Поиск и исследование реакции когерентной фрагментации ядра углерода-12 при импульсе 4,2 ГэВ/с на нуклон тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

СП СП

СО АКАДЕМИЯ НАУК РЕСПУБЛИКИ УЗБЕКИСТАН

• ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ АН РУ

На правах рукописи

МУМИНОВ Маруф Максудович

ПОИСК И ИССЛЕДОВАНИЕ РЕАКЦИЙ КОГЕРЕНТНОЙ ФРАГМЕНТАЦИИ ЯДРА УГЛЕРОДА-12 ПРИ ИМПУЛЬСЕ 4,2 ГэВ/с НА НУКЛОН

Специальности: 01.04.16 — физика ядра и элементарных частиц, 01.04.23 — физика высоких энергий

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Ташкент — 1997

Работа выполнена в Объединенном Институте Ядерных Исследований г. Дубна и Самаркандском Государственной Университете им. А. Навои.

Научные руководители: доктор физико-математических наук,

профессор [ Г. М. Чернов, |

член корреспондент АН РУз, доктор физико-математических наук, профессор Б. С. Юлдашев

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук,

профессор Ю. А. Вудагов

доктор физико-математических наук, профессор В. М. Чудаков

Ведущее научно-исследовательское учреждение:

Институт ядерной физики Национального ядерного центра Республики Казахстан, г—N

Защита диссертащш состоится «_» _1._2:—,

1998 г. в / ^ часов- на заседании Специализированного Совета Д-015.15.02 при Институте ядерной физики АН РУз по адресу: 702132, г. Ташкент, пос. Улугбек.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ИЯФ АН РУз.

Автореферат разослан

Ученый секретарь специализированного доктор физико-математических)

профессор / " - Е. И. ИСМАТОВ

Ofir»M4jv ¡ i p г t (; i (' j) г f с i с í / y if ратм м

АкЧуаЛЫГОСТЬ ГОШ.Г

1С настоящему времени накопился о>рочпнн экспериментальный мнкр!.. ■> no нзучешис» процессов mhovkccineonom рождения части m> взанчо.гсие.*м!: л части и ядер при высоких •>»iepi та. J Ьнчмная.о» совокупность :»кспс />п v п i л -а -пых данных указывает па го, что пеупрутве пзаимочеКспшн алронон с ядрами является сложным процессом, включающим мехашн.м пну rjiHir/iepiioí о каскаы, проявление нчшнекпшнмч эффектов, чпоткввркошч »¡анмодсиепчш п т.д. Причем, oriiocine.TMii.iií «клад лик механизмов ичмемяется так с ростом пер/шч-iioií энергии, Гик и с ростом массовых чисел ялра-снуряла ii мишени. Однчко пел совокупность iKCtlCpiWCHTílJII.tlMX дгшиыч ПО ПТаИМОДеНс ТВОЮ H.ipoiion, ЯДСр /I даже лептонов с ядрами оказалась до сих пор недостаточна для построения теории взаимодействия частицеядрами.

В свети с перечисленными причинами фрагмента»»» возбужденных атомных ядер ори малом величине эчерпш-пмпу.'и.еа, передаваемой ему и соударении чаепше» или ялром-плртнером, привлекает пнпмгшпе. Эю - осопыи класс меуч-ругнх соударений, в которых ялро-наршер (мшпень) участвует в реакции как целое, получая весьма малый нмлулте, не разрушаясь, не возбуждаясь1 н сохраняя заряд. Различают два ocüohuhs tuna »lux крайне периферических реакций. - дифракционный (обмен померомом) и кучоноиеквп (обмен у-квантом); второй механизм cianomirat доминирующим про больших зарядах ядра.

Не менее интересны 'реакции, в которых в качесгее снаряда выступает атомное ядро, а конечномрезультатом когерентного взаимодействия чнлчется не рождение нош,ix части, а диссоциации (фрагментация) ялра. Также молен» отметить уникальную возможность ту чал танмоденствия квашстяГшльных нуклен-ных кластеров с внутриядерными нуклонами. Когерентные, фрагментации я.!ер могут служит!, основных источником информации о внутренней структуре ядра, волновых функциях рашнчных его состашшощих, уравнении состояния ядерной материн и т.д. Значении фрагментационных характеристик релятивистских ядер необходимы 1акже дня решения ряда залам астрофизики, радиационной фнэнкм и гехннкн. Указанные причины стимулировали проведение настоящей работы.

He.il. paíí<rri,i:

К момсту начала наших »¡сслеаоватiíii» был известен единственный никл работ, выполненный под руководством профессора Чернова Г,М, (ИИФ АН РУз) [1-3], но изучению котерентноП мультнфрагменгацнн релятнвистскош ядра в фотоэмульсии. Разумеется, использование фотометода грн учете сравнительно небольшой величины сечен»w когерентной реакции позволяет надеяться лишь на «разведывательный» характер нсслсдоп'анпя. Эта ситуация определяет следующие цели пашей работы:

I. Поиск ц получение нового и достаточно обеспеченного по статистке экспериментального материала по когерентной фрагментации релчпшиетекнх ядер уг лерода с импульсом 4,2 ГзВ/с на нуклон при его нзнимодеистппи с ядрами водорода »углерода; •

Возможно лишь возбуждение коллективист типа.

2. HuMVk'ime основных чаракирнс шк (сечения, импульс;», корреляции) фрагмента, oñpaiyipawiuii ii oioii реакции;

3.Сраипик.и.нии aiiajiin импульсных п корреляционныххарактеристик фрагмента íáiic'pLiiiiioii диссоциации ядер углерода па ялрах-мшксияч водорода с ana.иночными псючерси'шмми собтпям» и с данными для более глжелых ядф-мшш-пси;

4. И «учение ')пшнч1М0С1н Koi ерепшоп фрш'мешшшм ядер ог их энергии возбужденна.

