Развитие установки ДИСК и исследование кумулятивного рождения частиц в протон-ядерных и ядро-ядерных взаимодействиях в инклюзивных и корреляционных экспериментах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.01 ВАК РФ

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

РГБ ОД

2 8 лег '-95-358

На правах рукописи УДК 539.1.07 539.17

АВЕРИЧЕВ Георгий Станиславович

РАЗВИТИЕ УСТАНОВКИ ДИСК И ИССЛЕДОВАНИЕ КУМУЛЯТИВНОГО РОЖДЕНИЯ ЧАСТИЦ В ПРОТОН-ЯДЕРНЫХ И ЯДРО-ЯДЕРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ В ИНКЛЮЗИВНЫХ И КОРРЕЛЯЦИОННЫХ ЭКСПЕРИМЕНТАХ

Специальность: 01.04.01 — техника эксперимента, физика приборов, автоматизация физических исследований

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Дубна 1995

Работа выполнена в Лаборатории высоких энергий Объединенного ин ститута ядерных исследований.

Научный руководитель:

доктор физико-математических наук, Панебратцев Юрий

старший научный сотрудник Анатольевич

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, старший. Матюшин Александр

научный сотрудник Тарасович

доктор физико-математических наук, Киселев Юрий

старший научный сотрудник Тимофеевич

Ведущее научно-исследовательское учреждение: Московский инженерно-физический институт, г.Москва

Защита диссертации состоится "_"_ 1995 года I

"_" часов на заседании диссертационного совета Д-047.01.02 в Ла

боратории высоких энергий Объединенного института ядерных иссле дований по адресу:

141980, г. Дубна Московской области, Л13Э ОИЯИ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ЛВЭ ОИЯИ.

Автореферат разослан

' Ученый секретарь ,

диссертационного совета ЛРл11^ ^ Л Лихачев М.Ф. доктор физ.-мат. наук, профессор /

Общая характеристика работы

Актуальность проблемы. Экспериментальные исследования фрагментации ядер в кумулятивной области под действием лептонных, адрон-ных и ядерных пучков высокой энергии позволили не только получить принципиально новые данные о свойствах ядерной материи и механизме ядерных реакций в переходной и асимптотических областях, но и установить ряд универсальных закономерностей, связанных с распределением кварков в ядрах.

Несмотря на то, что за последние 25 лет в исследованиях в ЛВЭ ОИЯИ, ИТЭФ, ЕрФИ, ЛИЯФ, ИФВЭ, ЦЕРН, СЛАК, ВКЬ, ЬВЬ ГКАЬ п других научных центрах проведены многочисленные эксперименты по исследованию свойств кумулятивного рождения мезонов, протонов и барионных систем в инклюзивной п корреляционной постановке опыта, однако, явление является настолько сложным и многообразным, что его исследование до сих пор остается одной из наиболее актуальных и интересных задач в современной ядерной физике.

Значительный интерес представляют опыты по изучению процессов кумулятивного рождения частиц на легчайших ядрах. Эти исследования находятся на границе между физикой элементарных частиц и физикой атомного ядра н позволяют изучить переход от " элементарного " нуклон - нуклон-ного рассеяния к специфическим ядерным эффектам.

Корреляционные измерения позволили получить экспериментальные данные о геометрической картине и динамике процессов кумулятивного рождения частиц. Корреляционные эксперименты также позволяют получить информацию о свойствах кумулятивного рождения резонансов и тем самым существенно расширить наши знания о кумулятивных процессах.

Изучение поляризационных характеристик ядерных реакций позволяет совершенно по новому подойти к исследованию структуры легчайших ядер на малых межнуклонных расстояниях. Это убедительно продемонстрировали выполненные на синхрофазотроне Лаборатории высоких энергий эксперименты по фрагментации поляризованных дейтронов в протоны.

Реализованная в работе возможность изучения одноеппновых пионных асимметрий ядерных реакциях с поляризованными дейтронами несомненно открывает принципиально новые возможности для изучения кумулятивного рождения.

