. Поскольку, как в в случае с т'-мезоном, невозможно иметь пучки нуклонных резонансов вследствие их очень малого 1ремени жизни, исследование взаимодействия S с нуклонами проводится до сих пор при анализе S'N взаимодействия в конечном состоянии соответствующих реакций [39,40].

Эта-мезонные ядра представляют уникальную естественную лабораторию для осуществления исследований взаимодействия нуклонных резонансов с нуклонами внутри т/-мезонного ядра. Поскольку в формировании 77-мезонных ядер и в их эволюции и распаде основную роль играет Sn(1535) резонанс, то речь идет об исследовании S'N' NN процесса, где через N* и S* обозначены связанные в ядре 5ц(1535)-резонанс и нуклон. Измерение отношения выходов (irN) и (AW)-nap из ядер позволяет непосредственно определить отношение вероятностей процессов S* 1rN и S'N" —> NN и таким образом ширину Г (S'N' —> NN). Измерить выходы N N событий можно с помощью спектрометрической установки с выделением продуктов реакции по методу времени пролета. Регистрация N N пары может быть реализована при расположении спектрометров под углом 90° к пучку (Qnn — 180°), чтобы обеспечить минимальное фоновое сопровождение. Согласно нашим оценкам средние энергии компонент N N пары равны < E(N), >~ 300 МэВ. В эксперименте предпочтительно в качестве N N -пары регистрировать (р р) -пару.

Кварк-глюонная структура т;Л/-взаимодействия

Как уже указывалось выше эта-мезонные ядра во многих отношениях аналогичны гиперядрам, в состав которых кроме нуклонов входит "странный" А- или Е-гиперон. В случае 77-ядер отличие состоин в том, что т/-мезон содержит 2 кварка, а не 3 ,как в случае нуклонов и гиперонов. Однако, поскольку структура г;-мезона также формируется двумя кварками ss (1), то такая структура т] - мезона может оказаться важным фактом и, возможно, определяет динамику процесса взаимодействия ij-мезона с нуклоном в ядре: r)N —> 5ц —► rjN. Бели принять во внимание существующую "скрытую" (морскую) странность у протона , то закономерно возникает предположение о существенной роли обмена странными кварками в тур-взаимодействии. В этом смысле, 17-мезонные идра можно рассматривать как объекты кварк -глюонной ядерной физики и их исследование, возможно, явится основой для более глубинного понимания природы ядерных сил 170]. При этом нужно, конечно,заметить, что это направление исследований jy-мезонных адер требует дополнительной теоретической проработки.

Возможность существования 77-мезонных ядер для А < 4

Первые теоретические расчеты [12] связанной системы »/-мезона и ядра А были прожданы на основе расчитанной к тому времени длины рассеяния anN (1-4). Из расчетов ¡12] следовало, что связанное состояние ^-мезона и ядра возможно лишь для А > 11. При меньших значениях А потенциал rjN взаимодействия недостаточен для удержания j;-мезона в ядре.

В последующих теоретических работах были получены значения а„н, значительно отличающиеся от величины (1.4) и эти значения обеспечивали возможность существование г/-мезонных ядер при А=4 [25] и даже при А=2 [26].

В этой связи экспериментальное обнаружение мало-нуклонных »/-мезонных ядер (Ч2Н; Ч3Н; ч3Не; ч4Не) представляет большой интерес и явилось бы подтверждением теоретических оценок значений а^ц. Работа [41] ,появившаяся в конце 2003 года, пови-димому является "первой ласточкой", первым экспериментальным указанием возможности формирования малонуклонных »/-мезонных ядер.

Потенциал г/.4-взаимодействия

Вопрос о потенциале взаимодействия »/-мезона с ядром А является одним из актуальных вопросов в проблематике физики т/-мезонных ядер. Как уже отмечалось во Введении, как правило, рассмотрение т/Л-взаимодействия проводится на основе оптического потенциала взаимодействия и(г), который выражается через длину рассеяния ,т.е. амплитуду 7/]У взаимодействия }{т)Ы) при Еп = 0 .

Из (1.5) следует, что только для Део^лг > 0, потенциал »/.А-взаимодействия будет иметь характер "притяжения" и возможны связанные состояния (т) — Л)-системы Следует, однако, рассматривать эти состояния как квази-связанные, поскольку имеется мнимая часть длины рассеяния 1т ачм, которая обеспечивает быстрый распад этих состояний. Основным каналом распада является образование 5ц (1535) нуклонного резонанса и его распад на 7гЯ-пару: г}+м —у 5ц(1535) —> тг + .V, который характеризуется шириной Г(г/Дг 5п) = 75 МэВ. В то же время распад 5ц —> ^ может привести вновь к возникновению »/-мезона в ядре и образованию квази-связанного (»? - А) состояния.

В последнее время, в ряде работ [19] потенциал (т]А) -взаимодействия рассматривается с учетом изменения массы взаимодействующих частиц в ядерной среде:

В связи с преимущественной ролью Зи (1535) нуклонного резонанса в образовании г)- мезонных ядер возможно рассмотрение оптического потенциала в »/- мезонном ядре в форме, аналогичной той, что используется для 7г-ядро системы, называемой Д-дырочной моделью.

Далее рассмотрение ведется в соответствии с [19]. В применении к»/- мезонным ядрам можно говорить о потенциале в форме N — 5ц-модели. В таком подходе оптический потенциал для »/-ядра записывается в виде :

гт(т __^__С1 я\

где через ш - обозначается полная энергия »/-мезона; ц — - приведенная масса

»7-мезона и ядра А и она очень близка к массе »/-мезона (тп) для тяжелых ядер; р(г) - плотность распределения нуклонов (предполагается, что для конечных ядер это есть ферми распределение); и т,*3п - обозначают эффективные массы нуклона и 5ц-резонанса в ядерной среде; ширина Г^, включает все каналы распада 5ц-резонанса, причем для парциальной ширины Г(5ц г/Л/") принято значение 75 МэВ.

Форма потенциала (1.8) позволяет учесть изменение массы »/-мезона и 511-нуклонного резонанса в ядерном веществе.

В работе [19] высказано предложение об измерении энергетических уровней 7/ - мезонных ядер в радиоактивных ядрах, в которых толщина поверхностной области значительно больше, чем в магических ядрах, и где вероятность образования г) мезонных ядер возрастает в связи с меньшей плотностью р.

Глава 2. Метод идентификации г\-мезонных ядер

Глава 2 посвящена описанию возможной модели образования 77-мезонных ядер, которая послужила обоснованием метода их идентификации . Применение этого метода в настоящей работе обеспечило успех эксперимента, направленного на поиск т\- мезонных ядер.

Ниже приводится описание возможной последовательности процессов ( схемы образования rj - мезонных ядер), возникшей на основе существующих представлений о роли 5ц (1535)- нуклонного резонанса в процессе фоторождения ^-мезонов, о tjN - взаимодействии и о процессе t/N —> 5ц —> t)N. Далее описывается метод идентификации, связанный с одним из возможных для регистрации каналов распада rj- мезонного ядра на коррелированную vN -пару. Затем описывается применение разработанного метода идентификации в конкретном эксперименте, т.е. дается обоснование отбора регистрируемых частиц и выбора время-пролетных (TOF) спектрометров, используемых для их регистрации.

На рис.2 и 3 представлен процесс образования, эволюции и распада ^-мезонных ядер в фоторождении. Как следует из рис.2 предполагается, что определяющую роль во всех 3-х стадиях существования связанной системы (г] — А) (образование, эволюция, распад) имеет 5ц(1535) нуклонный резонанс. Результаты экспериментальных работ [20,21,34,35,55] подтверждают это предположение ( см. рис 4) Роль других нуклонных резонансов незначительна и это связано с мглой вероятностью распада других резонан-сов по каналу r/N. Так, следующий по энергии резонанс Su (1610) имеет вероятность распада по ^ЛГ-каналу всего несколько % (см. рис.5). Исключительная роль Su(1535) резонанса связана, как показано в [88] с правилами отбора бикварковых комбинаций и характерна для резонансов с минимальной энергией соответствующих составляющих частиц. Для системы îj- мезона и нуклона таким резонансом с минимальной энергией оказался Su-нуклонный резонанс. Вероятность распада Su (1535) -резонанса по каналу Sn —► VN составляет ~ 50% и практически равна вероятности распада по каналу Sn nN. Эта особенность в распаде Su (1535) резонанса обуславливает необычайно высокую эффективность возникновения ^-мезонных ядер в околопороговой области образования tjN-системы в ядре (рис 6).

Эта же особенность позволяет предположить картину эволюции ^-мезонного ядра как кратный процесс r)N i)N взаимодействия, который происходит через образование и распад 5ц(1535)-резонанса: r)N —> Su -+ r)N. Таких переходов может быть несколько внутри ядра (3 -г- 5), что гарантирует усреднение характеристик Sn(1535) резонанса (энергия, ориентация вектора импульса), т.е. возникновение изотропии в направлении импульса p(Su). А это приводит к преимущественному распаду на (тгЛГ)-пару со средним углом разлета компонент < >= 180°, которые и регистрируются вне ядра.

Расчеты амплитуды f(r]N) процесса рассеяния tjN —► tjN в ядре [10] показывают, что реальная часть амплитуды оказывается положительной в интервале энергий E(rf) = (0 - 50) МэВ (рис.7). Это означает, что для значительной части рождающихся 77-мезонов на нуклонах ядра в около пороговой области энергий будут реализованы условия для образования г] - мезонных ядер. Кроме этих динамических условий, в процессе возникновения Su (1535) -резонанса при t)N -взаимодействии существенную роль играет расположение Su резонанса по энергетической шкале. Как известно парциальная ширина r(t]N —у Su) возникновения Su -резонанса равна 75 МэВ и составляет половину полной ширины r(Sn) В то же время сумма масс нуклона и т/-мезона M(r]N) = 1485

МэВ находится внутри энергетической области, относящейся к 5ц(1535) резонансу. Возникновение 5ц -резонанса таким образом возможно для близких к порогу энергий г] -мезонов. Это означает,что процесс образования 5ц -резонанса происходит в ядрах очень активно, поскольку область реализуемых энергий г;./У-системы в ядре приходится как раз на максимум йц-резонанса.

Используя соотношение неопределенности Гайзенберга АЕА+ = /г можно оценить время существования 5ц (1535) резонанса в ядре и время N1^- взаимодействия Так, « время существования образовавшегося 5ц-резонанса составляет Д(4)(5ц) = 2/г/Г =

1 б • 10~гз с. В то же время длительность НИ- взаимодействия в ядре за счет обмена ж -мезонами составляет : Д^ЛГЛГ) = Л/т, = 0,5 • 1023 сек. Это время, за которое протон, испуская виртуальный тт+-мезон, может превратиться в нейтрон, а нейтрон, поглощая > 7Г+- мезон, может превратиться в протон. Таким образом время существования 5ц ре-

зонанса в 3,5 раза превышает время процесса обмена ж -мезонами при взаимодействии двух нуклонов. В этом смысле 5ц- резонанс можно рассматривать как достаточно стабильный во времени элемент структуры ядра по сравнению с быстро меняющимися во времени состояниями нуклонов.

В образовании »/-ядра принимают участие только 7/-мезоны с кинетическими энергиями £'кин(г)) < 50 МэВ, поскольку только для таких ?7-мезонов осуществляется взаимодействие г)Ы, характеризующееся притяжением. Это следует из поведения реальной части йесцд' - амплитуды рассеяния процесса ^ЛГ —> т]Ы, рассчитанной в работе [10] (рис. 7.). Конечно, граница 50 Мэв является весьма условной, но важно отметить, что существует некоторый интервал энергий »7-мезонов, для которого возможно образование т/-мезонных ядер.

Чтобы быть захваченным ядром на некоторый ядерный уровень, »/-мезон должен потерять свою кинетическую энергию практически до Екии(г)) — 0. Это реализуется в столкновениях ^-мезона с нуклонами ядра А. При взаимодействии мезона с нуклоном в ядре может происходить только передача энергии т^-мезона нуклону, но не получения энергии от нуклона, что сопровождалось бы переходом нуклона на более низкий уровень по энергии, что невозможно из-за действия принципа Паули. Следовательно в ядре происходит направленный процесс замедления ^-мезона с последующим захватом его ядром А на соответствующий уровень. Это означает, что я-мезон связан в ядре и энергия связи Ед(г]) определяет положение уровня. Уровень имеет ширину Г?(г;), равную сумме ширин ( или вероятностей) распада т/-мезона Г-4 7172) = 0,5 КэВ и ширине , (вероятности) образования 5ц(1535) резонанса Г(г/ЛГ —» 5ц) = 75 МэВ. Таким образом,

энергия связи Ед(т)) оказывается сильно "размазана".

Расчеты Лиу и Хайдера [12,20] показали, что значение ширины уровня Гя(т)) может быть равно 5 -г 20 МэВ в зависимости от А, а также и от принимаемого в расчете , значения длины рассеяния ачдг. В этой картине важно то, что т;-мезон, захваченный

на определенный ядерный уровень в ??-меэонном ядре, остается на этом уровне очень малое время (т ~ 1,6 • Ю-23 сек), поскольку в результате взаимодействия с ядерным нуклоном N. снова образуется 5ц(1535) резонанс: т) + N 5ц(1535) и этот процесс характеризуется шириной 5ц) = 75 МэВ.

В 17-мезонном ядре в результате ^^-взаимодействия может быть образован и другой резонанс £>13 или 5ц(1650), но вероятность возникновения этих резонансов в результате столкновения в ядре мала по сравнению с вероятностью образования 5ц (1535) резонанса, поскольку вероятность распада этих резонансов по ^ каналу мала (в соответствии с методом детального равновесия). Это означает, что воспроизведение резонансов

Du и 5ц (1650) в ядре не происходит.

Далее процесс в 77-мезонном ядре может развиваться по следующему сценарию: можно предположить, что возникающий в т/N реакции 5ц (1535) резонанс распадется не на itN-, а на 77ЛГ-пару (вероятность распада по этим каналам примерно одинакова ~ 50%) и г/-мезон снова образует при взаимодействии с ядерным нуклоном 5ц (1535) резонанс ,который снова распадется на t]N пару. Кинетические энергии 77- мезона и нуклона в этом случае оказываются малыми ( несколько МэВ ), поскольку распадается практически покоющийся в ядре 5ц -резонанс. Это означает, что при распаде 5ц —> rjN обе частицы ,как правило, остаются в ядре. Тогда в 77-мезонном ядре может возникнуть последовательность переходов:

77N 5ц ->■ 7?ЛГ ->• 5ц ->... -V Su -»• ttJV (2.1)

которая,с неизбежностью, заканчивается распадом на 7Г/V-пару. В этом случае кинетические энергии мезона ж и нуклона N оказываются достаточно большими (< Е„ >~ 350 МэВ, < En >~ 100 МэВ), и эти частицы, как правило, вылетают из ядра.

В ядре возможно взаимодействие 5ц(1535) -резонанса с ядерным нуклоном, в результате которого могут появиться 2 нуклона : 5ц -ЛГ -4 N-N. Вероятность такого процесса по оценкам работы [39] может составить ~ 20% от вероятности распада 5ц (1535) резонанса. Возможен также распад 5ц -резонанса по каналу 5ц irirN, вероятность которого составляет ~ 10% от вероятности распада 5ц —> я N [39]. Следует указать, что довольно большая вероятность (~ 50 -г 70%) вылета медленных 77-мезонов из ядра существует в случае рождения медленных 77-мезонов на поверхностных нуклонах и при импульсе 77-мезона, направленном наружу. По оценкам [49] только 30% таких 77-мезонов участвуют в образовании 77-мезонных ядер. Следует при этом отметить преимущество использования 7-пучков, т.к. взаимодействие в этом случае происходит по всей глубине ядра.

Таким образом, результатом рождения медленного 77-мезона в ядре и захвата его на ядерный уровень, является возникновение nN-пары от распада 5ц (1535) резонанса.

Можно считать, что появление 7ГTV-nap с энергиями, соответствующими распаду 5ц (1535) резонанса, и коррелированными по углу разлета (G^n ~ 180°) и есть основное свидетельство ("сигнатура")образования 77-мезонного ядра. Разлет irN -пары под < 6„дг >— 180° является самой характерной особенностью выше описанной картины -сценария жизни и смерти 77-мезонного ядра.

Последнее очень важно для осуществления эксперимента, так как это означает, что детекторы для регистрации (тгЛ')-пары могут быть расположены под углом 90° к первичному пучку фотонов. Такое расположение детекторов благоприятно по фоновым условиям.

Можно говорить о 2-х вариантах применения вышеописанного метода идентификации 77-мезонных ядер:

1 регистрация только (7гЯ)-пары при < >= 180° и измерение энергий компонент пары En и Еж.

2. регистрация (7гЛГ)-пары в совпадении с протоном р, возникающим на стадии образования 77-мезона ( реакция 77ЛГ —> 5ц ~> Р7? ) и вылетающим под малым углом вперед, с измерением энергий всех 3-х регистрируемых частиц.

1-ый вариант вполне приемлем, если уровень фоновой загрузки не велик (А^фОП =яз

^эфф).

Применение 2-го варианта, невидимому, необходимо при относительно высоком вкладе фоновых событий, поскольку условие тройного совпадения коррелированных событий приведет к значительному улучшению отношения эффект/фон В пользу 2-го варианта следует отнести и то обстоятельство , что регистрация и измерение энергии протона р1, образующегося на 1-ой стадии процесса образования ^мезона , позволяет определить кинематические характеристики т/-мезона (энергия Еп и угол 0Ч), т е. осуществить "мечение" 77-мезонов. Это обстоятельство может стать принципиально важным при изучении взаимодействия 77-мезонои с нуклонами (процесс г]Ы —► тJN взаимодействия).

В нашем эксперименте был реализован 1-й вариант метода идентификации 77-мезонных ядер т.е. регистрировалась только коррелированная (7гМ) -пара, поскольку, как показали первые измерения выходов и фона, соотношение 1Ч(эфф) / Ы(фон) оказалось близким к 1, что можно считать достаточным для выделения "эффекта".