U¿¡j4inii ппниша:

Совокупность роуш.гагои нсслелошшин иотолиег клаесифнццронаш их как полу'шшгые пиервие и, более юг о, vo.'ibiiiiaivnio жеперпмелтальних ретудь-. пион но ¡гп 'ше.иои нами реакции 12С ->3и практически единственны.

Hiiy/ü.i-ni'iiK'i ¡i'U'ci.'íin пешшен.:

Me голо mu аи II peiyiMsuM paño и,i мотуг быть испольчопапи при иланиро-шннш дальнейших дкеиеримемтов по поиску и итучению реакции когерешпон мульгифрцщешицпп puní птпсикпх ядер-сиарядон. Результаты наших работ ло-Икиыкп приступим, к апробации и ри.пшпио феноменологических моделей.

АдроЗашш ¡u'juiu н liуб.имсатш;

Речульпны диссертационной работы докладинадись на XXV международном симпозиуме но шкиочастичиой динадшке и Словакии, 1995г., в течнеах докладов Между «мродтш конференции «Проблемы чеоретческоК фишки о фttvikii шердого те.ча», [>улара, 1997 г., на iifopoií V i EVc ta i Ci a! úr {> ii конференции «Современные проблемы ядерной фппнки», Самарканд, 9-12 сентября, 1997г.,

Основное содержание диссертации опубликовано и Пяти работах (список в конце автореферата).

Анг&р чиншпдоет сдедукшше оеншшые речулыагы:

1. Достопериость наличия когерентного происхождения диссоциации ПС ->3а при высоких энергиях налетающего ядра. Подученные оценки сечсння реакции когерешнои диссоциации ядра углерода при р0- 4,2 ГэВ/с на нуклон па три а-адсттшы на ядрах углерода.

2. Основные характеристики когерентной диссоциации UC -»За на углеродной мипдаю согласуются с предсказаниями статистической модели прямой мудь-тифрагментаиин при «температуре» распада прпОлиннельно 9 МэВ/нуклон.

3. Измеренные характеристики протонов, дейтронов, тритонов л осколков с 7 :i 2 - продуктов фрагментации релятивистского ядра углерода-12, при его столкновении с водородом при 4,2 ГзВ/с на нуклон.

Орукгура и ойьемдиесгргяции:

Дштсрт анионная работа состоит m »ведении, ияш глав, »акдтчення и спи-н,а литературы - всего 92 страницы, пключии 23 рисуигн. ') 1аг>:нщ и бибчиогра-i'í iiíi ij< 47 ншшемовдпиН.

t

Cd.Uj!'A";ltlt!e [ШИНЫ

Шии'ШУШМ обоснована актуальное п. работы/описана ее цель и структура диссертации.

Глава .1 состоит из двух разделов. О первом разделе рассматриваются необходимые для дальнейшего обзорные сведении, определения и поняшя реакции неупругого когерентного рождения чает ни в соударениях адроноп со сложным;! »Ярами, которые были теоретически предсказаны eme п 1953 юлу И.Я. Померан-чуком к Е.Л. Фспнбергом [4].-Среди крайне периферических пеуиругчх нропсс-соп редкими когерентного рождения частиц на томных ядрах предаавллкн собой особый класс. В этих • решениях высокоэнсршчиыи адрои в сильном (дифракционная диссоциация) или купонопском (кулононсгля диссоциация) поле ядра рождает вторичные частипы. Когерентно возденствуютая на почиар.ш-руюшуга частицу мншень-ядро выступает в этих реакциях как единое бееарук-турнос целое, осгаиаясь после взапмодеиавня и основном или коллсьтннно-вепбуждепиом состоянии. Условие когсрешностм, (l-'q) > К, (R- радиус ядра-мшнши, q - передаваемый импульс)-приводит к очень малым 'значениям передаваемого п этих реакциях импульса п высоким значениям лпергешческою порога для них. В !9б1 году первая реакция когерентного рожистm части на атомных ядрах, (л- -»я "ic ■ л*) была экспериментально'обнаружена при pn ~ 17 ГэВ/с на нуклон итальянскими, а для протонов (р ря+гс р2тг42л ) - v?6ckciciimh физиками [5]. С тех пор выполнено довольно много экспериментальных работ по коюрепт-мым соударениям адроноп с ядрами. Они поспяшсны следующим процессам: it1"-» it+- кл+- кя -, ({''-> К4 "к л 'к тсit -> p!;;t\ р- > ркл' к яп ркя", где к=1.2,3... Процессы зтого типа относительно просил.для теоретического описания. Подробно ознакомиться с результатами по изучению когерентных ичапмолеПстnnií адроноп с ядрами.можно, например в работе [5] - л ссылкам к иен.

Во втором разделе первой главы анализируются имеющиеся сведения о реакциях когерентной фрагментации релятивистских ядер-снарядов па сложных ядрах, что имеет прямое отношение к теме наших исследовании. Следуя [4], сформулирована идея'о возможном когерентном характере (дифракционном или ку-лоночеком) протекания этих реакции при высоких энергиях и рассмотрены некоторые общие кинематические соси ношения для когерентных реакции чультнф-рагиентацни релятивистских ядер. События когерентной муль шфрагмептации

Л + В B + St'Fi, (И

(Л - ядро-снаряд, В - ядро-мншенг,, F; - фрагмент конечного состояния распада ядра-снаряда), а также их аналоги дня случая адроп-ядерпот соударения, характеризуются весьма малыми передачами энергии-импульса, вытекающими из условия когерентное i к (IAj >R). н довольно высокими энсрюшческимп порогами. Как и « случае спарчдов-чтс птц, ядро-мшиснь в реакция* (I) по разрушается, не возбуждается (возможно лишь пспбу»;/кннв чисто коллсктивнот типа) и сохра-мясг заряд, что облегчает énf*>p искомых реакций п :нссжрнчешс. Pai v ма григая кинематику реакции (1) п' используя законы-сохранения энергии, и импульса н тшп реакции,-можио оценить порог змн рмчщнн: -

f

pom'" = (M*2- Mu2) Л13 / 2(i, (2) ...•'•

где Мо - масса ядра отряда, диссоциирующего в синему фрагментов с эффективной массой М\'А - массовое число ялра-мпшеш}, р - масса пиона.