Цель работы - экспериментальные исследования процессов кумулятивного рождения частиц в инклюзивных и корреляционных экспериментах с

пучками протонов, легких ядер и поляризованных дейтронов, а именно :

1. Модернизация одноплечевого магнитного спектрометра ДИСК-2 для проведения экспериментов по кумулятивному рождению каонов на протонах и легчайших ядрах дейтерия и гелия.

2. Проектирование и создание двухплечевого магнитного спектрометра ДИСК-3 для изучения корреляционных эффектов в кумулятивном рождении частиц.

3. Развитие установки ДИСК для проведения поляризационных измерений.

4. Участие в создании автоматизированной системы сбора данных с магнитного спектрометра ДИСК п пакета программ для обработки экспериментальных данных.

5. Экспериментальные исследования процессов кумулятивного рождения пионов, каонов и протонов на легчайших ядрах в широком диапазоне углов и импульсов вторичных частиц и анализ полученных результатов.

Научная новизна работы. Созданная в лаборатории высоких энергии ОИЯИ установка ДИСК, работающая на пучках первичных протонов высокой интенсивности ( 5 • 10'1 частиц/секунду ) и включающая специально разработанную криогенную мишень, содержащую жидкий водород, дейтерий и гелий, является до спх пор единственной физической установкой, позволяющей проводить исследования кумулятивного рождения пионов, каонов на легчайших ядрах, а также рождения кумулятивных протонов от фрагментации дейтронов в жесткой части спектра.

Получен и проанализирован большой набор экспериментальных данных по кумулятивному рождению частиц на протонах и легчайших ядрах, включая первые исследования кумулятивного рождения каонов на ядрах дейтерия и гелия.

Создан двухплечевой магнитный спектрометр ДИСК-3 для проведения корреляционных измерений в процессах кумулятивного рождения. Разработана и реализована методика корреляционных измерений при достаточно высоких интенсивностях первичных пучков ( до 2 • 1010 частиц в секунду при толщине мишени 1 4-2 г/см2 ).

Проведена модернизация установки ДИСК для проведения поляризационных исследований. Эксперименты с пучками поляризованных дейтронов позволили впервые измерить векторную и тензорную анализирующие способности в реакциях инклюзивного пионообразования на водороде и ядрах углерода.

Научно-практическая значимость. Результаты, полученные в данной работе, существенно дополняют имеющиеся экспериментальные дан-

ныо по кумулятивному рождению частиц на легчайших ядрах и дают обширный фактический материал для развития теоретических моделей и понимания механизма взаимодействий при высоких энергиях.

Развитые в работе методы проведения корреляционных измерений могут быть полезны при изучении процессов идущих с малыми сечениями и розонансов, в частности, в планируемых опытах по поиску предсказанных B.C. Ставинским динамических корреляций между кумулятивной частицей и адроном с большим поперечным импульсом.

Полученные в работе результаты измерений и их анализ можно использовать при планировании новых экспериментов по изучению ядерных эффектов в адронных процессах и в глубоко-неупругих процессах, планируемых на ускорителях в ОИЯИ, ИТЭФ, ИФВЭ, BNL, DESY, CEBAF.

Проведенные эксперименты по измерению односпиновых пионных асимметрий в реакциях с поляризованными дейтронами не только расширяют область исследований поляризационных явлений в релятивистской ядерной физике на ускорительном комплексе Лаборатории высоких энергий ОИЯИ, но и несомненно будут использованы при планировании поляризационных экспериментов на AGS и в дальнейшем на коллайдере ядер и поляризованных протонов на RHIC.

Апробация работы и публикации. Результаты, лежащие в основе диссертации, были доложены на семинарах по релятивистской ядерной физике ЛВЭ, семинаре ИТЭФ, рабочих совещаниях установки ДИСК, Международных совещаниях Дейтрон-91 и Дейтрон-93, X и XII Международных семинарах по проблемам физики высоких энергий и КХД (Дубна, 1990 г. и 1994 г.), XXIV Международной конференции по физике высоких энергий (Мюнхен, ФРГ, 1988 г.), IV Международной конференции по ядро-ядерным взаимодействиям (Каназава, Япония, 1991 г.),

По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы.