Глава 3. Постановка эксперимента по обнаружению 77-мезонных ядер на 7- пучке синхротрона ФИ АН "ПАХРА"

В Главе 3 рассматривается постановка эксперимента по обнаружению 77-мезонных ядер на 7-пучке синхротрона ФИ АН "ПАХРА" с учетом кинематики процесса фоторождения 77-мезонов на нуклонах и ядрах, кратко описываются параметры синхротрона и формирование 7- пучка, а также геометрия расположения спектрометров на 7 -пучке вокруг мишени, описывается процедура проведения измерений и использование процесса 7 + р -> 7г+ + я в качестве калибровочного процесса.

Возможность образования 77-ядер в реакциях фоторождения, была рассмотрена в работе [16]. В этой работе были рассчитаны полные сечения фоторождения 77-мезонных ядер на ядрах 12С и 1в0. Полученные сечения имели резонансный характер, что было обусловлено использованием предположения, что процесс образования 77-мезона идет через возбуждение 5ц(1535)-резонанса. Значение сечения в максимуме достигало величины а( ~ 1 мкбн для ядра 1вО (рис. 8). Хотя теоретическое значения сечения фоторождения 77-ядер более чем в 100 раз меньше теоретического сечения образования 77-ядер в реакции с 7г-мезонами [12], можно выделить несколько обстоятельств, благоприятствующих использованию 7-пучков для исследования 77- ядер:

• первичное взаимодействие 7 -кванта с ядром носит хорошо известный электромагнитный характер, в противоположвость сильному взаимодействию 7г-мезонов с ядром, механизм которого не вполне ясен.

• 7-квант взаимодействует практически со всеми нуклонами ядра, в то время как тг-мезон эффективно взаимодействует с нуклонами, расположенными на поверхности ядра.

• уровень адронного фона при больших углах регистрации в(7гЛГ) в измерениях на фотонном пучке оказывается значительно меньшим, чем в случае использования пучков тг-мезонов или протонов. Алронный фон при использовании 7 -пучка

имеет в основном элетромагнитную природу и сосредоточен под малыми углами в направлении "вперед".

• как спедует из кинематики 7N —> r)N -процесса для любой энергии 7-кванта всегда возможно образование т?-мезона с относительно малой энергией ( | 50 МэВ ) ( рис.9).

Немаловажным обстоятельством оказывается и то, что интенсивность пучка пространственно-сформированных выведенных 7 -квантов тормозного излучения в интервале энергий ЛЕ^ = E-t (шах) - i?7 (порог) = ~ 150 МэВ на синхротроне ФИАН "ПА-XPj4" оказывается достаточно высокой (до 10е эффективных квантов/сек), что компенсирует меньшее сечение фоторождения ц-ядер по сравнению с сечением для irN —> rjN реакции.

Использование 7 -квантов тормозного излучения оказывается благоприятным также с тэй точки зрения, что в этом случае осуществляется измерение кривой выхода сразу во всем интервале энергий 7-квантов, выше порога рождения rj -мезона. Для монохро-ма"ических пучков 7г+-мезонов или протонов измерение необходимо проводить при разных энергиях этих пучков, т.е измерять кривую возбуждения, что требует проведения кагибровочных экспериментов.

йаконец, синхротрон "ПАХРА" по своим энергетическим характеристикам (энергия ускоренного пучка электронов Ее ~ 1 Гэв и их интенсивность /е ~ 1012 электронов/с) оказался адекватным задаче поиска rj- ядер в фотореакциях.

Начиная с 1994 года велась подготовка к проведению эксперимента.

Электронный синхротрон ФИАН "ПАХРА" был построен в первой половине 70-х годэв на территории филиала ФИАН в г. Троицке, расположенном в 40 км от Москвы по Калужскому шоссе Инициатива строительства нового ускорителя с энергией ускоренных электронов Еьтах = 1,2 ГэВ исходила от В.И. Векслера, автора принципа авто-фа; и ровки, лежащего в основе работы всех кольцевых ускорителей. Физический запуск синхротрона был осуществлен в 1979 году. Вначале была реализована энергия Ее ~ 500 МэВ и лишь после завершения строительства подстанции, обеспечивающей необходимую мощность, энергия ускорителя была поднята до Ее = 1000 МэВ. Однако все годы ускэритель работал при энергии Ее = 850 МэВ, которая была достаточной, чтобы г.ро-водить исследования процессов фоторождения 7г-мезонов в области 1-го Дзз-резонанса и фоторождения г/-мезонов в области 5п(1535)-резонанса.

Ускорительный комплекс имеет зал собственно ускорителя и 2 экспериментальных зала, в которые выводятся 2 7-пучка тормозного излучения (зал 2) и 1 электронный пучок (зал 1). Электронный пучок предназначался для создания системы меченых фотонов.

Дня проведения совпадательных экспериментов необходимо чтобы длительность каждого импульса тормозного излучения была порядка 2 мс. Формирование такого пучка осуществлялось путем постепенного уменьшения амплитуды СВЧ-напряжения, что приводило к выводу части электронов из режима синхротронного ускорения Поскольку магнитное поле при этом сохранялось, то эти выбывающие из ускорения электроны сворачивались внутрь и попадали на мишень. Мишень представляла собой вольфрамовую проволоку, диаметром 0 = 1 мм, расположенную вертикально в вакуумной камере на

расстоянии I — 80 мм от равновесной орбиты электронов Попадая на мишень электроны испытывали тормозное излучение в направлении касательной к орбите играющих на мишень электроне».

На рис.10, показан тракт пространственного формирования 7-пучка, выходящего из ускорителя. Сразу у выходного патрубка помещался ужеститель из бериллия, длиной 50 см, что составляло ~ 1Х0-единицу. Назначение Ве-стержня - поглотить 7-кванты малых энергий из спектра тормозного излучения Интервал поглощаемых 7-квантов составлял АЕ-, ~ 0 — 50 МэВ. Такое поглощение малоэнергичной части 7-спектра значительно снижало фоновую загрузку используемых детекторов. Затем 7-пучок колли-мировался 2-мя свинцовыми коллиматорами К1 и К2.

1-ый коллиматор имел конусную вставку с размерами входа и выхода, соответствующими расходимости 7-пучка. 2-ой коллиматор имел конусную вставку с размерами, немного превышающими ( на ~ 1 мм) размер 7-пучка и его назначение было максимально поглотить 7, е-сопровождение 7-пучка, возникающее от несоосных направлений 7-квантов в коллиматоре. Далее по 7-пучку помещался бак с водой (длиной 2 м), назначение которого было поглотить рассеянные медленные нейтроны, которые образовывались при формировании 7-пучка РЬ-коллиматорами. После бака с водой помещался магнит, который выводил из 7-пучка все заряженные е+е~, ж+, тг~ и р-частицы Так очищенный 7-пучок, заключенный в вакуумпровод после коллиматора, попадал в экспериментальный зал Непосредственно перед экспериментальной установкой помещалась стенка из РЬ и СН(В), для дальнейшего ослабления рассеянного нейтронного сопровождения 7-пучка.

Интенсивность прошедшего через РЬ-коллиматор 7-пучка составляла несколько %-ов от первичной его интенсивности и определялась диаметром конусной вставки в К1. Эта доля зависела также к от Ее, поскольку угловая ширина пучка тормозного излучения связана с Ее.

При Ее = 850 МэВ по измерениям квантометра, расположенного в экспериментальном зале, интенсивность 7-пучка, попадающего на экспериментальную мишень составляла I ~ 1097/сек (в зависимости от диаметра конусной вставки в РЬ К1) В настоящем эксперименте диаметр конусной вставки был равен 8 мм на входе. При гтом дйаметр 7- пучка в месте расположения физической мишени был равен 3 см. В эксперименте обычно использовалась мишень, диаметром 4 см.

Основным мотивом для выбора определенной геометрии расположения спектрометров служил предложенный метод идентификации ^-мезонных ядер, состоящий в регистрации коррелированной (7гЛг)-пары от распада в ядре 5ц (1535) резонанса.

Разлет я- и И- ожидается под ~ 180° и распад должен быть изотропным от события к событию.

Это предположение и являлось основанием для расположения спектрометров под < 9 >= 90° к 7-пучку по обе стороны от 7-пучка (угол разлета < >= 180°)

Геометрия расположения спектрометров под < 9, >= 90° к 7-пучку оказалась очень выгодной по фону т.к. ни один из элементарных процессов с участием 7г-мезонов не мог давать вклад в регистрацию 7Г//-событий. Как следует из кинематики процесс уЫ —> пИ характеризуется средним углом разлета частиц < >~ 100°. Таким образом, оба спектрометра одновременно находились вне возможного геометрического конуса я^У-событий от элементарного процесса, хотя порознь, каждый из спектрэме-тров мог регистрировать частицы из элементарного процесса. Такая ситуация оказалась очень благоприятной для регистрации процесса образования и распада 17-мезснных

ядер, характеризующегося сечением (ot ~ 1 мкбн), в присутствии фоновых событий с 103 раз большим сечением.

Энергетическая калибровка спектрометров осуществлялась по регистрации частиц из квазисвободного процесса образования 7Г+-мезонов на углеродной мишени 12С (у12С -> 7г+п + X). Спектрометры располагались под углами < 0„ >=< 0„ >= 50° по отношению к 7-пучку, по обе стороны от 7-пучка. Регистрировались 7Г+, /V-пары с энергиями < Еп >~ (40 - 70) МэВ; < Е,+ >= (100 - 250) МэВ для Е1таг = 650 МэВ, очень близкими к энергиям 7г+, n-пары от распада 5ц-резонанса в 77-ядре. Поскольку при этих углах расположения спектрометров 7Г TV-пары могли возникать от 7-квантов в интервале АЕУ = 250 -г 650 МэВ, то каждый из спектрометров регистрировал тг+ и n-частицы в некотором интервале энергий. Последующая обработка этих измерений дала результаты, близко согласующиеся с имеющимися в литературе данными по фоторождению ?г+-мезонов на 12С-мишени.

Измерения проводились в 2-х вариантах по геометрии расположения тг+ и п-спектрометров вокруг мишени и для 2-х значений по энергии 7-квантов Еутах .

1. позиция "каллибровка"

Спектрометры располагались под углами < 0„ >=< 0„ >= 50° по обе стороны от 7-пучка (рис.12.) Энергия края спектра тормозного излучения Еутах устанавливалась Е-утах = 650 МэВ, т.е. ниже порога рождения т^мезона в элементарном процессе (В7порог — 707 МэВ). В этой позиции основной вклад в регистрацию тгЛГ-событий составлял процесс квазисвободного фоторождения тг+-мезонов на пС. Кроме этого процесса была вэзможна регистрация событий двойного фоторождения тг-мезонов yN mrN, сднако вклад этого процесса приводил к появлению равномерно распределенной по энергиям подложки в регистрируемом спектре двойных (тг+, п) событий.

2. позиция "фон"

В этой позиции спектрометры располагались под углами < 0„ >=< 0„ >= 90° к 7-пучку, по обе стороны от 7-пучка (рис.13 ) . Энергия конца спектра тормозного излучения сохранялась равной Е1тах — 650 МэВ. В этой позиции регистрировались 7Г7Г события, связанные с процессом двойного фоторождения ж-мезонов. Практически полностью была исключена регистрация 7Г+, n-событий от квазисвободного фоторождения тг+-мезонов (в однократном процессе фоторождения существует как известно в лаб. системе кинематический критический угол < 90° для регистрации нуклонов).

3. позиция "эффект + фон"

Спектрометры сохранялись в позиции "фон", т.е под 90° к 7-пучку, но энергия края спектра тормозного излучения устанавливалась равной Еутах = 850 МэВ, т.е выше порога рождения ^-мезонов. В этой позиции могли регистрироваться 7Г5г-события от двойного фоторождения 7Г-мезонов (7N —> irwN), и должны были регистрироваться ir+,n -события от распада Su(1535) резонанса в »/-ядре, если такие ядра существуют.

В эксперименте были действительно зарегистрированы 7г+, n-события,выход которых имел резонансный характер по суммапной энергии компонент, и располо-

хение по энергии компонент в областях, соответствующих энергии частиц, возникающих от распада 5ц-резонанса.

Таким образом, выбранная стратегия проведения эксперимента позволила осуществить энергетическую калибровку спектрометров, оценить фоновый вклад для случая регистрации (тг+га)-событий от распада 5ц (1535) резонанса в 77-мезонном яцре и осуществить измерения выходов тг+п -пар для 7-квантов в интервале энергий АЕ1 .превышающих пороговую энергию Е1Порот образования т/-мезонов на нуклонах.

Глава 4. Автоматизированная двухплечевая спектрометрическая

установка

Глава 4 посвяшена описанию автоматизированной двух-плечевой спектрометрической установки, структуре установки, электронике, калибровке спектрометров на 7-пучке, системе регистрации частиц по времени пролета в 2-х спектрометрах с единым стартовым сигналом, определению скоростей регистрируемых частиц.

На рис.14, представлена блок-схема экспериментальной установки. Принципиальная структура установки соответствует выбранному методу идентификации 77-мезонных ядер, состоящему в регистрации и измерении энергий компонент коррелированной (7г+,п)-пары от распада 5ц(1535)-нуклонного резонанса внутри 77-мезонного ядра Для этой пели использовались сцинтилляционные спектрометры, работающие по методу измерения времени пролета I частицы на некоторой пролетной базе Ь. Выбор детекторов определялся в основном двумя факторами:

1) необходимо было использовать детекторы с максимально высоким быстродействием, поскольку ожидалось, что загрузки детекторов будут значительны и сцинтилляционные детекторы наилучшим образом удовлетворяли этому требованию.

2) должно быть обеспечено разрешение по энергии регистрируемых частиц 8Е ~ 15 — 20 МэВ , поскольку конечный результат эксперимента состоял в измерении суммарной энергии регистрируемой (7г+п)-пары и в сравнении измеренного спектра со спектром для распада свободного 5ц(1535)-резонанса.

В предположении, что происходит распад практически покоящегося 5ц-резонанса [ 17], средни» кинетические энергии распадных частиц можно оценить из соотношения

Д£ = Дт = (т, - тпп) = 547 - 140 = 407 МэВ

и должны быть равны :

< Я(тг) >= 300 МэВ ; < £(#) 110 МэВ.

Из 4-х возможных комбинаций, (7гЛг)-паръг (тг -п), (ж~р), (тг°п), (ж°р), в эксперименте был выбран для регистрации вариант регистрации (7г+п)-пары. Комбинации с 7Г°-мезоном требовали использования ионизационных калориметров с большим телесным углом П для регистрации 2-х 7-квантов от распада 7Г°-мезона с высокой эффективностью, а вариант (тг~р) требовал применения тонких мишеней для уменьшения разброса потерь энергии ДЕ протонов в мишени, во избежания значительных погрешностей в определении энергии протона. Применение же тонких мишеней (Дх и 0,1 г/см2)

приводило, естественно, к уменьшению выходов (тг-р)- событий. При регистрации же (7г+п)-пары можно было использовать мишени с толщиной до Ах «1,0 г/см2 .

Дополнением в этой системе явилось использование в тг-спектрометре детекторов, измеряющих потери энергии АЕ регистрируемых частиц. Такое дополнение было вызвано необходимостью разделять регистрацию (тг+п) и (тг°га)-событий. События (тг°п могли имитировать (тг+п)-события по времена пролета t из-за близких значений Д = 0,95 и /?(е+) = 1,0) ( е+ возникали от процесса я-0 —> 2е+е~). Разделение случаев регистрации 7г+ и 7г°-мезонов осуществлялось по амплитуде сигнала от Л Е-детектора Для 7г°-мезона сигнал в АЕ детекторе был в 2 раза больше чем для 7г+-мезона из-за распада тг° 2*у -4 2е+е~, чтэ приводило к прохождению через АЕ-детектор сразу 2-х релятивистских частиц (е+е~) Для более уверенного разделения 7Г° и тг+-мезонов по амплитуде сигнала в установке использовалось 3 таких ДВ-детектора

Размеры сцинтилляционных спектрометров 5ыли выбраны исходя из условия максимально возможных телесных углов регистрации Û(iг) и iî(n) для обеспечения разумных выходов реакции. Оценки выходов (7г+п)-событий для условий проведения эксперимента на синхротроне "ПАХРА" показали, что в эксперименте можно применять сцинтилля-ционные спектрометры с П(7г) и Ю-2 стер. Это значение АЩп) реализуется, если использовать сцинтилляционные детекторы в форме пластин, размером (500x500) мм2, расположенных на расстоянии I ~ 150 см от мишени Регистрация нейтронов проводилась в 4-х сцинтилляционных пластинах, размером (500x500 мм2) и толщиной 100 мм Во всех детекторах использовались фотоумножители ФЭУ-143, обладающие высокими временными характеристиками. Эффективность регистрации 100 МэВ-ных нейтронов для одной пластины достигала 8 %, так что применение 4-х пластин обеспечивало ~ 32 %-ую эффективность регистрации. Моделирование процесса регистрации нейтронов в интервале энергий 50-г100 МэВ сцинтилляционными детекторами было проведено на основе программы GEANT и результаты опубликованы в [50]. Перед спектрометром нейтронов размещался тонкий (Ах = 2 см) сщгатилляционный детектор, включенный в схему антисовпадений, для устранения заряженных частиц. Эффективность счетчика антисовпадений перед нейтронным спектрометром достигала r/д fa 90%.

В установке ( рис. 14) использовались логические, аналоговые и цифровые блоки ядерной электроники, выполненные в стандапте КАМАК. В случае срабатывания триггера, т е совпадений сигналов от тг+ и n-каналсв регистрации, через крейт-контроллер КК009 цифровая информация с ВЦП, ЗЦП и регистров считывала«, в память PC (486), где осуществлялась запись событий. Программой была предусмотрена выборочная экспесс-обработка записанных событий для гистаграммирования временных спектров и спектров ионизационных потерь. Такую предварительную сортировку и обработку событий on-line программа успевала осуществить благодаря "скважности" во временной зависимости 7 -излучения. Длительность импульса 7 излучения синхротрона составляла 2 мс. При частоте импульсов / = 60 Гц это приводило к тому, что между импульсами появлялся временной интервал St ~ 18 мс., свободный от 7 -излучения. В этих интервалах во времени и проводилась п])едварительная экспресс обработка информации.