Рис. 1

М1Ш1С5И, мишень .

Ш (2) следует, что порог когерентной реакшш (I) н t тяжелых ядрах мишенях ni,uíJe, -iна легких. Так, например, при использованиг в качестве Мишени ядерной эмульсин, порог реакции когсрстно» диссоциации

'■С -> За <3)

(диаграмма для этой реакции представлена па рис.1) равен « 120 MjB/c на нуклон на легких ядрах.(С, N, О; <В>=14) п 220 MjB/c на »пклон - т гяжс/им я/фа», эмульсин (Ag. Br; <В>=94), Отсюда ясно,.Ч'ш в довольно большой количеств исследований lio реакциям ,3С -»3а, выполненных при энергиях несколько дссжкои МзВ/с, когерентная мулыифрагметацня ядер не мота наблюдаться. Следует подчеркнуть, что анергии, достигаемые на ускорительном комплексе (ciimpoipon + нуклотрон), являются оптимальными для выполнения экснерименюи, сняэан-, лых с мультнфрагментациен релятивистских ядер.

В главе II описывается получение экспериментального мак-риала и его обработка. В работе использованы данные, полученные с помощью 200 см ироиа-ííOBOí'j пузырысовбП камеры ДТПК-500 ЛВЭ ОНЯН, которая облучалась и пучке ядер углерода с импульсом 4,2 ГэВ/с на нуклон на Дубнснском сиихрофазофоне. Экспериментальный мазермал^ иа котором мы пропели поиск интересующих нас реакций (3}, состоял мз'<39465 неупругих взаимодействии ядер j глерода 12С при ро=4,2 ГэВ/с/нукдон с рабочим веществом (C.iIIk) пузырьковой камеры Д ГПК-500. Данные были получены в течении ряда лет Международным сотрудничеством по обработке яиро-ядерпых соударении, в котором ytacinopa/ia и /туплз физиков СамГУ. Мегоянка отбора и обраГиикг vi;irp<vi- ушгроднмх со-Г>ытгй & npoiWHOP.oil камгрг присгнм п.данной инич.

Собьпня когерентной дмссопиздии релантистского ядра-снаряда при соударении со.сложным ядром-ншненыо дшпкпм выглядеть в трековом приборе как «чистые» события, но пиеющме кпких-лпбо пилимых признаков возбуждения или развала мишени, а также рожденных чаапц. В. час июсш, в когерениюи реакции (3) на углероде, входящем в состав Си Ц не должно Сын. никаких вторичных части за исключением 3-х релятивистских «-частиц.. При -лом а-чпетци достаточно надежно идентифицируются по ионизации. При периферической диссоциации на свободном водороде пропана в камере может• дополнительно наблюдаться пндниыи трек протона отдали, вылстаюшнП в переднюю полусферу. При этом должно1 выполнятся равенство р, („ро(о«»)=-2Э|Ч Ри , где р., - поперечный импульс ьой а-частцы. Если последнее ранснство не выполняется пли число вторичных частиц, не считая релятивистских ^Неь не превышает !, то речь ндег о заведомо пекогерситиом соударениис ядром-чшиеныо.

В таре III представлены репльташ анализа полученных нами характеристик событии, отнесенных к когерси гной, фрагнентании релятивистских. ядер '•'С ->.1«. ■

Всего из Л'Ж)5 «супруг их взаимодействий ядер углерода в цропаиог.оГ» пузырьковой камере мы отобрали для анализа' 74! событие с тремя релятивнетеки-АШ фрагментами с / ~ 2 п кожчни.ч состоянии. В их число нхилали:

я) 121 «чистое» За-ео!>ыше с .хорошо идснтнфнпнрс'гшшыми о-чаепшгг,?';, нмеюти.мн импульсы,- равные -)р> в пределах ошибок измерений. Эш собыпь? удонлеторякп необходим! (однако, к сожалению, не достаточным) критерия"-? рсак!М!н (анерипиой д'.чх'опиацнн ядра-сиаряяа.

Г)) 51 событие, п которых имелся единственный протон, с углом вылета < гЛ н р„ п пределах сшибск.шмсрснпй, Данные события не проти-

воречат предположению о том, что это реакции диссоциации (3) на свободном водороде.

в) событий, » коз ерых помимо трех двухззрядных релятивистских фршмеигои снаряд-л имелось не менее 2-х дополнительных частиц, заряженных и нетрлльных. Наличие последних фиксируется при Бл Рп > 0, где суммирование проводите« но геем заряженным вторичным 'частицам при пС1,'> 4. Эти события -заведомо некогерешиме реакции диссоциации (3) Па ядрах-мйшенях.

В гашише (, представлены значения полученных нами сечений реакции (3) на я 1(-е углерода и на свободном водороде. Здесь также представлены все известные нам значения сечении реакции '-'С ->3я, полученные при релятивистских энергиях нерппчного ядра? кроме упомянута* данных мы привели также сечения «чисти!оч каната, диссоциации ,гС ->3а, полученные для обычной (Ет) и разбавленной солями стпн-.а + ГЬ( эмульсий. • •В последнем столбце таблицы I мы пршел.ч сечения когерентной диссоциации (3), оч песенные к А:л. Напомним, что зависимость о ~ А7'-* ожидается при дифракционном механизме диссоциации. В случае же кулоиовского механизма процесса, зах'пенмость ссчстия ог массы ядра-ммшенп должна быть значительно Солее сальной: гг ~ 7,:г, .-где /.-, - Заряд ядра-мишени. Несмотря на большие погрешности л данных, представленных в табл.!, можно сделать вывод о том, • • : • ч