Автор защищает

-Результаты работы связанные с развитием установки ДИСК для проведения инклюзивных, корреляционных и поляризационных экспериментов.

-Результаты экспериментов по исследованию кумулятивного рождения частиц, включая каоны, на ядрах дейтерия и гелия.

-Результаты измерений двухчастичной корреляционной функции /?2 Для пион-протонных, протон-протонных и дейтрон-протонных комбинаций вторичных частиц при взаимодействии протонов, дейтронов и альфа-частиц с ядрами

-Результаты измерений векторной и тензорной анализирующей способности в реакциях инклюзивного пионообразования

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность и раскрывается содержание темы диссертации, сформулирована цель работы, изложены новизна и научно-практическая значимость полученных результатов, описан план работы.

В первой главе работы описана экспериментальная установка ДИСК п приведены ее основные характеристики. Обсуждаются вопросы математического обеспечения эксперимента и обработки экспериментальных данных.

В §1 первой главы дано описание установки ДИСК-2, созданной в Лаборатории высоких энергий ОИЯИ для исследования процессов кумулятивного рождения частиц (п±,К±,р,р,(1^,3 Не,л Не) в инклюзивной реакции 1 + 11-* 1 + ... . Магнитный спектрометр ДИСК-2 обозначен на рис. 1, как первое корреляционое плечо (КП1). Эксперименты, описанные в диссертации, проводились на выведенном пучке синхрофазотрона ОИЯИ. Пучок первичных частиц 1-протоны, дейтроны или а-частицы фокусировались на мишень II. Диаметр сфокусированного на мишени пучка около 15 мм.

В процессе экспериментов использовались два типа мишеней, разработанные группой Л.Б. Голованова. Уникальность этих мишений в том, что рабочее вещество мишени составляет ~ 95% и только ~ 5% вещество стенок сосуда1, что позволяет провести единственные в мире эксперименты по изучению фрагментации легчайших ядер в кумулятивной области.

Особенностью первого типа мишени являлось размещение в одном вакуумном кожухе с большой выходной апертурой сосудов с жидким водородом, дейтерием и гелием. Криогенные мишени имели диаметр 50 мм и размер по пучку 50 (140) мм. Сосуды мишеней изготовлялись из майлара толщиной 120 мкм.

Затем мишень была заменена на мишень с реконденсацией дейтерия жидким гелием. Геометрические характеристики новой мишени-диаметр 35 мм и длина по пучку 70 мм.

Вторичные частицы регистрировались в интервале углов 60° — 168° относительно направления первичного пучка и в интервале импульсов от 250 МэВ/с до 1600 МэВ/с.

'Голованов Л. Б. и др. ПТЭ, 1978, Т. 3, с. 41.

Борзунов Ю.Т., Голованов Л.Б. и др., Сообщение ОИЯИ, 8-83-191, Дубна, 1983

Рис.1 Принципиальная схема двухпле.че.вого магнитного спектрометра

ДИСК-Н.

Магнитно-оптический канал спектрометра состоит ю аналтирующе-го магнита и дублета квадрупольных лшп. формирующих пучок вторичных частиц. Импульсное разрешение спектрометра 8.6 % (полная ширина на половине высоты). В первых экспериментах аксептанс установки был 1.72 • 10~г' ср. Для исследования процессов с малыми сеченпями ( большими кумулятивными числами и процессов с рождением странных мезонов на легчайших ядрах ) была проведена модернизация детекторов и новая настройка магнито-оптпческого канала спектрометра в результате чего аксептанс установки Пыл увеличен в три раза.

Идентификация вторичных частиц осуществлялась путем независимых измерении времени пролета на двух базах (3.8 м н 1 м). Среднеквадратичная ошибка измерений составляет 260 пс. Для повышения надежности выделения полезных событий проводились измерения ионизационных потерь в сцинтилляторах п интенсивности тлученпя Вавилова-Черепкова в твердом 1)адпаторе. Для регистрации пионов с импульсом выше 900 МчВ/с в состав установки был включен газовый пороговый черенковский счетчик.