Информация в любое время могла быть выведена на экран монитора и таким образом осущевлялся визуальный контроль за работой установки и за набором статистики. Одновременно с информацией, поступающей от детекторов, на диск PC записывалась информация о параметрах ускорителя и 7-пучка: отсчеты с ионизацтонных камер ИК1 и ИК2, мониторирующих интенсивность 7-пучка, а также энергия конца спектра тор-

мозного излучения Е.утах. Вся эта информация составляла "слово" конкретного события. Длительность и форма "растяжки" 7-пучка фиксировалась непрерывно во время измерений на специальном мониторе. Настройка "растяжки" велась с пульта управления работы ускорителя дежурным оператором.

Таким образом во время проведения эксперимента обеспечивалось непрерывное (визуальное) наблюдение набора как временных спектров сцинтилляционных спектрометров, так и наблюдение вспомогательной информации относительно интенсивности и формы "растяжки" 7-пучка. Как правило, набор статистики осуществлялся в течение 6-7 часов непрерывной работы синхротрона "ПАХРА" (дневная смена). Полученная информация в виде отдельного файла сырых событий затем анализировалась на однородность информации во времени, нормировалась на поток 7- излучения и обрабатывалась по соответствующей off-line программе независимо от других файлов.

Итак, в эксперименте использовалась двухплечевая спектрометрическая система регистрации частиц по времени пролета (TOF), состоящая из 2-х сцинтилляционных спектрометров. Обычно двухплечевая TOF-система имеет отдельный "старт" в каждом плече установки и истинные, генетически связанные события, отбираются с помощью последующей схемы совпадений (СС). В нашем случае двухплечевая установка была предназначена для регистрации (гг+, п)-событий, где одна из частиц нейтральна (нейтрон). Организовать в этом канале ТОГ систему со своим "стартом" было невозможно. Поэтому для n-канала использовался "старт" от 7г+-спектрометра. В этом и заключается новизна в структуре двухплечевой TOF системы, используемой в эксперименте.

Сигнал "старт" формировался электронной схемой, состоящей из 3-х ВКК (время-координатный компенсатор). Каждый ВКК имел 2 входа, на которые поступали временные сигналы ФСП(1) детектора Т1 от 4-х диагонально расположенных ФЭУ. Предварительно проводилась настройка ФСП(1), так чтобы для центрального прохождения частицы через детектор Т1, сигналы от всех 4-х ФСП возникали в одно время. При нецентральное прохождении частицы через детектор Т1, сигналы с ФСП(1) появлялись, естественно, в разное время. ВКК настраивался так, чтобы выходной сигнал появлялся во время, равное полусумме времен входных сигналов, 1-ый ВКК усредняет сигналы, регистрируемые ФЭУ(1), расположенные на одной диагонали Т1 детектора, 2-ой ВКК усредняет сигналы для другой диагонагси Т1-детектора, 3-ий ВКК усредняет сигналы, поступающие от первых 2-х ВКК. В результате возникал сигнал постоянной амплитуды, т.е. не зависимый от места прохождения частицы, и соответствующий центральному прохождения частицы через детектора. Этот сигнал и использовался в качестве "стартового" сигнала для каждого Bljll(i) установки.

Построение распределений по скоростям Д регистрируемых частиц в ж- и п-спектрометрах явилось одной из основных задач обработки экспериментальных данных. Хотя эта обработка проводилась программой в режиме off-line , она была практически сопряжена с on-line обработкой получаемой информации от ВЦП Для определения значения /5, использовалось соотношение:

A-ifo <">

что соответствовало выражению /9,(тг) = L(Tl,T2)/At(L,) для 7г-спектрометра, и /3,(п) = L(M, Тп) / £\t(L(M, Тп)) - для п-спектрометра.

Полученные распределения по 0, для частиц, вылетающих из мишени как в 7Г-, так и в п-спектрометрах, представлены на рис.15. Эти распределения по /3, были подвергнуты абсолютной нормировке. Для 7г-спектрометра нормировка проводилась по 2-м точкам-для релятивистских частиц по 0 = 1 (левый край распределения, соответствующий регистрации е+е_ частиц от распада 7Г° 27 —У 2е+е~) и по точке 0 = 0,2, которая соответствует 7г-мезонам с пробегом Л(тг), равным суммарной толщине

Ах = Дх(Ф) + Дя(Г1) + ^Ах(М) (4.2)

здесь Дж(Ф) - толщина фильтра перед п- спектрометром, Дх(Т1) - толщина Т1 детектора, Ат(М) - толщина мишени в направлении на тг-спектрометр.

Для п-спектрометра абсолютная нормировка проводилась по одной точке - а именно по положению релятивистского пика (0 = 1 для максимума пика), который возникал также и в п-спектре вследствие регистрации е~е+-пары образуемых при распаде тг°-мезонов (тг° —> 27 —у 2е+е~).

Точность определения скорости частицы можно оценить непосредственно по регистрируемым временным спектрам релятивистских частиц в тг+ и п- спектрометрах (рис.16), для которых справедлива абсолютная привязка положения пика, т.е. для /Зрел = 1 • Как следует из спектра, полученного для тг-спектрометра ширина релятивистского пика Д = 2а = 8 каналов. Тогда а составляет а =~ ± 3,3% от всей шкалы А/3 = (0,2 - 1,0), которая равна 120 каналов. Однако, релятивистский пик в 7Г- спектрометре есть сумма 2-х пиков : релятивистского от регистрации е+е~- частиц (0 = 1,0) и пика от регистрации быстрых 7Г+- мезонов (0 = 0,95). Поэтому, более правильно провести оценку разрешения по релятивистскому пику в л-спектрометре, который формируется только е+,е_- частицами. Для п-спектрометра полная ширина пика составляет Д = 2а = 7 каналов. При полном числе каналов N =160 получаем значение ст = ± 2,13% Это значение хорошо коррелирует со значением а = ± 3,3% для 7г- спектрометра ( в предположении, что экспериментальный пик, как сказано выше, формируется двумя близко расположенными пиками от регистрации частиц с 0 = 1,0 и 0 — 0,95. Если при оценке точности суммарной энергии Е(тт+п)- частиц принять а — ± 2,13%. полученную из спектров по скоростям 0, в п- спектрометре, то тогда для суммарной энергии Е(тг+ + п) = 350 4- 100 МэВ имеем оценку точности по энергии:

6Е = ±(1,4 • 2,13%) • Е = ±3% • 450 = ±15МэВ (4.3)

Эта точность по энергии оказалась достаточно высокой и позволила осуществить оценку сдвига по энергии для экспериментальнл измеренного распределения по суммарной энергии 7Г+,га -пары по сравнению с распределением для распада свободного, не связанного в ядре, 5ц -резонанса.

Следует при этом учесть, что при решении обратной задачи практически исключаются методические погрешности,связанные, например, с шумами электроники, которые приводятк уширению спектра в обе стороны, в том числе и в "нефизическую"область по 0г т.е. 0, > 1. Результирующее распределение по скоростям /3, содержит лишь разброс в значениях 0„ связанный с реальными процессами, происходящими в детекторах, в соответствии с реальной топографией и геометрией прохождения частицы в Спектрометрах Реальные же процессы в веществе детекторов приводят к замедлению частицы

за счет,например, ионизационных потерь энергии и рассеяния, т.е. к размытию релятивистского пика в сторону только меньших энергий.

Высокая точность определения скоростей Д регистрируемых частиц (а — ± 3.3%) явилась, пожалуй, основой для успешного выделения эффекта с малым сечением (гг( = 1 мкбн) на высоком уровне фоновых процессов ( эффект/фон < 1). Это обстоятельство позволило разделить события эффекта и фона в плоскости переменных Д(тг) и Д(ЛГ).События эффекта соответствовали быстро-медленным совпадениям, а основная часть фоновых событий была сосредоточен?, в области медленно-медленных совпадений.

Глава 5. Результаты эксперимента и обработка экспериментальных

данных

Результаты эксперимента и обработка экспериментальных данных, получение энергетических распределений регистрируемы?: частиц из распределений по скоростям частиц, вычисление сечений фоторождения ц- ядер рассматриваются в Главе 5

Первичным непосредственным результатом эксперимента явились двухмерные распределения числа событий по времени пролета Д4, частицей базы пролета Ь, в соответствующих и п - спектрометрах. После соответствующей обработки распределения по времени были преобразованы в распределения по скоростям Д, и Д, - частиц.

На рис, 15. приведены трехмерные расщ>еделения числа (ж, л)-событий по скоростям Д, а также двухмерные распределения, представляющие собой проекцию этих распределений при эквидистантных уровнях сечений трехмерных распределений Следует отметить общую особенность полученные, распределений по скоростям частиц. Они характеризуются достаточно заметной шириной пиков, что прямо связано с ферми-движением нуклонов в ядре и конечным интервалом по энергии Д Е^ первичных 7-квантов. Поэтому в дальнейшем мы будем говорить о средних значениях скоростей Д частиц, сопоставляя эти значения либо к максимуму распределения, либо к середине выбранного интервала ДД. На этих расп]>еделениях условно можно выделить 3 типа событий по значениям Д:

• быстро-быстрые (б-б) события, соответствующие регистрации в обоих спектрометрах частиц с Д в интервале ДД !» (0,8 4-1,25),

• быстро-медленные (б-м) события, соответствующие регистрации в ж-спектрометре частиц с ДД « (0,8 -г- 1,25), а в п-спектрометре регистрации медленных частиц с ДД « (0,2 -г 0,6)

• медленно-медленные (м-м) события, когда в обоих спектрометрах регистрировались частицы со скоростями ДД « (0,2 -г 0,6)

Частицы со скоростями Д/3 « (0,6-г0,8) могут быть отнесены к категории "средних" по скоростям Д частиц, они представляли, как правило, "хвосты" основных распределений и в последующем анализе данные по этим событиям не были востребованы.

Быстрые частицы отождествлялись с электронами (от распада тг° —> 27 —>■ 2е+в") и высокоэнергичными 7г-мрзонами Медленные частицы отождествлялись с медленными 7г-мезонами в яг-спектрометре ( с энергиями Е* < 50 МэВ) и с нейтронами в n-спектрометре, обладающими энергиями < Е„ >~ 100 МэВ.

Каждое из приведенных на рис.15, распределений можно отнести к определенному типу реакции.

В позиции "калибровка" четко обнаруживается пик, соответствующий (б-м)-событиям, связанный с регистрацией (?г+п)-событий из процесса квазисвободного рождения 7г+-мезонов (7Р* -Л w+п) на ядре 12С. В соответствии с кинематикой этого < процесса определялись средние энергии частиц и эти значения использовались как для абсолютной калибровки шкалы скоростей Д, тмс и для калибровки всей установки (при учете эффективностей регистрации и абсолютной нормировки потока 7-квантов) путем сравнения рассчитанных сечений с данными о процессе y+i2C —► 7г++п+Х в интервале . АЕ-у = (250 - 650) МэВ , известными из литературы.

В распределениях также имеются (м-м) и (б-б) события, которые связываются с регистрацией частиц, возникающих из реакции двойного фоторождения мезонов (7N ™N) на 12С.

Следует отметить, что расположение тг- и е-спектрометров под углом 90° к 7-пучку практически исключало из регистрации (по кинематике) тяжелые частицы (р и нейтроны) при Е1тпх = 650 МэВ, но в то же врем« позволяло регистрировать нейтроны от распада Su(1535) внутри т?-мезонных ядер, и продукты распада вылетевших из ядра 77 -мезона, что могло быть только при Еутах = 850 МэВ.

В позиции "фон" основной пик в распределении связан с регистрацией тг-мезонов из процесса двойного фоторождения тг-мезоно» 7N —> ttttN на ядре 12С. Регистрация заряженных 7г-мезонов в п-спектрометре оказалась возможной из-за того, что эффективность анти-счетчика перед п-спектрометром была равна 90% В этой позиции наблюдался также небольшой счет в районе (б-м)-событий, однако, какой-либо структуры, полученного распределения не наблюдается.

Наконец, в позиции "эффект + фон" отчетливо проявляется структура в области (б-м) событий. Средние энергии частиц, оцененные по средним значениям Д этих событий, оказались равными (Е„) ~ 320 МэВ (/3 = 0, 95) и (Еп) ss 50 МэВ /?„ = 0,3 Такого порядка энергии ожидаются в случае распада 5ц (1535) резонанса на 7г+п-пару при возникновении 77-мезонных ядер.

Полученные в эксперименте распределения по скоростям Д регистрируемых частиц необходимо было в ходе последующей обработки преобразовать в распределения по кинетическим энергиям частиц Е,. Однако, примой переход от Д распределений к Е, распределениям по формуле

Е, = | . 1 -lime2 (5 1) 4

Ky/Í^ft )

был невозможен, поскольку в распределении по Д имелась нефизическая область с Д > 1. Эта область естественно возникала из-за вычисления Д = L,/c • At„ где L, и Att определялись в эксперименте с ошибками 6(Lt) и á(t,) и при Д вблизи значения 1,0 могли возникать значения Д > 1. Эти ошибки связаны с неопределеностями, которые характерны для используемых в эксперименте электронных блоков (стабильность порогов ФСП и точности в определении времени t в ВЦП), а также с некоторыми

упрощениями в процедуре определения координат (х„у,) частиц при вычислении Ь,. Поэтому, переход от Д-распределений к ^-распределениям требовал решения так называемой "обратной" задачи, для получения неискаженного аппаратурой распределения по /3, (без нефизической области), т.е. в пределах изменения Д/3 = [0,1].

Решение "Обратной" задачи проводилось по методу, развитому в работе [69]

Суть метода состоит в нахождении искомой функции f по функции отклика прибора Г в предположении, что характеристики прибора известны В последующем изложении мы следуем работе [69].

Связь между истинной функцией I и эткликом прибора на нее Р описывается выражением

р. = £ АЦ ■ !г, (г = 1, ...ЛГ; 3 = 1, ...М) (5.2)

3=1

где N - число интервалов в экспериментально измеренной функции, (отклике прибора), а М - число интервалов для искомой функции. А]{ есть матрица, каждый элемент которой представляет собой вероятность с которой истинное значение функции Г из интервала ] попадает при измерении в интервал ¡. Поскольку величина интервала Аг конечна (у нас А г = А]), то при каждом измерении величины Р, есть некоторая вероятность попадания измеряемой величины Г не в свой интервал 1 из-за случайных ошибок. Поэтому, гистограмма из четких прямоугольников при точном определении интервала ! и точном вычислении аргументов функции .Р, при измерении на реальных "шумящих" приборах "размазывается" по несюльким интервалам. Построенная по отсчетам с прибора гистограмма будет представлять собой суперпозицию не прямоугольников, а их "размазок" и будет отличаться от истинной гистограммы. Следовательно, любая гистограмма, построенная на основе непосредственно полученных экспериментальных даиных, несет на себе отпечаток прибора и представляет собой не искомую функцию ^ а отклик прибора на нее Р.

Проблема восстановления функции ( по отклику Р и является "обратной" задачей . Для решения "обратной" задачи требуется знать отклик прибора на искомую функцию и распределение ошибок прибора при измерении независимой переменной ^ так называемое ядро прибора. Ядро прибора представляет собой матрицу А, описывающую прибор, т.е. те "размазки", о которых говорилось выше. Прибор в широком смысле слова - это комплекс физических процессов и методических процедур, переводящих функцию Г в отклик Р. Он включает в себя аппаратную часть, критерии выборки, алгоритмы необходимых математических вычислений, методы группировки событий и т.д. На входе прибора мы имеем функцию I, а на его виходе - отклик Р. Ядро прибора должно описывать суммарные ошибки всего прибора, в какой бы его части они не появлялись. Ядро прибора можно получить калибровкой, аналитическим расчетом или моделированием.

В работе [69] подробно рассматривается решение обратной задачи, которое основывается на использовании некой пробной функции (р, и проведения процедуры итераций.

Решение "обратной" задачи в настоящем эксперименте облегчалось, поскольку можно было получить ядро прибора для решения обратной задачи в конкретном случае регистрации время-пролетным спектрометром электронов от распада 7г°-мезона: (я-0 -> 27 —У 2е+е~). Поскольку в этом случае = 1, т.е. известна функция /, = 1, то измеренный в эксперименте отклик прибора Fj по сути определял ядро прибора Ац. Полученное ядро прибора для ¡=1 (для /? = 1) распространялось для всех других значений /,. В итоге была получена функгля /, (значения /?,), которая определялась для всех значений 1 в интервале [0,1].

На рис.17. представлены распределения по ßf" ( функция /,), полученное в результате решения обратной задачи по методу работы [69]. Как следует из рис. 17. , полученные распределения по ß, уже не содержат нефизической области с ß, > 1/ Как видно из рис.17, в области (б-м) событий в позиции "эффект + фон" имеется пик в распределении, который естественно, можно связать с распадом 5ц резонанса в ядре. Более четко пик проявляется ( усиливается) в распределении по суммарной энергии

Е(Е,,Еп).

Теперь распределение по ß, [i = 0. ...100] с ßtoo = (1,0) можно было преобразовывать в распределение по jЕ,.

Полученные распределения по /?11КТ преоСразовьгаались по формуле (5.1) в энергетические распределения E,{iг+) и Е,(п). для всех 3-х позиций измерения.

Эти данные использовались в дальнейшем для выделения "эффекта" при Е1тах = 850 МэВ, связанного с фоторождением т;-мезонных ядер. Следует отметить, что решение обратной задачи никак не повлияло ( не сдвинуло) ни одно положение максимума в распределениях по ß,. Соответствие в положении пиков в "сырых" спектрах и спектрах после решения обратной задачи свидетельствует, что это не артифакт обработки, что является дополнительным указанием на правомерность и корректность проведенной обработки.

Полученные в работе двухмерные энергетические спектры (тг+п) -событий преобразовывались в двумерные спектры по суммарной энергии (тг+п)-пары Е(Е,+,Еп) (по одной шкале) и по энергии 7г-мезонов Е„ по другой энергетической шкале (рис.19) Как видно из рис.19, полученные таким образов двухмерные распределения действительно обладают резонансной структурой при Е11Пах = 850 МэВ, тогда как в спектрах при E-imax = 650 MeV такой резонансной структуры не наблюдается.

Положение резонансной структуры по суммарной энергии (тг+гг)-пары Еп+п оказывается близким к положению по энергии 5ц (1535) резонанса. Как видно из распределения при Е1тах = 850 МэВ резонансная структура состоит из собственно "эффекта" и подложки с соотношением числа событий в этих 2-х частях структуры близким к соотношению R = 1/1. Полное число (7г+л)-событий, приходящих на долю "эффекта", составляет TV,/у ~ 300 отсчетов, что представляет статистически убедительную величину.