TÍMUlL

Ро Г >В/с/п ЛД|)0-МИШС'111» А, Литература ст, мбн а/А,юмб

4,2 4,2 2,9 4,5 ,3 11 С С lan+l'b 1 12 12 47* 44* наст, ршхна наст, работа [б] m |7| 0,71 ±0,1 4,3 ± 0,5 9,7 15'Со.5 20 + 4 43 ± 16 0.7 ±0,1 0,8 ±0,1 I у M.Ü • 1,'i -05 1,5 ± 0,3 3,4+ 1,3

чго облает легких ядср-мишепен (во всяком случае, и интервале 1-12) диссоциация ПС ->3и, скорее Deem яилмеюи дифракционной, в области же средних ir шп.-слых ндер-шниенен (во всяком случае для ядра Pb) доминируй кулгиювскнП мох;ш/1 jm реакции i;C ->3u ita ядрах. Р«иулесгся дгш более уверенных выводов нужна доио.'шшелиш информация, батрукхипя на существенно большей статистки событии. . . '

При rcuj cpcjniíOM дифракционном механизме реа',:ши (3) распределение яо квадрату передаваемого диссоциирующему яцру-снаргц'. 4-импульса'Ч ила о&ш-чины I', определяемой как .

t'«t - tr,,i" (E3,.| m,), (4)

должно имен, форму аналогичную случаю упругого дифракционного рассеяния:

(da / tit' ) сс exp (-a |t'|) (5)

с наклоном дифракционного лика а «|R4 + Rui" I 4 , где RA и Rb - радиусы ядер снаряда и мишени. В формуле (4), ni, - массы «-части конечного состояния; наличие дополнительного множителя cxp[tm",(£3p.i )}, появляющегося при учете минимального t, требуемого для образования системы трех свободных a-частиц и связывающего t н t' при выполнении условия (5), 'несущественно.

Продольная компонента (qL), передаваемого при дифракции 3-импупьса q, в средним значительно меньше поперечной (q,j. поэтому - f * q2T и распределение г к') Kij;;;¡;iniy передаваемого поперечного импульса должно иметь форму

(ila / (Sí)4,) a exp (-aq2,), (6)

}/2Va"/ir)«RA + HB) (7)

fía рисунке 2 представлены распределения по «j2T для i21 «хагзикдериого» собмш;! (группа я)) и полной фонолой.группу (628 собы (¡di i pyirfi в) и О). Пс-личиьч ij, п нщием случае jícíkó вычислялась по формуле % X рь [, шраьедгси-

вой при отсутствии каких-либо дотн-диитсльных частиц (включая нейтральные), «»¿пушенных» из снаряда. Распределению (6) » масштабе рис.2 соотвектгвует прямая линия.

. W [ щ\),% •

Рнс.2 Интегральные распределения по qZr»-t' в собы птях (3) без дополнительных вторичных чаезии и признаков возбуждения мишени (О) и в фоновых реакциях (©). Прямые - распределения (6) с

Как ей дно из рис. 2, распределимте noq't для «чистых» Зй-событнн хорошо согласуется с формой (<>) при <qr > ~ <Цг>С\р = 352 ± 19 МэВ/с (х5/ст.св.и 0,9). Для фоновой группы согласие с (6) малоудовлетворительное; при <q, > = <q,>„p = 466 ± 11 МэВ/с (-/?/ст.сп.~ 3,1). Существенно, однако, что эмпирические значения <q.>mp для обоих случаев отличны: отношение <q,>!„,, ! <(i¡>f,j, = 1,32 ±+0,07, что согласуется с величиной » 1,39 ожидаемой из (7) при предположении, что события фоновой группы обусловлены неупругон дифракцией снаряда на одиноком (свободном для группы б) или кпазисяободном периферическом для группы в)) нуклоие-мишени.

Конечно, приведенные по луколичест пенные соображения не могу г, с трого говоря, рассматриваться как доказательство когеренигости реакций группы а), однако, делатт предположение об этом весьма правдоподобным.

Полученные нами характеристики азимутального углового распределения . омжтии в с.ц.м. фрагметпируюшего на За-частпцы ядра углерода для «чиезьш» реакций можно сравнить с подученными в тех же условиях на более тяжелой ми-' . нтенн с немощью фогометода [1] (преимущественно па ядра Bv, Ag, Pli). В работе

[П для этих событий бычи получены значения А'- 0,45 ± 0,05 л В'= 0,39 ± 0,05, Таким образом, Ми снова сможем констатировать разницу в. характеристиках;«*-частнцы из одной и той же реакции диссоциации ,2С -> За при разных массовых числах ядра-паршсра (мишени) - тенденция к коллинеарности, векторов поперечных импульсов в с.ц.и., превышающая требуемую законом сохранения при распаде, отсутствует в пределах ошибок во взаимодействиях с легкой млшеныо (С) и четко выражена в соударениях с тяжелой (Вг, Л^, ГЧ>) мишенью.

На рис.З (а, б) приведены распределения ио относительному пространст-. венному уг. у 0,, в л.с.к. мс'л;ду векторами импульсов а-частиц из киан'когерентной л фопглой групп реакции 1гС За, а на рис.З (в)- соответствующее распре-' делецис для 116 «чистых» реакций Тина (3) на эмульсионной (обычной ц разбавленной СОЛЯМИ РЬ) !НЛН1СНИг.

Распределение <1ц/<К),, п нашем эксперименте не обнаруж/ишегг каких-либо особенностей, в то время как в реакции с тякелой мишенью обнаруживается два достаточно хорошо разделенных максимума (рне.З в)).

Анализ, проведенный в [8], показал, что их появление обусловлено наличием каскадного канала пС -> 8Не + а -> За и это не может быть объяснено лишь возможным наличием углового момента. Отсутствие в нашем эксперименте соответствующих особенностей свидетельствует о том, что каскадный канал слабо (или вовсе не) представлен в наших реакциях. Огмсп>\ что этот вывод вполне согласуется с данными ряда работ (см. 18-10]), свидетельствующих о переходе от механизма последовательных бинарных распадов, свойственного процессу фрагментации возбужденного ядра при малых энергиях возбуждения (кТ < 3 МзВ на нуклон), к прямой мудьтифрагметацип при К'Г > 4,0 - 4,5 МэВ/нуклон.