На рис.20, представлено распределение ео суммарной энергии (я-+п)-пар (Еп+ + Е„) при Е1тах = 850 Мэв. Для сравнения на этом же рисунке представлено распределение по (Е„+ + Еп) для распада свободного Ss i (1535) резонанса. Сдвиг влево максимума экспериментального распределения по сравнению с положением максимума для распада свободного 5ц-резонанса равен:

ДЕ = ^(своб.ЗД - £™x(cbh3.Su) = (90 ± 15) МэВ (5.3)

Если учесть, что порог фоторождения ^мезона на нуклоне составляет Еупорог = 707 МэВ, т.е. отстоит от положения максимума в распределении для свободного 5ц-резонанса на ЛЕ(порог) — 50 МэВ, то смешение по энергии порога образования 5ц-резонанса в ядре составит:

Д-Еиер = (40 ± 15) МэВ . (5.4)

Это прямое экспериментальное свидетельство влияния ядерной среды на характеристики процесса взаимодействия т/-мезона с нуклонами ядра. Одной из возможных интерпретаций этого результата может служить предположение об изменении массы rj-мезона и 5ц-резонанса в ядерной среде.

Погрешность ±15 МэВ в значении величины сдвига АЕ при распаде 5ц(1535)-резонанса в ядре оценивалась исходя из точности измерения времени пролета частиц в 7г- и n-спектрометрах, а также погрешности в решении обратной задачи при преобразовании экспериментального распределения по скоростям /9, частиц в интервале Aß [0; 1,25J в распределение в интервал.Д ß[Q; 1,0].

Оценка сдвига АЕ положения йц-резонанса в ядре является одним из основных результатов эксперимента.

На рис.21, представлено распределение (7г+п)-событий по поперечному импульсу (Ар = р„ + рп) частиц. Распределение вычислялось для 2-х позиций измерений: "калибровка" и "эффект + фон".

Как следует из рис. 21. в позиции "кЕлибровка" действительно осуществлялось измерение коррелированных событий. Спе <тр значений Ар размещался в интервале ± 50 МэВ/с и этот разброс фактически определялся ферми распределением нуклонов в ядре и погрешностью определения импульсов регистрируемых частиц.

Для позиции "эффект + фон" в распределениях Ар можно выделить 2 компоненты: часть событий обладает узким распределением, расположенным около Ар = 0 и имеющим полуширину ± 75МэВ/с, а часть событий обладает более широким распределением с полушириной ±200 МэВ/с. Можно предположить, что узкая часть распределения характеризует (тг+п)-события из распада 5ц - резонанса," усредненного" по энергии и импульсу . Это - важный вывод, подтверждающий представления об ?7-мезонном ядре, в котором реализуется временная последовательность актов возникновения и распада 5ц-резонанса в результате rjN —» 5ц —> т?Л реакции.

Что касается широкого импульсного распределения, то можно предположить, что оно связано с регистрацией фоновых событий, а основном (7Г7т)-событий от процесса двойного фоторождения 7г-мезонов. В этом процессе участвуют 3 частицы (помимо ядра-остатка) и поэтому импульсное распределение, измеренное только по 2-м частицам, должно быть достаточно широким, что и подтверждается в наших измерениях. Соотношение в числе событий для "узкого" и "широкого" распределений по импульсам равно примерно 1:1 и оно совпадает с соотношением эффект/фон, представленном в энергетическом распределении (тг+п)-событий при Еутах = 850 МэВ.

Экспериментальные данные о процессе фоторождения (тг+п)-пар на ядре 12С в позиции "калибровка" ((©*+) = (0П) = 50°, Е1тах = 650 МэВ) использовалось в эксперименте как для абсолютной калибровки экспериментальной установки, так и для обоснования процедуры вычисления дифференци.шьных сечений фоторождения т)-мезонных ядер по измеренным выходам (тг+тг)-событрй от распада 5ц(1535)-резонанса.

Дифференциальное сечение фоторожденчя (тт+п)-событий на ядре 12С при Eimax = 650 МэВ можно записать в форме:

g(7 »C->w+nX)

N(ir+n)

(5.5)

ДЕ-, = (250 + 690) МэВ

(«„> = («„> = 50'

где

Nt - число ядер 12С в мишени

N1 - число 7-квантов в интервале энергий АЕ-, = (250 + 650) МэВ dCl, - телесный угол тг-спектрометра

- эффективность регистрации п-нейтронов

-коэффициент корреляции телесных углов регистрации тг+ -мезонов и нейтронов dü,и <Ш„

N(it+n) - число зарегистрированных (тг+п)-событий

Значение дифференциального сечения, измеренное в эксперименте, оказалось равным:

^(712С -> ж+пХ; АЕ7; < >=< 6„ >= 50") = 18,8 ± 2,0 мкбн/стер (5.6)

Это значение хорошо согласуется с имеющимися в литературе значениями измеренных дифференциальных сечений фоторождення ir+ мезонов на ядре 12С для позиций, близких к реализуемой в настоящем эксперименте .

Согласие измеренного сечения da/dfl(jl2C {ж+п) + X) сечения при Е1тах = 650 МэВ с литературными данными может служить косвенным обоснованием правильности методики вычисления сечений по измеренным выходам (ж+п) -событий и для процесса фоторождения rj-мезоаиых ядер.

Основной задачей при обработке экспериментальных распределений по скоростям ß, явилось извлечение выходов (я-+га)-событий , относящихся к распаду 5ц -резонанса, и затем расчет дифференциального и полного сечений фоторождения rj-мезонных ядер

Выход (тг+п)-событий, относящихся к процессу распада 77-мезонных ядер, определялся как разностный эффект для Е1тах = 650 и 850 МэВ с учетом изменения фонового вклада (7г+п)-событий при этих энергиях и записывался в виде:

ЛГ[тг+п, АЕУ) = ДГ(б - м, 850) - N(6 - м, 650) • К (5.7)

\о50/

Здесь N(6 — м, Еутах) соответствует полному числу наблюдаемых (б-м) (7Г+п)-событий из нормированных на дозу 7- излучения двухмерных распределений при соответствующих значениях Еутах, а коэффициент K(8Z0/650) учитывает увеличению фоновых (7г+п)-событий при измерениях с Еутах = 850 МэВ по сравнению с измеренным числом (7Г+п)-С0бЫТИЙ при Еутах — 650 МэВ.

Сразу следует сказать, что прямого измерения фонового вклада (ж+п) (б-м)-событий при Е^тах — 850 МэВ осуществить нельзя поскольку нет критерия разделения индивидуальных (7г+п)-событий от "фона" и "эффекта". Поэтому фоновый вклад (б-м) (ж+п) событий проводился статистически. Коэффициент К - увеличение фоновых (ж+п) (б-м)-событий при переходе от Еута1 — 650 МпВ к -Eyrmz* = 850 МэВ, отождествлялся с аналогичным коэффициентом К для (м-м) или (б-б)-событий, который определялся непосредственно из соответствующих экспериментальных спектров. Такая процедура определения фоновых (тт+п) (б-м)-событий оснэвана на предположении, что энергетическая зависимость выходов для (б-м), (м-м) и (fi-б) событий одинакова. Это предположение справедливо, если в интервале энергий АЕУ = 850—650 МэВ не возникает процесса, дающего вклад в какой либо тип этих событий и фоновый счет связан с процессом (или процессами), который имеет достаточно плавную зависимость по Е-,, так что кинематика и структура компонент возникающих в реакции частиц остается неизменной. Действительно,таким фоновым процессом является процесс двойного фоторождения пионов

, для которого соотношение (б-м) и (м-м) (или б-б) компонент практически не зависит от Е-, (см. рис.22)

Коэффициент К (Цд) , определенный по (м-м) событиям, оказался равным

К(м — м) = 2,15 ± 0,14 (5.8)

(приведена статистическая ошибка ). Опенка по (б-б)-событиям дала близкое значение:

К(6 - б) = 2,25 ± 0,15 (5.9)

Значения К, полученные по (м-м) и (б-б(-событиям совпадают в пределах ошибок, что подтверждает наше исходное предположение о возможности оценки К (б-м) по (м-м) или (б-б) событиям. Однако, в случае (<>б) событий при Еутах = 850 МэВ возникает дополнительный вклад в (б-б) события за счет процесса рождения г/-мезона и его распада на 27 или 67 (от Зтг°-канала). Этот вклад может изменить выход (б-б)-событий по сравнению с ожидаемым выходом из реакции двойного фоторождения, но этот дополнительный вклад по нашим оценкам, может составлять около 5%, что и подтверждается при вычислениях К(б-б). Исходя из этих соображений в дальнейших расчетах по вычислению сечений использовался коэффициент /С(850/650), полученный из сравнения выходов (м-м) - событий для энергий Е1тах = 650 и 850 МэВ.

С учетом коэффициента К(м-м) = 2,15, получаем следующее значение выхода (тг+п)-пар при Е1тах = 850 МэВ , связанных с образованием 77-мезонных ядер

N(ir+n, Д£7) = (61 ± 7) событий/час (5.10)

Дифференциальное сечение образования коррелированных (7г+п) пар в реакции фоторождения 77-мезонных ядер для интервала энергий падающих 7-квантов ЛЕУ = (850-650; МэВ, определялось из следующего соотношения:

а + л oi Щк+щАЕЛ —LA,n+n, AEJ = -----—т—х (5.11)

где

- N(w+n, AEy) = (61 ± 7)-отсчетов/час - число зарегистрированных событий, отнесенных к определенной дозе потока 7-квантов

- Щ = 0,75 • 10и7-квантов/час - число фотонов в энергетическом интервале ДЕ^

- ЛГМ = 3,4 • 1023яд/см2 - число ядер в 12С-мишени

- = 5,8 • Ю-2 стер. - телесный угол 7Г-телескопа

" = 0,8 - эффективность регистрации 7г-мезонов (потеря в счете 7г-мезонов возникала за счет рассеяния 7г-мезонов в 1-ом счет мке 7г-телескопа и в Д Я-детекторах)

- = 0,3 - эффективность регистрации нейтронов (полученная путем моделирования процесса регистрации нейтронов с энерг ией 100 МэВ п-телескопом 0)

/({jj) = 0,18 - геометрический фактор, соответствующий доле коррелированных (тг+га)-событий, регистрируемых одновременно 7г+ и п-спектрометрами.

Коэффициент f появляется в результате нарушения угловой корреляции из-за конечной величины Д9 спектрометров и ферьш-движения нуклонов. В отсутствии этих факторов размытия, например, в случае элементарного процесса фоторождения 7N —> тг+п,

фактор f=l. В нашем случае распада 5ц-

гезонанса (5ц -+ %N) фактор f < 1. Опенки,

РОС НАЦИОНАЛЬНАЯ i БИБЛИОТЕКА I С. Петербург I 08 300 »кг (

проведенные с учетом кинематики распада и отклонения от условия < 0„w >= 180°, а также с учетом конкретной геометрии (7г+, п)-спектрометров, дали значение f=0,18

Подставляя численные значения приведенных величин в (5.11.) получаем следующее значение для дифференциального сечения фоторождения 77-меэонных ядер и их распада по (тг+п)-каналу для ядра 12С:

^[„Д (тг+п,), ДЯ7] = (0,97 ± 0,11) мкбн/стер (5.12)

В предположении изотропного распределения (тг+п) пар полное сечение фоторождения 77-мезонных ядер в интервале АЕ7 = (8 50 — 650) МэВ оказалось равным •

<т,(„Л(7г+п), AEJ == (12,2 ± 1,3) мкбн (5.13)

С учетом того, что доля (гг+п) пар составляет 1/3 от всего количества (тгЛ^-событий распада 5ц(1535)-резонанса, получаем следующее значение полного сечения фоторождения 77-мезонных ядер для интервала Д£'77Ш„ = 850 — 650 МэВ:

fft(4A, (trJV), АЕутах(эксв) = (36,6 ± 3,9) мкбн (5.14)

Это значение хорошо согласуется с теоретической оценкой сечения фоторождения ц-ядер на ядре 12 С [ ] вычисленное для интервгла ДЕу « 850-660 = 190 МэВ ( полученное нами с помощью геометрического интегрирования сечения) равное

<74(,Л(тгЛГ), Д£7)(теор) » 38 мкб (5.15)

Глава 6. Обсуждение результатов

Обсуждение результатов эксперимента проводится в Главе 6. Описываются критерии образования 77-мезонных ядер, анализируется смещение по энергии измеренного распределения по суммарной энергии регистрируемых частиц по сравнению с положением аналогичного распределения для распада свободного 5ц (1535) -нуклонного резонанса, делается заключение об обнаружении 77-мезонных ядер и о наблюдении влияния ядерной среды на эффективную массу 5ц-резонанса.

Прежде всего рассматриваются критерия образования 77-мезонных ядер

Пороговый эффект является простым и достаточно надежным критерием возникновения 77-ядер. При энергиях 7-квантов Е1 ниже порога фоторождения 77-мезонов на нуклоне (Еу„орог = 707 МэВ) 77-мезонные ядра чозникнуть не могут, а при энергии Еу, превышающих Е7порог, возникновение 77-ядер, «ели такие связанные системы существуют, возможно. Естественно, при этом не рассматривается так называемое предпороговое рождение ^-мезонов на ядрах, связанное с ферми-движением нуклонов в ядре

В настоящей работе для гарантии отсутствия рождения 77-меэонов минимальная энергия Е~,тт, равная граничной энергии спектра тормозного излучения, была выбрана равной £у(т,П) = 650 МэВ, т.е. на ~ 57 МэВ гаже пороговой энергии рождения 77-мезонов

на нуклоне. Энергия Еу, превышающая Ег/пор, была выбрана равной Е1тах = 850 МэВ Таким образом, был обеспечен интервал по энергии 7-квантов Л F., ss (850 - 707) МэВ ~ 143 МэВ, (и лаже на 30 - 50 МэВ больше, если учесть ферми-распределение нуклонов в ядре) внутри которого энергии 7-квантов были достаточные для рождения 77-мРзоно з на нуклонах и, соответственно, для фоторждения ij-мезонных ядер.

Именно в этих условиях были зарегистрированы (тг+п)-события в реакции (1), которые отождествлялись затем с возникновением и распадом г?-мезонных ядер ( рис )

Другим критерием образования 77-мезонных ядер явился резонансный характер спектра (7г+п)-событий, зарегистрированных при Еутах = 850 МэВ

Измеренный спектр (7г+п)-событий располагался при энергиях, соотвотствугощих фоторождению 5ц(1535) нуклонного резонанса в элементарном гроцтсе ",7V -> 5ц(1535). Как следует из работы [16] (см. рис...) роль 5п(1535)-резонанса в процессе фоторождения 77-мезона на нуклоне является определяющей. Именно такой резонансный характер возникновения 77-мезонных ядер ожидался в фотореакции на ядре и такая резонансная структура действительно проявилась в настоящем эксперименте.

Выбор для регистрации (7Г+п)-событий основывался на преимущественной роли Sn (1535) резонанса в процессе распада т/-мезонных ядер и высокой доли (50%) случаев распада 5ц-резонанса на nN-плру. Как следует из рис.3 предполагается, что возможен распад 77-мезонного ядра вследствие процесса взаимодействия Su (1535) резонанса с нуклоном ядра в реакции Su-N N -N. Однако, вероятность этого процегга по теоретическим оценкам [39] составляла не более 10% от распада Зп-резонанса на тг/V-napy, и поэтому в эксперименте был выбран вариант регистрации (7г+п)-событий.

Важным критерием, подтверждающим определяющую роль 511(1535) резонанса н фоторождении rj-мезонных ядер, явился выбранный метод идентификации г)-мезонных ядер.

Нами был выбран метод идентификации rj-мезовных ядер, который опирался на регистрацию 2-х частиц. Более того, исходя из представлений об эволюции г?-мезонного ядра и роли 5ц(1535) резонанса, было предложено регистрировать частицы (w+n)-nap, коррелированные как по углу разлета ( < >= 180° ), так и по энергиям компонент (< Е„+ >~ 350 МэВ и < Еп >= 100 МэВ), что соответствовало распаду практически покоящегося в ядре 5ц(1535)-резонанса.

Корреляция по углу разлета и по энергии компонент . а также скомпенсированность поперечного импульса (nN) -пар, возникающих при распаде 5ц-резонанса внутри ядра, является одним из критериев образования 77 -ядра.

Отметим, что в эксперименте в Лос-Аламосе[13] регистрировались также 2 частицы (pi и тг+) из распада т;-мезонного ядра, где pi -лтютон из стадии образования 77- ме зонного ядра, а тг+-мезон из конечной стадии - распада 77- мезон ного ядра. Однако, эти частицы не коррелированы и эксперимент [13] "не удался".

Корреляция (тг+п)-пар по углу разлета и по энергии компонент четко проявляется в энергетических и импульсных спектрах 7г+-мезонов и нейтронов, измеренных в настоящей работе.

Таким образом, метод идентификации »7-мезонных ядер, основанный на представле нии об определяющей роли Sn(1535) нуклонного резонанса как на стадии формирования 77-мезонного ядра, так и на стадии его эволюции и распада, получил в эксперименте подтверждение. Кроме принципиального, концептуального подтверждения , этот подход оказался чрезвычайно эффективным в методическом отношении, а именно-

- регистрировались 2 частицы, что облегчало проведение эксперимента по фоновым условиям

- обе частицы были коррелированы по углу < €)„n >= 180°, что позволило расположить спектрометры под углами < 6Т >=< Э„ >= 90° по обе стороны от 7-пучка

- обе частицы были коррелированы по энергии компонент (тг+,п) -пары < Еж+ >= 350 МэВ и < Е„ >= 100 МэВ. - распределение суммы импульсов пары близко к нулю. Важным обстоятельством оказалось применение спектрометров по времени пролета с временным разрешением 0,2 не. Это позволило осуществить измерения двухмерных распределений по времени и тем самым разделить в плоскости 0, и 0„ области регистрации эффекта и фона. Эти обстоятельства в значительной степени уменьшило фон случайных совпадений. Кроме того, корреляция по энергии (7г+п)-пары также действовала в польз> выделения событий "эффекта" из фоновой подложки. Все эти меры обеспечили уверенную регистрацию "эффекта"- фоторождения ?/-мезонных ядер-, сечение которого составляет Ю-3 от сечения фоторождения тг-мезонов.