Существенное различие во многих характеристиках реакций (3) на разных ядрах-мишенях, обнаруженное в нашей работ, может иметь основной причиной изменение (сужение) вида распределения по передаваемому фрагмеитирующему ядру-снаряду импульсу, свойственное реакциям когерентной диссоциации при переходе от легкой к тяжелой мишени как при дифракционном, так и при куло-новском механизме ¿аздейстойя. . •

Если принять эту точку зрения, то становится естественным заключение о том, что за наблюдаемую коллинеарность а-мастиц в фоновой группе событий типа(З) «ответственен», ло-видимому, угловой момент фрагментируютего ядра, проявляющийся при высоких энерпшх его возбуждения. Отметим, что. указание на «приобретение» углового момента остаточным ядром было получено н в реакциях «обычной»> мультифрагмеитацин для целого ряда ядер-снарядов [! 1].

В главе IV рассматриваются полученные нами результаты анализа когерентных реакций 12С->2й+2<1 или ,гС->2а + 1 + р. Применяя общепринятые критерии к С-С,Ш соударению из 39465 неупругих взаимодействий ядер пС в пропане, мы отобрали 18026 событий, являющихся с высокой вероятностью С'Н-

- При рассмотрении данных рйс.З нужно, строго говоря, иметь ввиду различие в родчя нашего эксперимента и в)3,8]:р»=4,2 й'4,5 ГэВ/с/нуч-'.том аюгисичаснт. ' Мы однако, этим различием пренебрегаем, имея ьвиду кнчсавеннчй хграгпер

гр.Ч!.!!::')!'(данных. ' . ■

¡0

Pilo 3

dN/dOij

соударениями. На этом материале мы рассмотрим общие характеристики фрагментации ядра- ,гС на Водороде. Эте исследопа1ше даст информацию о ряде характеристик протон-ядерных взаимодействии п аигнлабсраторной системе координат, не тмеряелш.х в экспериментах с ядрами, нокоядешнся п л.с.к. -"•','■ Фрагментационные характеристики ядер при их взатаоденпвин с водородом представляют интерес для проблемы прохождения потока частиц через меж-, зисэаиую среду. В нашем, эксперименте уверенно иден-шфициропалксь мнигоза-рялные{г Ь 2) фрагменты ядра-снаряда. Среднее число этих фрагментов 'Пг> в событиях. квалпф'ш^фуемыхнами как СИ- соударения, раино 1,21 х 0,01.

■■■'■•■ и

Значительно менее однозначна идепшфпкацня различных типов одноза-рядмыч сиекгаторных фрагментов протокол, деГпpotion и тритонов. Это разделение осложняется наличием существенного фона or «не фрагментов» - провтаи^о-деисшоаавишх фрагментов спарила и мишени, а также рожденных частиц. Для уменьшения влняпня провзанмоденстиовавашх однозарядных фрагментов и рожденных часпгц выполнялось фазирование в области (1/р) < (1/ро). Оцененные таким обратом числа п, спсктагорных протонов, дейтронов, тритонов позволили вычислить среднюю множссшспиоск» згпх части, которые приведены в табл.2. Указанные -лой таблице погрешности чисто статистические.

Как ¡ » дно из данных табл.2, более трети однозарядных фрагментов ядра ■ углерода (iо ± 2%), составляют ядра тяжелых изотопов водорода - дейтроны и тритоны. Отметим, что полученное* нами значение сушеавенно превышает величину, оцененную в фотозмульсиониом зкепер/шенге (I2J - (17 ± 2%). Возможно, зго связано с большей неопределенностью выделенных соударений со свободным водородом и фою змульсин, составляющих всего около-10% полною числа неуп-рутих взаимодействии u 'лов сложной мишени.

Были получены и проанализированы поперечные импульсы фрагментов в когерешпых Ср- взаимодействиях. Для легких фрагментов (р, d) имеет место зависимость - р'<> от прицельного параметра соударения (возрастание среднего' <р*г> с уменьшением прицельного параметра).

Форма р", - спектров отличается or Рэлееыской (чЛ) = ехр(-р?, / 2(т2}), в частности, наблюдается «избыток» чашш с большим числом р*т. . .

Мы попытались обнаружить когерентный механизм реакций мультифраг-меитацмп ■

,2С 2а + 2d, '2C->2ct + l + p, (8)

отличающихся от реакции (3) значительно более высокой степенью дезинтеграции фрагмент ирующего ядра углерода. Представляет интерес сравнение характеристик u-частиц из реакций когерентной и нскогереитной диссоциации (3)и (8). Работа выполнена па том щ экспериментальном, материале, который использовался в главе Ш. / . ' '

Всего среди 38553 неупругих взаимодействий ядер углерода в пропановой пузырьковой камере мы отобрали 151 событие с лорошр идентифицированными спект агорами снаряда типа 2а + 2d или 2а +1 + р. В их число входили:' ra) 12 «чистых» событий (7 - типа 2а + 2d, и 5-типа 2а +1 + р) без каких-либо при таков распада мншеии й дополнительных вторичных заряженных част иц; С) 139 заведомо некогереншых событий типа (8), из которых 4 - не противоречили • '

кинематическим условиям диссоциации налетающего ядра на свободном углероде. ; " ' '• .

U

ТаОшш 2.

Средняя множественность спектагорныл части и доля снсктаторных р, <J, I среда фрагментов с z = I.