Критерием правильности представлений о распаде практически покоящегося в ядре 5ц(1535)-резонанса, может служить величина поперечного импульса (тг+, п) пары Значение поперечного импульса рх = р„ +рп, вычисленное по значениям энергий регистрируемых 7г+-мезонов и нейтронов оказалось равным ± 75 МэВ/с , что соответствует кинетической энергии SKBh[S,u(1535)] < 10 МэВ.

Кроме того, в процессах фоторождения, как правило, реализуется двухчастичная кинематика, что позволяет осуществить четкие критерии отбора частиц по угловым и энергетическим характеристикам.

Новым результатом в ядерной физике и физике частиц, полученном в настоящей работе, явилась оценка энергии связи Eg(Su) 5ц(1535) резонанса в ядре.

Изучение влияния ядерной среды на характеристики частиц и резонансов представляет в настоящее время большой интерес с точки зрения существующих теорий ки-ральной симметрии и прежде всего с позиции проблемы происхождения масс элементарных частиц.

С этой точки зрения эта-мезонные яДра явились весьма удобным объектом, поскольку, как уже много раз отмечалось, они содержат, кроме нуклонов, rj-мезон и 5ц(1535)-нуклонный резонанс, т.е. новые, ранее не входившие в состав ядра частицы. Связанная система 77-мезона и ядра, а также 5ц(1535)-резонанса и ядра, которые являются двумя состояниями г/-мезонного ядра, интересна прежде всего возможностью получить экспериментальные данные об энергиях связи Eg(rf) и Eg(Sn) ^мезона и 5ц(1535)-резоваяса в ядре. Иными словами, можно говорить о значении энергетических уровней т;-мезона и 5ц(1535)-резонанса в 77-мезонном ядре, или о дефекте массы т/-мезона и 5ц (1535) резонанса, связанных в ядре.

В планируемых экспериментах в COSY (Юлих) [77,93] и в GSI (Дармштадт) [31,32,33] также предполагается регистрировать частицы, связанные со стадией образования т/-мезонного ядра. Следует, однако, отметить, что при этом не учитывается влияние ферми-распределения нуклонов в ядре-мишени, которое приводит к нарушению условия безотдачной кинематики и, соответственно, к сильному разбросу ожидаемых значений энергий связи и кинематических характеристик регистрируемых частиц.

В настоящем эксперименте анализировались характеристики нуклонного резонанса Si i(1535) , связанного в 77-мезонном ядре, т.е. рассматривался распад 77-мезонного ядра. Здесь также следует учесть ферми-распределение нуклонов в ядре, но его влияние на

измеряемые характеристики проявляется значительно слабее, потому что выбранные характеристики, такие как корреляции (тг+тг)-пар по углу разлета и по энергии компонент пары слабо чувствительны к ферми-распределению нуклонов в ядре

Прямым результатом настоящего эксперимента явилось измерение энергетического сдвига ДЕ положения максимума (1445 МэВ ) измеренного распределения по суммарной энергии Е(тт -(- п) (тг+п)-пары от распада 5ц-резонанса по сравнению с положением максимума (1535 МэВ) для аналогичного распределения для свободного 5ц(1535) резонанса (см рис.20 ). Величина энергетического сдвига оказалась равной:

ДЯ(1) = 1535 - 1445 = (90 ± 15) МэВ (6.1)

Согласно нашей оценке поперечного импульса Ар± 5ц (1535) резонанс не обладает каким-либо значительным импульсом, т.е. происходит распад практически покоюще-гося 5ц(1535) резонанса и энергия распада должна соответствовать сумме масс т}-мезона и нуклона, связанных в ядре.

Таким образом, положение максимума в экспериментальном распределении по сумме энергий (тг+п)-пары, равное Е(тг++п) = 1445 МэВ, должно соответствовать сумме масс ?7-мезона и нуклона связанных в г/- ядре. Различие в сумме масс, связанных в ядре и свободных г) -мезона и нуклона, оказалось равным:

АЕ(2) = 1485 - 1445 = (40 ± 15) МэВ (6.2)

Далее, если предположить, что дефект массы 5ц-резонанса есть результат связи ??-мезона и нуклона в ядре, то, принимая,'что Дш для нуклона = 8 МэВ, мы можем получить оценку дефекта массы ^мезона, связанного в ядре.

Дт(1/) = 40(±15 МэВ) - 8 = 32(±15 МэВ) (6.3)

Таким образом, получаем следующие значения энергий связи (или дефекта массы) для 5ц- резонанса и г^мезона в ядре ■

Е,{Яи) = (40 ±15) МэВ (6.4)

Еа(т}) = (32 ± 15) МэВ (6.5)

Эти оценки имеют большие погрешности и, конечно, требуют подтверждения в последующих, более точных измерениях.

Заметим, что из-за малости экспериментального сечения, ~ 1 мкбн/стер

(5 12), измерение и исследование 77-мезонных ядер оказывается весьма сложной экспериментальной задачей. Следует отметить, что успех настоящего эксперимента ,был всецело связан со следующими обстоятельствами:

• применением оригинального метода идентификации т;-мезонных ядер, обзспе-чившим существенно меньшие фоновые загрузки по сравнению с теми, которые характерны для других постановок эксперимента, заключающегося в прямой регистрации распадных частиц.

• разработкой и реализацией сценария проведения эксперимента, когда используется измерение "калибровочного" процесса • ■упС —> 7г+п + X прг Еутах = 650 МэВ

• измерением выходов (?г+п) событий для интерчала энергий 7-квантов Д= (850 - 650).МэВ. Поскольку быстрый нуклон, вылетающий "вперед", уносит весь излишек энергии, то процесс образования 17-ядра осуществляется как бы у порога фоторождения 77-мезона.

• использованием высокоточных спектрометров по времени пролета с временным разрешением St, =~ 0,2нсек

Все эти меры и позволили провести выделение и измерение эффекта, характеризуемого столь малым сечением.

'Заключение

В Заключении представлены основные результаты работы по "физике" и "методике" .

К основным физическим результатам работы следует отнести следующие ■

1. получение экспериментальных данных, свидетельствующих об образовании ij-мезонных ядер - связанной системы 77-мезона и ядра - в фотореакциях.)

2. получение экспериментальных данных, свидетельствующих о влиянии ядерной среды на характеристики Sa(1535) нуклонного резонанса в 77-мезона, как составляющих 77-мезонных ядер.

3. измерение дифференциального сечения da/dQ^A) фоторождения 77-мезонных ядер в реакции

7 +12 С -> р(п) +„ (А - 1) Я-+ + n + X

для £71ШИ = 850 МэВ.

4. измерение дифференциального сечения dafdü квазисвободного фоторождения (7г+п)-пары на ядре 12С в реакции:

7 +1г С 7Г+ + п + X

для Е1тах = 650 МэВ.

5. получение распределения для поперечного импульса (тг+п)-пары, Pi(7r+n)i возникающего как от распада 5ц (1535) резонанса внутри 77-мезонного

ядра, так и в результате фоторождения (тг +,п) -пары в калибровочном процессе 7 +12 С -»■ тг"1" + п 4- X

Во время выполнения эксперимента был осуществлен ряд методических решений, которые обеспечили как успех собственно эксперимента, так и получение конкретных физических результатов:

1. предложена модель формирования, эволюции и распада г/- мезонных ядер, на основе которой был разработан метод идентификации т/-мезонных ядер по регистрации коррелированной (тг+п) - пары, возникающей при распаде 5и (1535) -резонанса внутри ядра.

2. разработана и создана автоматизированная спектрометрическая двух-плечевая установка, предназначенная для регистрации и измерения энергий коррелированных (тг+п)-пар, возникающих от распада 5) I (1535)-резонанса, связанного в ядре. Временное разрешение установки равно 0,2 не.

3. разработан сценарий проведения эксперимента по поиску ту-мезонных ядер, по которому и была осуществлена настоящая работа. Существенным оказалось применение реакции фоторждения (тг+,п)-пар в качестве калибровочного процесса.

4. проанализированы фоновые условия проведения экспериментов по поиску 77- мезонных ядер на адронных и 7-пучках и показано, что использование 7-пучков оказывается более благоприятным для проведения исследований т/-мезонных ядер.

5. разработан пакет программ мат.обеспечения работы установки и обработки результатов эксперимента. Использование двухмерного анализа событий по времени позволил разделить события "эффекта" и "фона" и тем самым выделить "эффект" из большого числа фоновых событий.

3. Благодарности

Автор хотел бы выразить глубокую благодарность Т.А.Айбергенову,

A.В.Кравцову, Ю.И.Крутову,А.И.Лебедеву, А.И.Львову, Л.Н.Павлюченко,

B.П.Павлюченко, С.С.Сидорину вместе с которыми была выполнена настоящая работа, соавторам большинства публикаций по теме диссертации, без участия которых эксперимент не был бы осуществлен, а также В.А.Баскову и А.В.Кольцову, участие которых оказалось существенным при обработке результатов эксперимента.

Автор благодарен Г.Г.Субботину и В.А.Кузнецову за качественное обеспечение работы синхротрона "ПАХРА" , В.Г.Иванову запомощь в изготовлении детекторов, а также всем сотрудникам ОФВЭ, помогавшим на разных этапах работы в осуществлении эксперимента.

Автор выражает глубокую благодарность С.И.Никольскому и Е.И.Тамму за неизменную Поддержку в период выполнения работы.

Особую благодарность хотелось бы выразить В.Г.Раевскому и С.Н.Черепне за предоставление сцинтилляционных детекторов и фотоумножителей,явившихся основой спектрометрической установки, а также Ю.С.Анисимову и А.И.Малахову за помощь в приобретении электроники.

Автор благодарен В.Л.Кашеварову и В.А.Трясучеву за участие в подготовке проекта эксперимента а также В.М.Алексееву, Л.И.Горячевой н Н.Н.Львовой за помощь в подготовке текста диссертации и в работе на PC. 4

4. Публикации по теме диссертации

1

1. Г.А. Сокол, В.А. Трясучее Возможный метод наблюдения ^-ядер.

Краткие сообщения по физике ФИАН [Sov. Physics - Lebedev Institute Report] 4, 23 (1991)

2. G.A. Sokol, V.L. Kashevafov, A,I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko Photoproduction of eta-nuclei

Proc. Int. Conf. "Mesons and Nuclei at Intermediate Energies" May 1994, Dubna, Russia, Eds. M. Khankhasaev, Zh. Kurmanov, World Scientific, Singa-pure, p. 651, 1995

3. Л.Н. Павлюченко, Г.А. Сокол, A.B. Кравцов, T.A. Айбергенов Моделирование характеристик сцинтилляционного слоистого детектора

нейтронов

Препринт ФИАН № 16, Москва (1995)

4. А.И. Лебедев, Г.А. Сокол Возможности обнаружения г)-ядер

Краткие сообщения по физике ФИАН № 9-10, Москва (1995)

5. Г.А. Сокол, Т.А. Айбергенов, А.В. Кравцов, Ю.И. Крутов, А.И. Лебедев, А.И. Львов, Л.Н. Павлюченко, С.С. Сидорин, В.А. Трясучев

Фоторождение г/-ядер (проект эксперимента) Препринт ФИАН № 9 (1996)

6. V.G. Nedorezov, I.A. Pshenichnov, G.A. Sokol, A.A. Turinge, N.V. Rudnev Tagged mesons: nuclear physics with unstable mesons

Preprint INR № 0994/98, Moscow (1998)

7. G.A. Sokol, T.A. Aibergenov, A.V. Kravtsov, Yu.l. Krutov, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko, S.S. Sidorin

Search for 77-mesic nuclei in photo-mesonic processes arXiv: nucl-ex/9812007 v.2 20 Dec. 1998

8. G.A. Sokol, T.A. Aibergenov, A.V. Kravtsov, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko Search for r/-mesic nuclei in photoproduction processes

Fizika В (Zagreb) v. 8, № 1, p. 85-90 (1999)

9. G.A. Sokol, T.A. Aibergenov, A.V. Kravtsov, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko Search for J7-mesic nuclei in photoproduction processes at LPI

Talk given at the Conference on Particle and Nuclear Physics with CEBAF at Jefferson Lab, Duhrovnic, Croatia, Nov. 3-10, 1998, nucl-ex/9905006 21 May 1999

10. Г.А. Сокол, Т.А. Айбергенов, A.B. Кравцов, А.И. Львов. JI.H. Павлюченко

Первое наблюдение 77-мезонных ядер на синхротроне физического института им. П.Н. Лебедева

Изв. Академии Наук, серия физическая, т. 64, № 3, 490 (2000)

11. G.A. Sokol

Status of experimental investigations of 77-mesic nuclei

Talk given at International Workshop "Relativistic Nuclear Physics: from hundreds MeV to TeV", June 26-July 1, Stara Lesna, Slovak Republic, arXiv: nucl-ex/0012010 25 Dec. 2000

12. G.A. Sokol, T.A. Aibergenov, A.V. Koltsov, A.V. Kravtsov, Yu. I. Krutov, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko

First experimental results on creation and decay of 77-mesicnuclei Talk given at the IX Intern. Seminar "Electromagnetic Interactions of Nuclei at Low and Medium Energies", Sep. 20-22, 2000, Mjscow, arXiv: nucl-ex/0011005 4 Nov. (2000)

13. G.A. Sokol, T.A. Aibergenov, A.V. Koltsov, A.V. Kravtsov, Yu.I. Krutov, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko, S.S. Sidorin

Creation and Decay of 77-mesic Nuclei

Talk given at CIPAND-2000, May 22-28, 2000, Quebec, arXiv: nucl-ex/0006010 19 Jun (2000); CIPANF - 2000,

14. Г.А. Сокол, T.A. Айбергенов, A.B. Кольцов, A.B. Кравцов, Ю.И. Крутое, А.И. Львов, Л.Н. Павлюченко, В.П. Павлюченко, С.С. Сидорин

Обнаружение т;-мезонньгх ядер Письма в ЭЧАЯ № 5 (102), 71 (2000)

15. G.A. Sokol, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko

Observation of eta-mesic nuclei in photoreactions: results and perspectives Talk given Intern. Conference at NSTAR 2001, 7-10 March 2001, Mainz, arXiv: nucl-ex/0106005 6 Jun (2001)

16. G.A. Sokol, L.N. Pavlyuchenko Discovery of 77-mesic nuclei

Talk given at 10th Lomonosov Conference, Aug. 2001, Moscow, Russia, arXiv: nucl-ex/0111020 30 Nov (2001);

17. Yu.S. Anisimov, V.A. Baskov, V.A. Krasnov, A.I. Lvov, A.I. Malakhov, L.N. Pavlyuchenko, G.A. Sokol

Perspectives of eta-nuclei investigations at LHE JINR Nuclotron Talk given at 16 th Intern. Baldin Seminar, June 2002,'Dubna, Russia

18. G.A. Sokol, V.A. Baskov, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko

Recent status of the experimental investigation of the eta-mesic nuclei Talk given at 3 th Sakharov Conference on Physics, June 2002, Moscow, Russia

19. Г.А. Сокол, B.A. Басков, Л.М. Лазарев, Л.Н. Павлюченко Перспективы исследования 77-мезонных ядер в фотореакциях Известия Академии Наук, серия физическая, т. 66, № 11, с. 1685-16886

(2002)

20. Г.А. Сокол, Л.Н. Павлюченко

Результаты первых экспериментов по созданию rj-мезонных ядер в фотореакциях

Известия Академии Наук, серия физическая, т. 86, № 1, с. 71-74, 2002

21. Б.Б. Говорков, А.И. Львов, Е.И. Малиновский, В. И. Сергиенко, Г.А. Сокол, JI.B. Фильков, Е.И. Тамм

Перспективы экспериментальных исследований на синхротроне "ПАХРА"

Препринт ФИ АН № 11 (2002) <

22. Г.А. Сокол, В.А. Басков, JI.H. Павлюченко т/-мезонные ядра: современное состояние исследований Препринт ФИАН № 28, Москва (2002)

23. А.И. Малахов, Г.А. Сокол < Перспективы обнаружения н исследования 77-мезонных ядер на нукло-

троне ЛВЭ ОИЯИ

Новости ОИЯИ, Дубна, № 3, с. 18 (2003)

24. М.Х. Аникина, Ю.С. Анисимов, C.B. Афанасьев, В.А. Басков, В.К. Бондарев, В.А. Краснов, С.Н. Кузнецов, А.И. Львов, А.И. Малахов, Л.Н. Павлюченко, В.В. Полянский, П.А. Рукояткин, Г.А. Сокол, Ю.Н. Узиков

Программа исследований по физике rj-мезонных ядер на нуклотроне ЛВЭ ОИЯИ

Препринт ФИАН № 23, Москва, (2003)

25. V.A. Baskov, J.P. Bocquet, V. Kuznethov, A. Lleres, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko, V.V. Polyanski, D. Rebrevend, G.A. Sokol

Possibility to study 7;-mesic nuclei and photoproduction of slow 77-mesons at the GRAAL facility

arXiv: nucl-ex/0306011, v.l, 9 lune 2003

[1] Q. Haider and L.C. Liu Formation of an eta-mesic nucleus

Physics Letters 6, Volume 172, № 2, IS May, p. 257 (1986)

[2] R.E. Chrien, S. Bart, P. Pile, R. Sutter, N. Tsoupas, H.O. Funsten, J.M. Finn, C.F. Stronash, R.L. Stearns, C. Lyndon, V. Punjabi, C.F. Perdrisat, B.J. Lieb, T. Kishimoto, L.C. Liu, R. Bstep, B. Dropesky

Search for Bound States ot the i) Meson in Light Nuclei Physical Reviev Letters, Volume 60, № 25, 20 June, p. 2505 (1988)

[3] J. Berger et al.

bf Identification of the d+p -*3 ffe + rj reaction very near threshold: cross section and deuteron tensor analyzing pover Phys. Rev. Lett., 61, № 8, 919, (1988)

[4] B. Mayer, A. Boudard, B. Fabbro, M. Garcon, C. Kerboul, J. Poitou, F. Wellers Reaction pd -+3 Her] and pd ->3 Hen+it~ near the i) threshold

Phys. Rev. C 53, 2068-2074, (1996)

[6] J.D. Johnson et al.

Search for an 17 bound state in pioii double exchange on leO Phys. Rev., С 47, № в, 2571, (1993)

[6] G.A. Sokol, T.A. Aibergenov, A.V Kravtsov, A.I. lvov, L.N. Pavlyuchenko Search for r/-mesic nuclei in photoproduction processes

Fizika В (Zagreb) 8, № 1, 85-90 (1999)

[7] L. Goldzahl et al. Nucl. Phys. A 533, 675 (1991)

[8] R.S. Bhalerao, L.C. Liu

Off-shell model for Threshold pionic r/-product ion on a nucleon and for т;TV-scattering

Phys. Rev. Lett. 54, № 9, 865 (1985)

[9] V.V. Abaev, B.M. Nefkens

Determination of the ijN and i)A scattering lenghths Phys. Rev. С 53, 385, (1996)

[10] A.M. Green, S. Wycech

The r)-Nucleon Scattering Length iind Effective Range Phys. Rev. С 55, R 2167, (1997)

[11] M. Batinic et al. Phys. Rev. С 52, 2188 (1995)

[12] L.C. Liu and Q. Haider

Signature for the existence of eta-tnesic nucleus Phys. Rev. C, Volume 34, № 5, p. 1845 (1986)

[13] B. Lieb, L.C. Liu

Search for nuclear bound states of the 7-meson LA-11670-PR, Progress Report (11188), Progress of LAMPF

[14] J.C.Peng

Experiments on r/-meson production AIP Conference Proceedings, № 133, p. 255-271 (1985)

[15] L. Kondratyuk, A. Lado, Yu. Uzlkov

"The pd ->3 Her] reaction at threshold and the possibility of presence of guasi-boud tj -3 He state"

Proceed. Int. Conf. "Mesons and Nuclei at Intermediate Energies" May 1994, Dubna, Eds. M. Khankhasaev, Zb. Kurmanov World Scientific, Singapure, p. 714 (1996)

[16] A.I. Lebedev, V.A. Tryasuchev

Cross section for production of T)-nuclei by photons J. Phys. G. Nucl Part. Phys. 17, 1197 (1991)

[17] Г.А. Сокол, B.A. Трясучев Возможный метод наблюдения т/- ядер

КСФ ФИАН [Sov. Physics - Lebedev Institute Report] №4, 23 (1991)

[18] G.A. Sokol, V.L. Kashevarov, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko Photoproduction of eta-nuclei (project of the experiment)

Proc. Int. Conf. "Mesons and Nuclei at Intermediate Energies" May 1994, Dubna, Russia, Eds. M. Khankhasaev, Zb. Kurmanov, World Scientific, Singapure, p. 651, 1995

[19] D. Jido, H. Nagahiro, S. Hirenzaki

Medium effects to the N(1535) resonance and 7-mesic nuclei

arXiv: nucl-th/0211085 v.l, 27 Nov. (2002) [20] Q. Haider,' L.C. Liu

Dependence of calculated binding energies and widths of ij-mesic nuclei on treatment of subthreshold ry-nucleon interaction arXiv: nucl-th/0209082 (2002) ¡21] V. Metag

Nucleon resonances and mesons in nuclei

Proceedings of the Workshop on the Physics of Excited Nucleons, Mainz, p. 497, March 2001

[22] L.C. Liu

Eta-nucleon interaction and nuclear production of eta mesons Acta Physica Polonica B, v. 24, № 10-11, 1545 (1903)

[23] T. Hatsuda, T. Kunihiro Phys. Rep. v. 247, 241 (1999)

[24] V. Metag

Mesonig decays of baryon resonances in nuclei and compressed hadronic matter Acta Physica Polonica B, v. 27, № 11, 3176 (1996)

[25] L. Kulpa, S. Wycech

On quasi-bound states in tj-nucleus systems arXiv: nucl-th/9807020

[26] S.A. Rakityansky et al. Quasibound states of ^-nucleus systems

Physical Review C, Volume 53, № 5, p. R2043 (1996)

[27] B.J. Lieb, L.C. Liu

Studies of eta-nucleus bound systems Research Proposal LAMPF, July 7, (1986)

[28] D.O. Riska

The N* -> Nv brancning ratios and the quark model

Presented at the "Meson 96" Workshop, Cracow, Poland, May 10-14, (1996)

[29] B.J. Roy, H. Machner

Search for Bound States of the Eta Meson in Nuclei: Testing of the ENSTAR detector

(COSY Proposal № 50), Oct. 2002

[30] N. Willis, Y.E. Borneo, A. Zghiche et.al. »/-Helium Quasi-Bound States

Preprint submitted to Elsevier Preprint, 12 March 1997

[31] R.S. Hayano, S. Hirenzaki, A. Gillitzer

Formation of »//w-mesic nuclei using the recoilless (d,3 He) reaction

Proceed Intern. Conference "Mesons and Light Nuclei" 1998, World Scientific,

Eda: J. Adam et al., p. 473 (1999)

[32] R.S. Hayano, S. Hirenzaki, A. Gillitzer

Formation of 77-tnesic Nuclei Using the Recoilless (d,3 He) Reaction arXiv: nucl-th/9806012 4 Jun. 1998

[33] R.S. Hyano

Do 7-mesic nuclei exist?

Nucl. Phys. A 691, p. 367-373 (2001)

[34] B.M. Nefkens »¡-Physics

Invited talk presented at the Workshop, New Vistas with High-Energy pion Beams, Santa Pe, N.M., Oct. (1992)

[35] B.M.K. Nefkens

Eta-physics at intermediate energies

Talk presented at the International Conference on "Mesons and Nuclei at Intermediate Energies", Dubna, Russia, May 3-7 (1994) [Зв] V. Baru, J. Haidenbauer et al.

Charge symmetry breaking as a probe for the real part of 17-nucleus scattering lengths

arXiv: nucl-th/0303061, v. 1, 25 Mar. 2003

[37] K. Tsushima, D.H. Lu, A.W. Thomas et al. Charmed mesic nuclei: Bound D and D states with wsPb Physical Review C, v. 59, № 5, p. 2824 (1999)

[38] T. Inoue, E. Oset

^nucleus optical potential in a chiral unitary approach arXiv: hep-ph/0211285, v. 1, 18 Nov. 2002

[39] H.C. Chiang, E. Oset, L.C. Liu Width of bound eta in nuclei Phys. Rev. С 44, № 2, p. 738 (1991)

[40] C. Garcia-Recio, J. Nieves, Т. Inone, E. Oset rebound states in nuclei

Phys. Lett. В 550, 47-54 (2002)

[41] M. Pfeiffer, J. Ahrens et al. Photoproduction of »7-mesic 3ffe

arXiv: nucl-ex/0312011, v. 1, 11 Dec. (2003)

[42] C. Dover, P. Fishbane

i; и (//-scattering: a probe of the strange-quark (us) content of the nucleón Phys. Rev. Lett. v. 64, № 26, 3115 (1990)

[43] C. Wilkin

Charge symmetry breaking in the dd —> air° reaction Phys. Lett. В 331, 276-279, (1994)

[44] V.A. Tryasuchev Photoproduction of light r¡-nuclei

Physics of Particles and Nuclei, v. 30, № 6, November-December (1999)

[45] А.И. Малахов, Г.А. Сокол

Перспективы обнаружения и исследования >;-мезонных ядер на нуклотроне ЛВЭ ОИЯИ

Новости ОИЯИ, Объединенный институт ядерных исследований, Дубна (2003)

[46] М. Betigeri, J. Bojowald, A. Budzanowski et al. Measurement of pd ->3 Heq in the 5ц Resonance arXiv: nucl-ex/9912006, v. 2, 9 Dec. 1999

[47] S. Hirenzaki, H. Toki, T. Yamazaki

(d, 3He) reactions for the formation of deeply bound pionic atoms

Phys. Rev. С, v. 44, № в, p. 2472, Dec. (1991)

[48] M.X. Аникина, Ю.С. Анисимов, C.B. Афанасьев, В.А. Басков, В.К. Бондарев, В.А. Краснов, С.Н. Кузнецов, А.И. Львов, А.И. Малахов, Л.Н. Павлюченко, В.В. Полянский, П.А. Рукояткин, Г.А. Сокол, Ю.Н. Узиков Программа исследований по физике !)-мезонных ядер на нуклотроне ЛВЭ ОИЯИ

Препринт ФИАН ЛЬ 21, Москва (2003)

[49] A.A.Sibirtsev Eta-production in nuclei Report ITEP,ITEP-39-93 (1993)

[50] Л.Н. Павлюченко, A.B. Кравцов, Т.А. Айбергенов, Г.А. Сокол Моделирование характеристик сцинтилляционного слоистого детектора нейтронов

Препринт ФИАН, Ni 4, Москва (l'99fi)

[51] А.И. Лебедев, Г.А. Сокол Возможности обнаружения г/-ядер КСФ ФИАН № 9-10, р. 89 (1995)

[52] Г.А. Сокол, Т.А. Айбергенов, А.В. Кравцов, Ю.И. Кругов, А.И. Лебедев, А.И. Львов, Л.Н. Павлюченко, С.С. Сидорин, В.А. Хрясучев Фоторождение т;-мезонов (проект эксперимента)

Препринт ФИАН № 9, Москва (1996)

[53] V.G. Nedorezov, I.A. Pshenicbnov, G.A. Sokol, A.A. Turinge, N.V. Rudnev Tagged mesons: nuclear physics with unstable mesons

Institute for Nuclear Research of the Russian Academy, Moscow (1998)

[54] G.A. Sokol, T.A. Aibergenov, A.V. Kravtsov, Yu.I. Krutov, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko, S.S. Sidorin

Search for rf-mesic nuclei in photo-mesonic processes arXiv: nucl-ex/9812007, v. 2, 20 Dec. L998, Moscow

[55] G.A. Sokol et al. Fizika В (Zagreb) v. 8, № 1, p. 85 (1999)

[56] G.A. Sokol, T.A. Aibergenov, A.V. Kiavtsov, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko Search for r/-mesic nuclei in photoproduction processes at LPI

Talk of G.A.S. at the Conference on Particle and Nuclear Physics with CEBAF at Jefferson Lab., Dubrovnic, Croatia, Nov. 3-10, 1998

[57] Г.А. Сокол, T.A. Айбергенов, A.B. Кравцов, А.И. Львов, Л.Н. Павлюченко Первое наблюдение q-мезонных ядер на синхротроне физического института им. П.Н. Лебедева

Известия Академии Наук, серия физическая, т. 64, № 3, 490 (2000)

[58] G.A. Sokol

Status of experimental investigations of r^mesic nuclei

Talk given at International Workshop "Relativistic Nuclear Physics: from hundreds MeV to TeV", June26-July 1, 2000, Stara Lesna, Slovak Republik

[59] G.A. Sokol, T.A. Aibergenov, A.V. Koltsov, A.V. Kravtsov, Yu.I. Krutov, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko

First experimental results on creation and decay of »j-mesic nuclei

Talk, given at the IX Intern. Seminar "Electromagnetic Interactions of Nuclei

at Low and Medium Energies", Sep. 20-22, 2000, Moscow

[60] G.A. Sokol, Т.A. Aibergenov, A.V. Koltsov, A.V. Kravtsov, Yu.I. Krutov, A.T. Lvov, L.N. Pavlyuchenko, V.P. Pavlyuchenko, S.S. Sidorin

Creation and Decay of r^Mesic Nuclei

Talk given at CIPANP-2000 (May 22-28, Qvebec) 2000

[61] Г.А. Сокол, T.A. Айбергенов, A.B. Кольцов, A.B. Кравцов, Ю.И. Круто». А.И. Львов, Л.Н. Павлюченко, В.П. Павлюченко, С.С. Сидорин Обнаружение г/-мезонных ядер

Письма в ЭЧАЯ № б (102), 71 (2000)

[62] G.A. Sokol, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko

Observation of eta-mesic nuclei in photoreactions: results and perspectives Talk given at NSTAR 2001, 7-10 March 2001, Mainz

[63] G.A. Sokol, L.N. Pavlyuchenko Discovery of r^mesic nuclei

Talk given at 10th Lomonosov Conference, Aug. 2001

[64] Yu.S. Anisimov, V.A. Baskov, V.A. Krasnov, A.I. Lvov, A.I. Malakhov, L.N, Pavlyuchenko, G.A. Sokol

Perspectives of eta-nuclei investigations at LHE JINR Nuclotron Talk given at 16 th Intern. Baldin Seminar, June 2002, Dubna, Russia

[65] G.Sokol, V. Baskov, A. Lvov , L. Pavlyuchenko

Recent status of the experimental investigation of the eta-mesic nuclei Talk given at 3 th Sakharov Conf. on Physics, June 2002, Moscow, Russia

[66] Г.А. Сокол, Л.Н. Павлюченко

Результаты первых экспериментов по созданию rj-мезонных ядер в фотореакциях

Известия Академии Наук, серия физическая, т. 66, № 1, 71-74 (2002)

[67] Б.Б. Говорков, А.И. Львов, Б.И. Малиновский, В.И. Сергиенко, Г.А. Сокол Л.В. Филыгов, Б.И. Тамм

Перспективы экспериментальных исследований яа синхротроне "ПАХРА4 Препринт ФИАН № 21 (2002)

[68] Г.А. Сокол, В.А. Басков, Л.Н. Павлюченко >7-мезонные ядра.-современное состояние исследований Препринт ФИАН № 28 (2002)

[69] В.П. Павлюченко ВАНТ, техника физического эксперимента, т. 13, № 1, с 39 (1982)

[70] Н. Ejiri, М. Fuji war a et al.

Qurk nuclear physics project with multi-GeV laser electro photons

Nucl. Phys. at RCNR, Osaka - 1996. Eds: Y. Mizuno, T. Yamazaki, H. Ejiri p

163

[71] J.A. Mackenzie, D.Branford et al.

Quasifree w+ production studied using the 12C(j,ir+,n)nB reaction in the Д(123^ resonance region

Phys. Rev. С 54, № 1, v. 54 (1996)

[72] B.M.K. Nefkens

Baryon spectroscopy with eta mesons

Paper presented at the Fifth International Symposium on " Meson-Nuclecr Physics and the Structure of the Nucleón" Boulder, CO, Sept. 6-10, 1993

[73] M. Batinic and A. Svarc

Complete Analysis of the rjN S-Wave Scattering-Length Values and Its Natural Limitations in Any Single-Resonance Model Few-Body Systems 20, 69-79 (1996)

[74] T. Falter, J. Lehr, U. Mosel et al. In-medium Properties of Hadrons-Observables arXiv: nucl-th/0312093 v.l, 20 E>ec. 2003

[75] J. Lehr, M. Post and U. Mosel

In-Medium Modifications of the 5u(1535) Resonance and Eta Photoproduction arXiv: nucl-th/0306024, v. 1, 5 Jun. 2003

[76] A. Svarc, S. Ceci

t) Production in Hadronic Interactions arXiv: nucl-th/0009024, 8 Sep. (2000)

[77] M. Abdel-Bary, S. Abdel-Samad, R. Bilger et al.

Measurement of the r/ Production in Proton Proton Collisions with the COSY

Time of Flight Spectrometer

arXiv: nucl-ex/0205016, v. 1, 23 May (2002)

[78] V. Bary, A.M. Gasparyan, A.E. Kudryavtsev et al. Production of rj mesons in nucleon-nucleon collisions arXiv: nucl-th/0212014, v. 1, 3 Dec. (2002)

[79] A. Fix and H. Arenhover

Final state interaction in the reaction NN tjNN arXiv: nucl-th/0310034, v. 1, 9 Oct. (2003)

[80] B. Krusche

Photoproduction of neutral mesons in the first and second resonance region Acta Physica Polonica B, v. 27, Ni 11, p. 3147 (1996)

[81] M. Robig-Landow, J. Ahrens, G. Anton, R. Averbeck, R. Beck, M. Fuchs, A.R. Gabler, F. Harter, P.D. Harty, V. Hejny, B. Krushe, I.J.D. MacGregor, J.C. McGeorge, V. Metag, R. Novotny, J. Peise, A. Schubert, R.S. Simon, H. Stroher Near threshold photoproduction of r^mesons from complex nuclei

Physics Letters B 373, 45-50 (1998)

[82] T. Yorita, H. Yamazaki, T. Kinoshita, T. Okuda, H. Matsui, J. Kassagi, T. Suda, K. Itoh, T. Miyakawa, H. Okuno, H. Shimizu, H.Y. Yoshida, T. Kinashi, T. Maruyama

Observation of Sn(1535) resonance in nuclear medium via the 12C(j,rj) reaction Phys. Lett. B 476, 226-232 (2000)

[83] H. Stroher

Electromagnetic Production of rj and »)/ Mesons Physica Scripta, T 99, 143-145 (¡8002)

[84] B.M.K. Nefkens

Meson-Nucleon Physics: Past, Present and Future arXiv: nucl-ex/0202006 Feb. (2002)

[85] A. Sibirtsev, S. Schneider, Ch. Elster, J. Haidenbauer, S. Krewald and J. Speth Incoherent Eta Photoproduction from the Deuteron near Threshold

arXiv: nucl-th/0203039, 15 Mar. (2002)

[86] B. Krusche

Photoproduction of »/-mesons from light nuclei arXiv: nucl-ex/0304008, v. 1, 2 Apr. (20(13)

[87] V. Hejny, J. Weib, P. Achenbach et al.