Характеристика ..... ................. ... — .... .. Группа событии

Все СИ | п г= 0 tif-1 ! н i> 2

Средняя множественность (х 100)

■протонов,-<пр> 42 ± 1 227 ± 13 . 39 ± 1 "" 18 ± I 43 + 2 'РМГГ

деГиронов, <nd> 21 + I 164 ±9

ТрИГОНОИ, <!1|> 5,0 ± 0,2 1,8 ± 0,4 4,4 ± 0,2 ioo 4,1 ±0,3

фрагментов с г ä 2, <l!f> 123+ 1 — 210 + 2

Доля среди фрагментов с г =1

прогонов (%) 1 62 + 2 52 ±4 63 ± 2 65 ±2

деГпронон'(%) 31+2 37 ±3 30 ±2 29 + 2 6± 1

.тритонов (%) 7± 1 11+3 7± 1

Число «чистых» событий диссоциации (8) в нашем эксперименте соответствует сечению ор, = (0,4 ± 0,1) мб на ядре углерода, что п примерно 10 раз меньше величины

о<|) = (4,4 ± 0,5) мб для когерентного канала ,2С -> За, полученной при тех. ке условиях [7]. В то же время, общее число событий фрагментации ядра углерода в конечные состояния (8) лишь в 4,9 ± 0,4 раз меньше числа событий (когерентны* и мекогерентиых)(3). Таким'образом, доля когерентных реакции (8) среда общего числа распадов этого типа примерно вдвое меньше,- чем дня распадоя на три а-частццы (3).

При дифракционном механизме реакций когерентной диссоциации ядер распределение по квадрату передаваемого диссоциирующему ядру 4-нмиул1ся t или величине t', равной

имеет [13[ простую/жсппнЬщщшьПун) форму, впалэтчиЯ? случаю упругого

дифракционного ргнччяпшя (5), с наклоном дифрчкпи'чпггч о «нка

я i К,-, + ) / '«, ■ (Hl)

г де (!л гГ Кн - радиусы ядер снаряда и мишени. При этом -1' к , где яг - передаваемый поперечный импульс и распределение по нему должно иметь вид распределения Рэлея , ' '

/ 11ц2т ос ехр (-ач2г) (")

Крайне малое число событий - кандидатов в когереншые реакции (8) не дает возможности проверить соответствие формулы (11) опыту. Ошепш, чго для реакции (3) такое соответствие имеется [7]. •

В таблицу 3 сведены полученные нами характеристики распределений по квадрату поперечного импульса и парному азимутальному углу. Коэффициент азимутальной коллинеарности В (В') определен как

В.= (N,,,-4/4 4" - ^пЧ-е^'^д)/ Ыо^,^, • (12)

Требуемое законом сохранения импульса значение В при прямом распаде на че-1ырезаряже|1ных фрагмен та равно В< 16/2.5 (Ыфр.--1)г» 0,07 [И].

Предположение о статистнческ1 ' . характере диссоциации по каналам (8), не описывает эмпирического распределения йЫУ , которое характеризуются повышенной коллинеарностью разлета фрагментов (сравним значите Б* в таблице 3 с величиной Во).

Аналог ичная ситуация имела место н длй реакции (3) [7]. Несмотря на Крайне малую статистику «чистых» событии типа (8), данные таб.3 позволяют

заключить, что • ■

„• Средние значения , заметно меньше, чем <р\>ш ., Особенно это вы-

ражено для наиболее лстгх фрагментов. • Значение <р2^ "2 и <р*\>"2 для а-частнц из событии (8) значительно превышают таковые для реакции (3). Так как значение <р*г,>"г прямо связано с «температурой» распада ядра к'Г [15]:

кТ~<р>, ' (13)

дайны; табл.З позволяют заключит!., что распады (8) на углеродной линиенн имеют мест при температурах приблизительно в 1,5 раза более высоких, чем распады 1ш зри а-частпцы [7], Т.е. кТ ~ 15 - 20 МэВ/с. Для фоновых событий пот вывод статней пески обеспечен; для когерентных реакции, разумеется, необходимо подзгерждепне на более обширном статистическом мапгриа'лс. Высокая температура распадов (8) ддет основание, по нашему'мнению, о мадоирардоподоб-ности иачичия промежуточныхквазцядерЧмх резоиансок; скорее всего, коллинеарность овуслувдмт и&тичием узлового момента у" фра' Мситцрующей системы, который сСшаружилас! Тенденцию к увеличению с ростом оперши возбуждения.

Н

Таблица 3.

Сравнительные характеристики фрагментов из кпазикогереишых и фоновых событий диссоциации (8)

Характеристика «Чистые» события Фоновия группа

<р\>(й про юпон, МэВ/с 190 ± 47 192 ± 10

<р2,>'" дейтронов, МэВ/с . 276 ± 42 300+ 13

<р3т>1,2 тритонов, МэВ/с 202 ±33 322 ± 30

<р\>"2 а-частнц," МэВ/с 257 ±31 ' 351 ± 20

<р"\? л про 1 онон, МэВ/с 126 ±47 15?. ± 12

<р*2,>'л дейтронов, МзВ/е 224 ±31 249 ± 1 *

<р,21>"2 тритонов,' МэВ/с 195 ±33 286 ± 25

<р'г,>"} а-частин, МэВ/с ¡90 ±29 342+11

• А 0,19 ±0,12 - 0,06 ± 0,03

А* ' . -0,28 ± 0,01 ' -0,25 } 0,03

В' 0,10 ±0,12 0,19 ±0,03

■ В главе V аиатзируюгся зависимости неупрушх фрагментации ядер у порода от их энергий возбуждения. Изучение процесса мульзифрн» метаний ядер при срапшнельноНе высоких энергиях возбуждения это, но существу, прямой способ получения Информации об их структуре и виде уравнения состояния ядерной материн.

Можно выделить две крайние точки зрения на механизм фрагменташш: представления о растянутой во времени-совокупности! последовательных бииар-иых распадов и о «мгновенном» прямом распаде в систему Наблюдаемых конечных фрагментов.

На рисунке 4 приведено инклюзивное распределение по парному азимутальному углу .

Ру ~ агссо? (р-^ р^)/|рп- Рц| • • (М)

между векторами поперечных импульсов р*ч и р*,, ¡-он и ]-ой а-частимы из одною аюа диссоН1<анИ11 "СЗа .

При прямом статистическом распаде на За'-частишл но распределение должно описываться формой

Гя-И"' (1 1С,С08€ + 2С08.2С), .(15)

Рис. 4

где С|==-яЛ/2 и С2 = тсВ/2; АиВ - с зтвстстюекно.коэффициенты азимутальной асимметрии и коллинеарности, определяемые как:

AMN^-.-N^/No.^ (16)

B=(Ncs,i4 + Nia,/4«Nrf4<.<3«/4)/N0StS,. ■ ' (17)

При статистическом распаде на За-частины Ао = N"'¿,.1 = 0,5 И Во = 0.64 (N'2„.|) - 0,16 , тогда как эмпирические значения А и В, вычисленные для распределения на рис.4, равны соответственно 0,46 ± 0,22 и 0,31 ± 0,02, . то есть, поперечные импульсы ос-частиц обнаруживают тенденцию к коллинеарному разлету в поперечной плоскости соударения в системе покоя фрагментирукмнегр ядра.

На рисунке 5 показана зависимость ог среднего поперечного импульса этих частиц (или от энергии возбуждения ядра) коэффициента коллинеарности Б частиц в системе покоя ядра углцюда, распадающегося по каналу: Р + А N + кя^ +• тл0 + А, . ' • . ■ ' ' , '

Эта зависимость, как видно, носит монотонный характер. При <р>> < 200 МэВ/с (кТ<10 МэВ/с) величина В уменьшается при возрастании <р,> (кТ), дос-" тигая в области <р,> « 200 МэВ/с (кТ10 МэВ/с) своего минимального значения, практически совпадающего со значением-В«,-требуемым сохранением энергии-импульса при прямом распаде UC -> За. При <рт> >200 МэВ/с (к Г >10 МэВ/с) коэффициент коллинеарности начинает увелнчнйаться с ростом <р,> (kl ), снова до сипая довольно большою значения (В я 0,5) при -р,> КЮМэЙ/с (к! «40 МэВ/с).

Рис. 5

0.60,4" 0,2^

trir.iT

2,5

10

23

100

200

3.00.

40

400

к'Г, Мз!$/с <р,>, МзВ/с

А что касается второго участка зависимости В=Г (кТ) рассматриваемого рисунка, то возрастание В с увеличением к'Г при к'Г > |() МчВ/с не может бы >ь связано с обратным переходом от доминирования прямою капала распада "С -» За к каскадному. ..

Разумеется, для.более уверенных выводов о механизме протекания различных реакции мулы: фрагментации в зависимости от энергии возбуждения ядер необходимы дальнейшие исследования.

В заключении диссертации представлена кратка»? сводка основных результатов проведенного исследования:

!. Проведен отф>р и получена оценка сечения реакции когерентной диссоциации "С -> За при ро=4,2 ГэВ/с ни нуклон на ядрах углерода, (а = 4,3±0,5 мб).

2. Импульсные н корреляционные характеристики «-частиц в с.ц.м. фрагмелтн-рующего' ядра углерода (снаряда) заменю различаются для «чистой» и фоновой групп реакций. Основные характеристики когерентной диссоциации ,2С->За на углеродной мншени согласуются с предсказаниями статистйческон модели прямой мультифрагмёцтаци.и ири'<гге?.нгературе» распада « 9 МэВ на нуклон.

3. Показано, что основные характеристики когерентных реакций |5С -> За при рассмгггргкзаегшП первичной зпфгии сильно изменяются при переходе к тязте-лым ядрагл-мшнемям. ;

4. Разлет а-'!йстмц из фоновой группы реакций ,2С За при больших энср| иях вазбу'хщап-} обнаруживает тенденцию к холяипеарносш в поперечной плоскости соударения, что пяляегся, вероятно, следствием' приобретенного в нем углового яойента; • ' • . ' •

5. Нзмерпчл яыяолм вротоноя, дгГпррнсз, тритонов и оскоякой с г ¿7 - нродук-

• тов фрйг?:г«т«Н!И тттнсгскЬго ядра углерод? - .при его столкновений с во-

дорок

6. Исслеловшш. распределения поперечных импульсов различных типов однозарядных фрагментов (р, ¿1, 0 о лабораторной системе координат с равным нулю суммарным поперечный импульсом заряженных фрагментов. 7.Энергия возбуждения, приходящаяся на один нуклон когерентно фрагмсити-руюшего ядра (или «температура»), значительно меньше, чем в реакциях обычной муль гифрагмёнтации. 8. Статистическая теория прямого распада не описывает импульсные и корреляционные характеристики сз-частиц в системе покоя фрагментирукядих ядер.

Следует отметить, что по когерентно!! фрагментации релятивистских ядер, кроме наших работ известны только работы, выполненные на ядерной фотоэмульсии при импульсе 4,5 ГэВ/с/нуклон [1, 2, 16]. Причем, из-за малой статистики, работы на фотоэмульсии имели «разведывательный» характер. Наши ра-. боты подтвердили наличие когерентной муямлфрагментации релятивистских

Основное содержание диссертаа «г епуЗликовая» в работах:

(.Белага В.В., БондарсикоЛ.И., Муминоп ММ., Чернов Г.М., н др. Фрагментация ядра углерода » три альфа частицы в пропановон пузырьковой камере при импульсе 4,2 ГэВ/р на нуклон. Ядерная Физика, 1996, том 59, М5, с. 869-877.

?.. Белага В.В., Кладницкая Е.Н., Муминов MM., Чернов Г.М.. Юлд'лнев Б.С. Фрагментационные характеристики релятивистскою ядра углерода три его взаимодействии с водородом. Ядерная Физика, 1996, том 59, №6, с. !(>3'j-104I.

3. Белага В.В., Муминов М.М., Чернов Г.М. Об азимутальной коллинеарности разлета релятивистских альфа частиц в реакции диссоциации ,2С-> 3« на пропане при импульсе 4,2 ГэВ/с. Письма в ЖЭТФ, 1995, выпуск 5, т.62. с. 385.