Threshold enhancement in 17 photoproduction from 2 Я and *He arXiv: nucl-ех/030400S, v. 1, 2 Apr. (2003)

[88] B.A. Трясучее

Анализ фоторождения т^-мезонов на протонах в резонансной области энергий Известия вузов, Физика т. 40, № 4, 66-139 (2003)

[89] A. Fix and Н. Arenhovel

Do we understand the r}N interaction from the near threshold г/ photoproduction on the deuteron?

arXiv: nucl-th/0305098 May (2003)

[90] V.A. Tryasuchev

Photoproduction of r) mesons on protons in the resonance region: the Background problem and the third Su resonance arXiv: nucl-th/0311096, v.l, 27 Nov. (2003)

[91] A.I. Lvov

Production and decay of eta-mesic nuclei

Proc. Int. Conf. "Mesons and Light Nuclei" 1998, Pragie Czech. Republic; World Scientific Singapure Eds: J. Adam et al. p. 469 (1999)

[92] A. Gillitzer

Deeply bound states in pionic 207Pb and the effective pion mass in the nuclear medium

Nucl. Phys. A 639, 525 (1998)

[93] A. Gillitzer, P. Zupranski

Study of p + d induced reactions below the 3Яет/ threshold at the COSY-TOF Spectrometer 2 Oct. 2001

[94] Г.А. Сокол, B.A. Басков, JI.M. Лазарев, Л.Н. Павлюченко Перспективы исследования тт-меэонных ядер в фотореакциях Известия Академии Наук, серия физическая т. 66, № 11, 1685-1688 (2002)

[95] V.A. Baskov, J.P. Borguet, V. Kui.netsov, A.Lleres, A.I. Lvov, L.N. Pavlyuchenko, V.V. Polyanski, D. Rebrevend, G.A. Sokol

Possibility to study ij-meeic nuclei and pkotoproduction of slow ^-mesons at the GRAAL facility

arXiv: nucl-ex/0306011, v. 1, 9 Jun.2003

[96] T.Maruyama,S.Chiba.

In medium effects in the r?-photoproduction through the 5ц resonance with the

relativistic approach

arXiv: nucl-th/0204051 19 Apr 2002

[97] K.Tsushima.

Hadron properties in nuclear medium and their impacts on observables arXiv: hep-th/0206069 2002

[98] P.Moscal,H.H.Adam,A.Budzanowski et al. Hadronic interaction of rj and ^'-mesons with nucleons arXiv: nucl-ex/0212003 v.lDec 2002

[99] B.I.S. Van der Ventel,I.J.Abu-Raddad,G.C.HMhaus.

Quasi-free eta- photoproduction from nuclei and medium modification of resonances

arXiv: nucl th/0306074 v.l Feb 2003

[100] A.Fix, H.Arenhovel

Low-energy scattering and photoproduction of r/- mesons on three-body nuclei arXiv: nucl-th/0302050 v.l Feb 2003

[101] J.Weib,P.Achenbach,R.Beck et al.

Exclusive measurement of quasi-free i^-photoproduction from deuterium arXiv: nucl-ex/0210003 v.l Oct 2002

[102] M.Batinic,I.Dadie,I.Slaus et al.

The new determination of the zjN s-wave scattering length from a three-channel multi -resonance amplitude analysis Physica Scripta v.58 15-18 1998 [3.03] .M.Green, S.Wycech

A coupled K-matrix diskription of the reactions irN irN, nN —> r)N, 7N —> ttN and 7N -+ ijN

arxiv : nucl-th/9905011 May 1699

Pticl Два состояния tj -мезоныого ядра : с Т] - мезоном (справа) и с (1535) -нукпонным резонансом (слева)

Рис. 2. Процесс образования в фото^акции ц - мезонного ядра (а), рождения г\ -мезона без образования £ -ядра (б) и рождение я -мезона (в).

у/ ,(А-1) /т

Рис. 3 Схема образования т|-ядра в уА-реакдии, его эволюция и распгдо по (ЭДИг), (N71) и уу-каналам.

\Л/ [МеУ]

1416 1543 1 660 1770 1873 1970 2064 2153

13 -

•2 10 -

5 -

♦ ТАР5-а бЯААС

• ОАЭ

600 800 1300 1200 1400 1600 1800 2000 Е; [МеУ]

Рис. Ц Полно«' сечение фоторождения ^мезовов на протоне в резонансной области

N(1-1/2)

8„(1в»)

Маэз [МеУ] / / д а-зп)

N(939)

£>,11620)

*я(1232)

Рис. 5 Схемы распада шгжо-лвжаших нухлоняых р«^*

-100 -50 О 50 100 0 150 300 450 600 0 150 300 450 600

Е|)(МэВ) (ц(МэВ/с) Ч„(МэВ/с)

Рис. б .Расчет спектральных функций 8(Н,я) для ядра 12С при разных значениях

реальной части потенциала (Ец, - энергия и импульс л-мезона в ядре)

л-

Рис. 7 Не и 1т часта длины рассеяния а^ы процесса rjN 77ЛГ

С, мкб

Рис.8. Зависимость полных сечений фоторождения г/-ядер на углероде (1) и кислороде (2) : штриховые линии-реакция на - оболоченных нуклонах; сплошные линии-реакция на р- оболоченных нуклонах. Вертикальными штриховыми линиями выделена область сечения реакции в интервале энергий АЕу - 850-650 МэВ,

Рис. 9, Кинематика фоторождения rj-меэона на нуклоне

Я

Ускоритель "ПАХРА" (С-25Р)

Бернллиевый \ Бетонная

фильтр Ионизационная стена камера (ИК1)

Рис. 10. Схема вывода и пространственного формирования у-пучка электронного синхротрона ФИАН ПАХРА.

гРаД

Рис.И «Кинематика фоторождения 7г-мезонов иа нуклоне

Рис. 12 Схема расположения я+и п- спектрометров на у- пучке ш позиции 'калибровка.

Иошпашйпм Камера (ИИ)

л - спектрометров на у - пучке в позициях

Рнс. Щ Блок-схема электроники: ФСП — формирователь со следящим порогом, ВЦП — время-иифровой преобразователь, ЗЦП — зарядово-цифровой преобразователь, ВКК — времякоорди-натный компенсатор, СС — схема совпадений, Р — регистр, С — счетчик. 3 — задержка, ИК — ионизационная камера

\

оч

1.25 1.00 0.75 0.50 0.25

1550.50 0.75 1.00 1.25 1-° 0.5 и* (Л0«0)

б

0.25 0.50 0.75 1.00 1.25

(я, я) + (я*п)

с 1 = 650МэВ (в^ = (6п) = 90«

—£7^-850МэВ

0 0.25 030 0.75 1.00 1

Р.

РИСЛ,Экс„ер—

регистрируемых частиц для позиции • а>кали

Л'

т

! А

100 200

Ц « .

100 200 100 200

Рис Спектры по времени пролета для а) гг- и б) п-спектрометров

О 0,2 0,4 0,6 0,8 1

I ■■■ I I ... I I ' ■

0 0,2 0,4 0.6 0,8 I

1 О.» 0,6 0.4 0 2 О1 я

•• Р,

Рис Распределения по скоростям частиц в пионном и нейтронном детекторах в позициях: а) «*.а.ыбровка», б) «фон», в) «эффект + фон», после решения обратной задачи Вия сбоку (слева) и вид сверху (справа)

Рис 19 Двухмерные распределения по суммарной кинетической энергии Е =(Ef+ ж+,п) -пары и кинетической энергии я*-мезона E(jf) для fleyx энергий Е-^^^конца спектра тормозного излучения : 950 и 650 МэВ.

Е» = 850 МеУ

I тал

(Л 71) + (71+п)

E« = 650 MeV

(шах

(Я Я)

Oi 0.6 0.4 0.2 0.5 Lßn ^0-8 0.6 0.4 0.2 0 05pn

Рис. iS Двумерные спеггры по скоростям ßx и ßn регистрируемых частял, полученные после решены "обратной** задача

E-rmaj - «50 \btl

Ц и ЛЕ = 90 МчЯ

1200 1400 1600 им Ef* «■ п) (МэВ)

• Экспериментальное распределение по суммарной энергии

"Р°^Укп">в Распада S „ (1S35)-резонанса внутри ядра Р нении с распределением для panada свободного SJ1535) -резонанса

N

160-

120

¿а

■D

í тгттту 1

15

г

-400 -200 0 200 400

ьр-р-рщ, шв/г

N

800 600-!

400 -i

200-

" ...........»Г

:;

]\

: ja

' Г' "

-400 -200 0 200 400

Рис.21 Распределение по разности импульсов _ДР коррелированных ( яТп ) - пар для позиций : а) калибровка и б) эффект + фон

О 05 1.0 2.0 3.0

Ш(веУ»

Рис.2 2, Полное сечение фотопоглощения на протоне в резонансном районе энергий 7-квантов

Р1В68 1

РНБ Русский фонд

2005-4 12727

Подписано в печать 15/ГХ 2004 г. Формат 60x84/16. Заказ Тираж/АОзкз. Пл. 4

Отпечатано в РИИС ФИАН с оригинал-макета заказчика. 119991 Москва, Ленинский проспект, 53. Тел. 13251 28

Введение

1. Вводные замечания Т

2. Общая характеристика диссертации.

6. Общий план последующего изложения АЪ

7. Выводы

Глава 1. История поиска 77-мезонных ядер и основные направления в их исследовании ЛЦ

1.1. Развитие концепции атомных ядер, включая представление об 77-мезонных ядрах 1А

1.2. Физические проблемы, стимулирующие развитие представления об 77-мезонных ядрах

1.3. Условия формирования связанного состояния 77-мезона и ядра М

1.4. Краткая история поиска 77-мезонных ядер 2.2.

1.5. Основные направления в исследовании 77- мезонных ядер гИ

1.5.1. Энергетические уровни Ед(г7) и Eg(Su) 32.

1.5.2. Амплитуда процесса tjN —> rjN

1.5.3. Влияние ядерной среды на характеристики 77-мезона и 5п(1535) резонанса

1.5.4. Исследование процесса 5* • N* —> N • N в ядре 3S

1.5.5. Кварк-глюонная структура t]N- взаимодействия

1.5.6. Возможность существования 77-мезонных ядер для А < 4 3Ü

1.5.7. Потенциал 77Л-взаимодействия Ц£)

1.6. Перспективы экспериментальных исследований 77-мезонных ядер на ускорителях с использованием пучков 7-, р- и d - частиц

1.7. Выводы

Глава 2. Метод идентификации 77-мезонных ядер Ь\

2.1. Схема образования, эволюции и распада 77- мезонных ядер. Роль 5и(1535)-резонанса Ь\

2.2. Идентификация 77-мезонных ядер по регистрации коррелированных 7гЛГ-пар, возникающих от распада ^ц (1535) -резонанса внутри ядра

2.3. Применение метода идентификации т?- мезонных ядер

2.4. Выводы.

Глава 3. Постановка эксперимента по обнаружению ту-мезонных ядер на 7-пучке синхротрона ФИ АН "ПАХРА" 7 О

3.1. Возможность поиска г]-мезонных ядер в реакциях фоторождения на синхротроне ФИАН "ПАХРА"

3.2. Кинематика процесса фоторождения 77-мезонов на нуклонах и ядрах 7А

3.3. Электронный синхротрон ФИАН "ПАХРА" 7Н

3.4. Формирование 7-пучка

3.5. Стратегия эксперимента

3.5.1. Геометрия расположения установки на 7-пучке вокруг мишени

3.5.2. Использование процесса 7 + р —> 7Г+ + п для калибровки 2>4 спектрометров по (к+п) событиям

3.5.3. Процедура проведения измерешш М

3.6.Выводы.

Глава 4. Автоматизированная двух-плечевая

4 спектрометрическая установка

4.1. Структура установки (я", п -спектрометры, АЕ- детекторы) йб

4.2. Электроника и способы съема информации. $

4.3. Тестирование детекторов в космических лучах

4.4. Калибровка спектрометров на 7-пучке

4.5. Двухплечевая спектрометрическая система регистрации частиц по времени пролета с единым стартом

4.6. Последовательность операций при спектрометрии частиц по времени пролета

4.7. Формирование сигнала "старт"

4.8. Определение скоростей - регистрируемых частиц

4.9 Точность определения скоростей и энергий В{ частиц

4.10. Выводы . 402.

Глава 5. Результаты эксперимента и обработка экспериментальных данных

5.1. Экспериментальные двухмерные распределения по скоростям регистрируемых частиц 4 D3>

5.2. Разделение (тт°п) и (7г+п)-событий по минимальным потерям энергии

ДЕ регистрируемых частиц в АЕ -детекторах тг -спектрометра

5.3. Последовательность обработки экспериментальных данных Л О Ъ

5.4. Получение двухмерных распределений по скоростям регистрируемых частиц в интервале АР = [0; 1] ( решение обратной задачи) ^^

5.5. Получение двухмерных энергетических распределений Ег(тт+) и Ei(n) из распределений по скоростям (3"ст регистрируемых частиц ( после решения обратной задачи)

5.6. Спектры по суммарной энергии E(Ew+,En) коррелированных (7г+п)-пар при Еугпах = 650 и 850 МэВ АЛЛ

5.Т. Влияние ядерной среды на характеристики Sii(1535)-pe30HaHca

5.8. Импульсное распределение (7г+п)-пар от распада 5п(1535)-резонанса, связанного в ядре И

5.9. Измерение дифференциального сечения Jy- фоторождения (7г+п)-пар на 12С для Eimax = 650 МэВ *

5.10. Измерение дифференциального г) = (©п) = 90°) сечения фоторождения 77-мезонных ядер для АЕУ = (850 — 650) МэВ

5.11. Определение полных сечений at(7r+n)(nA) фоторождения 77-мезонных

5.12. Выводы

Глава 6. Обсуждение результатов. Л7М

6.1. Обнаружение 77-мезонных ядер.

6.2. Критерии образования 77-мезонных ядер {

6.2.1. Пороговый эффект по энергии Е7 'I 2,£>

6.2.2. Резонансная структура (7г+п)-выходов в области энергии 26 образования 5ц (1535) резонанса

6.2.3. Идентификации 77-мезонных ядер

6.2.4. Поперечных! импульс (тг+тг)-пары, возникающей при распаде 5ц(1535)-резонанса. А'2.%

6.3. Энергия связи 5ц (1535) резонанса в ядре и оценка энергии связи 77-мезона в ту-мезонном ядре

4 6.4. Сечения фоторождения 77-мезонных ядер

6.5. Сечение калибровочного процесса 7 +12 С —У 7г+ + п + X 43 \

6.6. Выводы

Настоящая работа посвящена обнаружению и изучению 77-мезонных ядер, ядерной системы нового типа, содержащей, кроме нуклонов, 77-мезон или 5ц(1535) -нуклонный резонанс (рис.1.).

Эта-мезонные ядра, квази-связанные состояния 77-мезона нли Sn (1535)- резонанса и ядра А, формально близки к известным гиперядрам, в состав которых кроме обычных нуклонов входит А- или Е-гиперон. Как и гиперядра, 77-мезонные ядра нестабильны, распадаются, предположительно, за время ту2 ~ Ю-22 с. в результате сильного взаимодействия и этим отличаются от гиперядер, время жизни которых составляет Ю-10 с. и в основе распада которых лежит слабое взаимодействие.

Возможность существования 77-мезонных ядер, их свойства и возможности обнаружения таких экзотических ядерных систем впервые были рассмотрены К.Хайдером и JI. Лиу в 1986 году [1Д2]. Они же предложили назвать связанные состояния 77-мезона и ядра: 77-мезонные ЯДРА, подчеркивая этим отличие их от мезонных АТОМОВ.

В последующем изложении мы для краткости будем зачастую использовать название 77-ядра,опуская слово "мезонные".

В последующие годы появилось достаточно большое количество теоретических работ, освещающих различные аспекты физики 77-ядер [16,25,26,27,30,32,35,39, 40,44, 49,91]. Появились также работы,рассматривающие возможность существования мезон-ядерных связанных систем с участием и,р и <р - мезонов [31,37].

Следует отметить, что давно обсуждавшаяся проблема существования связанной системы 7Г -мезона в s-состоянии с ядром нашла решение. В работе [92] получены данные, свидетельствующие об отталкивательном характере тгА взаимодействия для 7г-мезона в s-состоянии и о невозможности иметь квази-связанную систему 7г-мезона в s-состоянии и ядра. Таким образом, 77-мезонные ядра,повидимому, являются наинизшим по энергии возможным связанным состоянием мезон-ядерной системы.

До 2003 года, насколько нам известно, практически не было прямых экспериментальных работ, подтверждающих существование 77-мезонных ядер. В конце 2003 года появилась работа [41], в которой были приведены предварительные результаты по фоторождению ^Не -ядер. В работе [2], выполненной в Врукхейвене в 1988 году, был получен отрицательный результат. В то же время результаты экспериментальных работ [3, 4, 5] косвенно указывали на возможность существования квази-связанных состояний 77-мезона с ядром. Таким образом, настоящую работу [6]выполненную в 1998-99 годах, можно считать первой и единственной до 2003 года, экспериментальной работой, в которой был получен положительный результат по обнаружению 77- мезонных ядер. Работа была выполнена в ФИАН с использованием 7-квантов тормозного излучения 1 -ГэВ-ного электронного синхротрона ФИАН " ПАХРА". В работе изучалась реакция: j+12C ->р(п)+п(А-1) -»7г+ + п + Х (1) при 2-х энергиях края спектра тормозного излучения Ejmax 850 МэВ и 650 МэВ и 2-х значениях угла < 0(7Г,п) >= 180° и 100°.

Рис. Два состояния 7?-мезонного ядра:

- с ^-мезоном (справа)

- с ¿>п(1535)-резонансом внутри ядра (слева).

Основные выводы по содержанию Главы 6 состоят в следующем:

• основным результатом работы является получение экспериментальных данных, по реакции

7 +12 С 7Г+ + п + X , позволяющих говорить об обнаружении 77-мезонных ядер,т.е. нового типа атомных ядер, содержащих в своем составе, кроме нуклонов, либо 77-мезон, либо 5п(1535) резонанс

• предложены критерии, на основании которых можно сделать заключение об обнаружении ^-мезонных ядер в проведенном эксперименте.

К таким критериям относятся:

- пороговый эффект по энергии Е1 появления (7г+п)-событий, возникающих от распада 5ц(1535) резонанса в ядре

- резонансная структура выхода (7г+тг)-событий, с положением энергией пика, соответствующей энергии возбуждения ¿и (1535) резонанса. Это подтверждает предположение, что начальная и конечная стадии образования 77-мезонных ядер связаны с возбуждением и распадом 5ц (1535) резонанса.

- энергии и импульсы компонент (7г+п)-пары соответствуют распаду практически покоящегося в ядре 5ц(1535)-резонанса.

• проанализирован полученный в эксперименте энергетический сдвиг АЕ = (90 ±15) МэВ в положении максимума экспериментально измеренного распределения по суммарной энергии (7г+п)-пары по отношению к положению максимума в аналогичном распределении для свободного 5ц(1535)-резонанса, т.е. полученного в результате элементарных процессов 7гЛГ —> ттЛ^; тгМ —> 77// и 7ЛГ 7гЛГ

• в предположении, что распад 5ц(1535) резонанса, связанного в 77-мезонном ядре должен соответствовать сумме масс ^("П + Ю — 1485 МэВ., получаем экспериментально измеренный сдвиг распределения по суммарной массе распадающихся частиц, равный:

АЕ = (40 ± 15) МэВ. (6.13)

Эту величину можно интерпретировать как энергию связи 5ц (1535) резонанса в ядре Ед(Зц).

• исходя из значения энергии связи нуклона в ядре Ед(ЛГ) « 8 МэВ получена оценка энергии связи 77-мезона в 77-мезонном ядре :

Ед{т]) = (32 ± 15) МэВ (6.14)

Эти результаты получены впервые. Величины Ед(3ц) и Ед(г]) могут быть интерпретированы как изменение массы (дефект массы) 5ц и 77 в ядерной материи. в эксперименте измерено дифференциальное сечение фоторождения 77-мезонных ядер на ядре 12С : а/сгП(чЛ)(ДЯ7 < Эд- >=< 0П >= 90°) = (0,97± 0,11) мкбн/стер (6.15) в предположении об изотропии распределена (7г+п)-пар, получено полное сечение фоторождения 77-мезонных ядер: аь(г,А){АЕ^) = (36,6 ± 3,9) мкбн (6.16) которое хорошо совпадает с теоретическим значением сечения, полученного в [16] процесс фоторождения (тг+п) пар на 12С для интервала энергий ДЕ1 = 650 — 250 МэВ использовался в качестве калибровочного процесса как для калибровки спектрометров ввиду близости по энергии 7г+-мезонов и нейтронов в измеряемом процессе фоторождения 77-мезонных ядер, так и для "калибровки" процедуры вычисления сечения фоторождения 77-мезонных ядер. измерено дифференциальное сечение фоторождения (7г+тг)-пар на ядре 12С для интервала энергий 7-квантов АЕ = (250 - 650) МэВ. Сечение оказалось равным : гсг/(Ш(7г+п)(Д£) = (18,8 ± 2,0) мкбн/стер (6.17) и оно довольно хорошо согласуется с известными из литературы сечениями фоторождения 7Г+-мезонов на ядрах. Следует, правда, отметить, что экспериментальных данных по фоторождению (тт+, п) - пар на ядре 12С мало и условия измерений в разных экспериментальных работах сильно различаются, так что прямое сравнение не вполне правомерно. отмечается, что только в исследованиях с использованием 7-пучков возможно иметь достаточно "жесткую" двухчастичную кинематику квази-элементарного процесса на ядре, что позволяет осуществлять калибровку не только экспериментальной установки и процедуры измерений, но и методику извлечения сечений из измеренных выходов. в эксперименте использовались высокоточные сцинтилляционные спектрометры по времени пролета с временным разрешением 0,2 не. Это позволило реализовать измерения дифференциальных распределений по временам пролета регистрируемых частиц и тем самым существенно разделить области регистрации событий "эффекта" и "фона".

Заключение

В Заключении представлены основные результаты работы по "физике" и "методике" . а) Физика

К основным физическим результатам работы следует отнести следующие :

1. Получены экспериментальные данные, свидетельствующие об образовании 77-мезонных ядер - связанной системы 77-мезона и ядра - в фотореакциях.

Возможность существования 77-мезонных ядер - нового типа атомных ядер - обсуждалась в ряде теоретических работ, начиная с основополагающей работы Лиу и Хайдера (1986 год) [1]. Поиски 77-мезонных ядер в реакции с использованием 7г+-мезонных пучков, предпринятые в Брукхейвене и Лос-Аламосе (США) (1988 г.) дали отрицательный результат. В 1991 году в работе Лебедева и Трясучева возможность образования 77-мезонных ядер рассматривалась в процессах фоторждения [16]. В 1991 году в нашей работе [17] был предложен новый метод идентификации 77-мезонных ядер. Этот метод и был использован в настоящей работе по обнаружению 77-мезонных ядер в реакции

7 +12 С -» 7г+ + п + X.

Эксперимент был проведен с использованием 7-квантов тормозного излучения 1 ГэВ-ного электронного синхротрона ФИ АН "ПАХРА".

При Е^тах = 850 МэВ наблюдалась резонансная структура в выходах коррелированных по углу разлета и по энергии компонент (тг +,п)- пар что связывалось с фоторождением 77-мезонов, образованием 77 -ядра и распадом его на (7г, п) -пару.

2. Получены экспериментальные данные, свидетельствующие о влиянии ядерной среды на характеристики ¿"ц (1535) нуклонного резонанса и 77-мезона, как составляющих 77-мезонных ядер.

В настоящей работе было измерено распределение по суммарной полной энергии коррелированной (7г+п)-пары, ¿2(сум) = Еж + Еп, возникающей от распада Sn(1535)-нуклонного резонанса в 77-мезонном ядре. Максимум измеренного распределения Е(тг+п) оказался сдвинутым влево по энергии на величину АЕ = (40 ± 15) МэВ по отношению к значению Е{77 + N) = 1485 МэВ, сумме масс свободных 77-мезона и нуклона. Такой сдвиг АЕ находит объяснение в предположении о ядерном взаимодействии Sn(1535) резонанса с ядром, в результате которого возникает изменение массы (дефект массы) Sn (1535) резонанса, аналогично тому, что происходит с нуклонами при их объединении в ядро.

В то же время энергетический сдвиг АЕ можно рассматривать как величину энергии связи £^cb(Sh) Sn(1535) резонанса в ядре.

Eg(Sn) = (40 ±15) Мэв

Принимая во внимание, что Sa (1535) резонанс состоит из 77-мезона и нуклона и учитывая энергию связи нуклона в ядре Eg(N) = 8 МэВ, можно получить оценку энергии

40 - 8) ± 15 = (32 ± 15) МэВ

3. Измерено дифференциальное сечение da/dQ.{vA) фоторождения r¡-мезонных ядер в реакции

7+12 С -» р(п) +„ (А - 1) -> 7г+ + п + X для интервала энергий 7-квантов ДЕ1 = (850 — 650) МэВ и для углов вылета 7г+-мезона и нейтрона < Qv >=< ©„ >= 90° по обе стороны 7 -пучка.

Величина дифференциального сечения оказалась равной: da/dÜ{nA){7г+п, Д£7(850 - 650)МэВ) = (0,97 ± 0,11) мкбн/стерад

В предположении изотропии в распределении (7г+п) пар, получена оценка полного сечения фоторождения ^-мезонных ядер на ядре 12С: сг,(„А)(тг+п, АЕ) = (12,2 ± 1,3) мкбн

Это сечение хорошо согласуется с теоретическим значением полного сечения фоторождения 77-мезонных ядер на ядрах 12С, полученным в работе Лебедева- Трясучева [16].

4. Измерено дифференциальное сечение da/dÜ квазисвободного фоторождения (тг+п)-пары на ядре 12С

7 +12 С -J- 7г+ + п + X для интервала энергий 7-квантов АЕ^ — 6504-250 МэВ и для углов вылета 7г+-мезона и нейтрона < 0^+ >= ©п >= 50°, которое оказалось равным: d<y/dü[(TT+n), Д£7(650 ч- 250)МэВ. < 0* >=< 0П >= 50°] = (19,8 ± 2,1) мкбн/стерад.

В литературе экспериментальных данных об измеренных сечениях именно для этих позиций по углам и энергиям отсутствуют, но качественное согласие полученного в настоящей работе значения дифференциального сечения с теоретическими оценками вполне удовлетворительно [71].

5. Получено распределение для поперечного импульса (7г+п)-пары, р±(к+п), возникающей как от распада ¿п^бЗб) резонанса внутри 77-мезонного ядра, так и в результате фоторождения (тг +,п) -пары в калибровочном процессе 7 +12 С 7г+ + п + X

Распределение для поперечного импульса (7Г+п) пары, возникающей в калибровочном процессе 7+12 С тт+ + п + X оказалось весьма узким, с шириной Ар± = ± 50 МэВ/с, что полностью подтверждает корреляцию (7г+п)-событий- в этом процессе. связи 77-мезона в ядре:

ЕМ =

Распределение по поперечному импульсу для (7г+п)-пар, возникающих от распада 5ц (1535) резонанса также имеет узкую ширину Ар± = 75 МэВ/с, что согласуется с предположением о распаде практически покоящегося 5ц (1535)-резонанса в ядре. Это важный вывод, позволяющий соотнести максимум в измеренном распределении по суммарной энергии (7г+п)-пары Е(ЕЖ + Еп) к сумме измеренных масс 77-мезона и нуклона Е = (тпг) + тпп).

Следует отметить, что получение энергетических и импульсных распределений стало возможно в результате решения обратной задачи для распределений (7г+тг)-событий по скоростям регистрируемых частиц.

Решение было получено В.П. Павлюченко на основе развитого им статистического метода решения обратных задач [69]. б) Методика

Во время выполнения эксперимента был осуществлен ряд методических решений, которые обеспечили как успех собственно эксперимента, так и получение конкретных физических результатов:

1. Предложена модель формирования, эволюции и распада г}- мезонных ядер, на основе которой был разработан метод идентификации 77-мезонных ядер

Метод идентификации связанных состояний 77-мезона и ядра А, так называемых г] - мезонных ядер, состоял в регистрации (7г+п)-пар, коррелированных по энергии и углу разлета компонент, возникающих в результате' распада 77- ядра в реакции 712С —> (7г+,п)Х В основу метода была заложен модель формирования и распада 77-мезонного ядра, согласно которой процесс фоторождения 77-ядер происходит в результате рождения 77-мезона на нуклоне ядра и этот процесс происходит, как правило, через возбуждение 5ц(1535)-нуклонного резонанса: 7/^ 5ц(1535) —> 77^

В этом процессе импульс, передаваемый 5ц-резонансу составляет р(5ц > 700 МэВ/с. Предполагается, что 77-ядро возникает в том случае, когда 77-мезон имеет малую энергию и импульс. Это означает, что практически весь импульс р(5ц) должен быть передан нуклону И, который вылетает из ядра. Оставшийся в ядре медленный 77-мезон претерпевает ряд последовательных взаимодействий с нуклонами ядра, приводящих кажлый к возникновению и распаду 5ц-резонанса. В случае распада 5ц (1535) резонанса на 77Дг-пару, 77-мезон, как правило, остается в ядре, поскольку обладает малой кинетической энергией, и может снова при взаимодействии с нуклоном образовать 5ц- резонанс Таким образом в ядре возможно появление цепочки превращений:

5ц —> 77ЛГ —» 5ц —у т]И —» 5ц.

Цепочка превращений может прерваться в случае распада 5ц-резонанса на 7гЛГ-пару, суммарная кинетическая энергия которой, Е(тт + ЛГ), составляет и 450 МэВ и обе частицы, как правило, вылетают из ядра.

Возникновение цепочки превращений обеспечивает соответствующее время жизни 77- ядра, усреднение характеристик 5ц-резонанса, что приводит к изотропии распадающейся (7riV)-napbi и к разлету компонент (хN) - пары под углом < Qnf/ 180°.

Это основное свойство распада 5ц (1535) резонанса и использовалось при постановке эксперимента: спектрометры располагались под 90° к 7-пучку по обе стороны от него. Такое расположение было наиболее благоприятным по фоновым загрузкам, что оказалось очень важным ввиду малого сечения фоторождения 77-ядер.

В рамках разработки метода идентификации 77-мезонных ядер рассматривалась концепция 77-ядра как два состояния, переходящих друг в друга: либо связанного состояния 77-мезона с ядром А, либо связанного состояния ^ц (1535) резонанса с ядром (А - 1). Эти два состояния могут переходить друг в друга в результате реакции: r)N —> 5ц —> 77N. Используя соотношения неопределенности можно оценить длительность такого перехода: 2Л[ГэВ • сек] 2-6,6-1022 , Л 1П23 Р(ГэВ) = 75 ~ 1>6 • Ю -с.

Если осуществляется 3-5 переходов, то общее время жизни 77-ядра (до его распада на 7riV-napy) может составить

At « (0,5 -г 0,8) • 10~22с. что более чем на порядок превышает так называемое "ядерное" время - время пролета через ядро релятивистской частицы.

2. Разработана и создана автоматизированная спектрометрическая 2-х плечевая установка, предназначенная для регистрации и измерения энергий коррелированных (7г+тг)-пар, которые возникают от распада 5ц (1535)-резонанса, связанного в ядре.

Установка состоит из 2-х сцинтилляционных спектрометров, работающих по принципу измерения времени пролета Ati частицей определенной базы пролета Li (TOF-система). Особенностью установки является работа с одним "стартовым" сигналом, что позволило осуществить регистрацию и спектрометрию нейтронов. А это в свою очередь позволило использовать в эксперименте достаточно "толстую" мишень из ядер 12С (I = 4см), что обеспечило высокую скорость набора регистрируемых событий. Размеры сцинтилляционных детекторов (500x500^50(100) мм3 обеспечили телесные углы dQ, ~ 10~2 стер., что также гарантировало высокий темп регистрации событий. Пространственное разрешение спектрометров составляло Ах, Ay — dh 1,5 см, временное разрешение достиголо At ~ (0,2-=- 0,15) не.,энергетическое разрешение -АЕ ~ ± 15.МэВ . В состав установки входили блоки ядерной электроники (логические, аналоговые и цифровые) в стандарте КАМАК. Получаемая в эксперименте информация регистрировалась и анализировалась в PC 486 с помощью разработанной нами программы управления работой установки. Обработка информации осуществлялась по специально созданного мат. обеспечения off-line, элементы которого использовались также в on-line режиме для визуального контроля за получаемой информацией.

Следует отметить, что высокое разрешение по времени ( 0,2 не.) позволило реализовать в двухмерном распределении по скоростям регистрируемых частиц разделение событий, относящихся к событиям "эффекта" и событиям "фона".

3. Разработан сценарий проведения эксперимента по поиску 77-мезонных ядер, по которому и была осуществлена настоящая работа

Эксперимент осуществлялся путем проведения измерений в следующих 3-х позициях: "калибровка", "фон" и "эффект + фон".

В позиции "калибровка" проводилось измерение выходов (7г+п) пар, возникающих в известном процессе фоторождения (7г+тг)-пар на ядрах мишени. Выбирались позиции для 7Г+ и n-спектрометров, которые соответствовали кинематике фоторождения 7г+-мезонов на протонах ядра-мишени:

7 + р -> 7г+ + щ < 0Ж >=< 0П >= 50°; Еутах = 650 МэВ

Этот процесс использовался в качестве калибровочного процесса как для окончательной настройки спектрометрической установки, так и для отработки процедуры расчета дифференциального сечения фоторождения 77-мезонных ядер.

В позиции "фон" спектрометры выводились из зоны коррелированной кинематики 7р —> 7г+п процесса и располагались в позиции < >=< 0П >= 90° (по обе стороны от 7-пучка), которая соответствовала регистрации (7г+п)-событий от распада 511(1535) резонанса в 77-мезонном ядре, но энергия 7-квантов устанавливалась ниже порога рождения 77-мезона, т.е. Еутах = 650 МэВ. В этой позиции в основном регистрировался процесс двойного фоторождения 7Г-мезонов 7N —> ttttN и был возможен вклад случайных событий от других процессов. В этой позиции измерялся реальный фон, который впоследствии использовался при определении (вычислении) фона для позиции измерения (7г+п)-пар при Е-утах = 850 МэВ от процесса образования 77-мезонных ядер.

И наконец, в позиции "эффект + фон", в геометрии соответствующей регистрации фона, устанавливалась энергия 7-квантов Е1тах = 850 МэВ. При этой энергии было возможно фоторождение 77-мезонов и образование 77-мезонных ядер и, как следствие, регистрация коррелированных по углу разлета и по энергии компонент (7г+п) пар от распада 5ц(1535) резонанса внутри 77-мезонного ядра.

Следует отметить, что такой сценарий проведения эксперимента по поиску 77-мезонных ядер оказался возможен только для процессов фоторождения, только при использовании пучков 7-квантов. Только для процессов фоторождения возможна двухчастичная достаточно жесткая кинематическая связь продуктов реакции и это обстоятельство оказалось чрезвычайно полезным в настоящем эксперименте.

4. Проанализированы фоновые условия проведения экспериментов по поиску 77- мезонных ядер на адронных и 7-пучках и показано, что использование 7-пучков оказывается более благоприятным для проведения исследований 77-мезонных ядер.

Использование процессов фоторождения благоприятно не только с позиций двухчастичной кинематики, но также и с точки зрения фоновых условий проведения эксперимента. Известно, что при взаимодействии адронов с ядрами в результате неупругих взаимодействий возникает большое количество вторичных частиц (7г+-мезонов, протонов, нейтронов, дейтонов), которые имеют широкое угловое и импульсное распределение. Кратность возникновения адронов в неупругом рА взаимодействии достигает 3 -М при импульсе р — (2 -S-4) ГэВ/с. Сечение неупругого взаимодействия достигает значения <Jt(pÄ) ~ 250 мбн и это обстоятельство создает очень большие фоновые загрузки практически для всех углов регистрации.

В то же время процессы фоторождения 7г и 77 - мезонов характеризуются сильной направленностью вперед и жесткой кинематикой и обладают малой множественностью. Это отличие фотопроцессов от адронных взаимодействий оказалось благоприятным для возможности выделения фотопроцесса с малым сечением (о* ~ 1 мкбн) на фоне адронных процессов с большим сечением (<Т(71Г) ~ 1 мбн).

Общий вывод из сравнений фото- и адронных процессов в исследовании 77-мезонных ядер состоит в преимуществе использования 7-пучков в этих исследованиях.

Возможно это является причиной того, что до сих пор отсутсвуюг данные об образование 77-мезонных ядер в адронных процессах.

5. Разработан пакет программ мат. обеспечения работы установки и обработки результатов эксперимента.Использование двухмерного анализа-событий по времени позволило разделить события "эффекта" и "фона" и тем самым выделить "эффект" из большого интегрального числа фоновых событий.

Суммируя все вышеотмеченные методические решения, можно сделать общий вывод о том, что именно эти решения позволили выделить и измерить процесс фоторождения т] - мезонных ядер, характеризующийся очень малым сечением, т.е. обеспечить успех эксперимента.