4. Белага В В., Муминсв М.М., Чернов Г.М. Поиск реакции когерентной фрагментации ядра углерода в состояния 2а 2<Г и 2а + t + р при импульсе 4,2 А ГэВ/с. ЯдернаяФтика, 1997, томбО, №5, C.8S5-890.-

5. V.V. Belaga, G.M. Chernov, М.М. Muminov, Jr. Searches for the Coherent Fragmentation of Carbon Nuclei into 2(1+2 d pud 2oi+1 +.p States at 1 ?. GeVVc per Nuclei? Physics of Atomic Nuclei, vol.60, №5, 1997, pp. 791-795.

Литература цитируемая в su i ореферате.

Щ Белага ВВ.. Чернов Г.М., и др. Препринт ОИЯИ, Í4-95-368, Дубна, 1995.

[2] АбдурагакОва У.А., Чернов Г.М., и др. ЯФ, 1984, т.39, с.272.

{3] Белага И.О., Чернов Г.М., к др. Препринт ОИЯИ; Р (-94-285, Дубна, ¡V94.

{4} Поиеранчух И.Я., ФеЯнберг Е.Л., ДАН СССР, т.93, с. 439, 1953. .

|5] Антон С.Л., Гулямов К.Г., Чернов-Г.М., и"др. В еб. «Упругие и неупругне соударения.частиц большой энергии с нуклонами и ядрами». Ташкент, ФАН, 1975, с. 32-118.

{6] EngclageJ.,cittl. Phys.LetiB, 1986,v.l73,p.34.

j*7j Белага В.В., Бондарснко А.И., ¡Níyft¡mem M-.'vl.,Черно» Г.М., и др.

Фрагментация ядра углерода з три альфа '».станы а пропановой пудгрьког-'м"! камере при лмлутьсе 4,2 А РэО/с.'Ядерная физика, I99&, т.59, Кз5, с. 1-9.

|8| Белага В.В., н др. Сообщения ОИЯИ. I'i-95-40, Дубна, 1995.

[9} Campi X.. Desbois J., Lipparin E. Phys. Lett B, 1984, v. 142, p.8.

[10| В ward G„ Bongankl R„ et al. Phys. Le«. B, 1993, v.302, p. 162.

111} Бабаев A.X., и др. ЯФ, I98«?, t.50, c.1324.

fl2| Абдуратакова У.А. (Ьучеииефрагментации релятивистских ядер ПС, "Ne, у,Ре при неулрутх соударениях с водородом -фотоэмульсии. Кандидатской диссертация, ПЯФА1! УэССР, Таишеит,

f 13] Cioldhabcr A.S. Phys.Lcll. В, 1974, v. 53, p. 306. ..

[!4| Бонлдрспко A.M.. Чернов Г.М., Юляашсп Б.С. ЯФ, 1994, т.57; с. 430,

(I5| Rcuai а П.Й.. brii;r«aж A. Д., ЧернойГ.М., ii др. Сообщения ОИЯИ, " Р!-')> J!,ДуГчтя. ¡')'>г\ '

УГЛЕРОД-12 ЯД'.'ОСИНИНГ ХЛР БИР НУКЛОНГА 4,2 Л ГэВ/с ИМИУЛЬСИДА КОГЕРЕНТЛИ ПЛРЧАЛЛНИШ РЕЛКЦИЯЛЛРИНИ ИЗЛАШ ВА ТАДКИКОТИ

Мумниов Маруф Максудович Кнскача мазмуни

Илк бор 4,2 Л Гэ1!/с импульсда ,;С За когсрентли днссоциаци'ялаииш ре-пкцнясн тахлил килиниб кундаланг ке'нг.;и аннкланган ва унйнг ядро'-нишон массам и га боглянншн ургаимлган. Коп р лгглп ва когереиг булмаган реакцняларда а-злррачачарппнг импульсли ва бошда корреляцион характсристикаларн лабо-раюрия хам да парчалацувчи ядро инерция марказн санок системаларида киеснй тахлил килпнган. -

'"С -> За диссоциация механизминнг ядро-нишои масса сошн а ва ядро-ядро узаро таьсир хусусиятига караб езарлч даражада узгаришн курсатплган.

Спсктагор протоцлар, дсйгронлар, трнтонлар ва бошка заряди г> 2 бул-ган парчалариниг урзача купламлиш аииклангаи ва уларппмг кундаланг пмИучьс буйича тахсилотлари лаборатория хамда заря дли и'арчалар импульслари. йипш-диси иолга гсигбулган санок системаларидатадкиккилинган.

А ГэВ/с нмпульсда |ЯС -» За реакциянинг азимугал тскислнгида а-заррачачпр кундаланг импульсларн коллинеарлиги даражасишшг углерод ядроси уйшниш эиергисига моиотонсш боглаишип курсатипдп.

SEARCH AND STUM' OF COIIIJIIKNI FHAi.M KNIATION OF C.\ !I HON NliCLKUSAT 4,2 A GeV/c.

Alumiiiov Mariif Maksudovidi Abstract

A search for the reaction of coherent dissociation ,2C 3n on carbon nuclei at 4,2 CieV/c per nucleoli has been made. The cross section of (his reaction and it's dependence on mass number of nucleus were evaluated Tlie comparative analysis of the momentum and cur-relation characteristics of secondary alpha particlcs jn the laboratory and ccnter-of-mass frames of fragmenting nucleus with the incoherent events and with the same data for heavy targets was carried out.

It was shown thi • the mechanism of nC '-> 3a decay is essentially changing with tai get nucleus and depends on the type of nucleus-nucleus interaction. .

We have ajso measured the yield of protons, tleuterons, tritons and fragments \viifi z > 2 and investigated their transverse momenta distributions in the laboratory frame and in the frame with Zipri= 0 for all the charged fragments.

The nonmonotonic dependence of the degree of ccSIiiieatily of the transverse'momenta of alpha particles in the azimuths) plane of the reaction ,2C -> 3a at 4,2 GeV/c per nuclecn on the excitation energy of the carbon nucleus has been observed.