Относительную интенсивность пучка ускоренных частиц измеряет телескоп счетчиков А/,,. Градуировка телескопа осуществлялась методом тме-

рения наведенной активности в углероде (с: точностью ±5% ) при облучении полистирола C'sH» в фокусе первичного пучка.

Развитие вычислительной техники, соответствующей электроники п программного обеспечения, позволило отказаться от использовавшейся ранее достаточно сложной on-line системы с ЭВМ ЕС-1040 ( 1050 ) и перейти на надежную и удобную в эксплуатации систему сбора данных и контроля на основе персонального компьютера типа IBM PC/AT 38G.

В §2 данной главы описана организация системы сбора данных с: установки. рассмотрена структурная схема. Приведен алгоритм управления аппаратурой установки в процессе сбора данных.

Отметим, что каждое зарегистрированное установкой событие (частица испущенная из мишени и прошедшая магнитно-оптический канал и детекторы спектрометра) анализируется по следующим критериям: время пролета на двух разных базах, ионизационные потери в сцинтилляторах, интенсивность вспышки черенковского излучения. Этот анализ составляет основу обработки данных и позволяет надежно идентифицировать регистрируемые частицы, оценить вклад случайных совпадений при работе в первичных пучках высокой интенсивности. В §3 описан созданный при участии автора диссертации интерактивный пакет программ для обработки экспериментальных данных, ориентированный на персональные компьютеры типа IBM с операционными системами DOS или LINUX, использующий современное математическое обеспечение для анализа экспериментальных данных в физике высоких энергий.

Вторая глава диссертации содержит результаты новых исследований кумулятивного рождения п±—мезонов. А'1*1—мезонов и протонов во взаимодействии протонов и дейтронов с импульсом 8.9 ГэВ/с с легчайшими ядрами дейтерия и гелия. Кроме того, выполнены исследования рождения л'±— мезонов, Ii*—мезонов во взаимодействии протонов с: импульсом 8.9 ГэВ/с с ядрами водорода.

Инклюзивные инвариантные дифференциальные сечения рождения пионов и положительно заряженных каонов в указанных выше реакциях измерены в интервале импульсов вторичных частиц от 300 до 750 МэВ/с.

Исследованный в работе угловой интервал, в котором измерены инклюзивные сечения рождения кумулятивных частиц, существенно дополняет ранее полученные на установке ДИСК экспериментальные данные по кумуляции легчайших яде]), в основном относящиеся к углам наблюдения вблизи 180°. т.е. при рт — 0.

Измерения, выполненные в настоящей работе, относятся к кинематической области, где существенна передача как продольного, так и поперечно-

го импульса. Эти данные представляют уникальную возможность проверки разработанного B.C. Ставинскпм подхода, дающего единое описание кумулятивных процессов и процессов с большими поперечными импульсами .

В §1 данной главы описана постановка опыта и процедура вычисления инклюзивных инвариантных дифференциальных сечений, включая поправки.

В §2 приведены таблицы с результатами измерений инклюзивных сечений рождения 7г±-мезонов, Л ^-мезонов и протонов, выполненных в диссертационной работе.

В §3 дано определение масштабной переменной X, которая представляет минимально возможную долю массы мишени фрагментирующей в инклюзивную частицу 1 с импульсом р и углом вылета в в реакции /+// —> 1 +... в предположении, что для взаимодействия нужна вся масса налетающей частицы.

Здесь также обсуждается, предложенная B.C. Ставинским переменная которая является нетривиальным обобщением переменной X и это обобщение состоит в том, что находятся те значения доли четырехимпульса снаряда Xj и мишени Хц которые соответствуют минимальной энергии.

SlJl = [(XIPl + XIIPII)2]l'\

Гипотеза B.C. Ставинского2 состоит в том, что инклюзивное сечение рождения частиц в экстремальных ситуациях, то есть либо кумулятивное рождение частиц, либо рождение адрона с большим поперечным импульсом определяется (зависит) от минимально возможной полной энергии сталкивающихся конституентов.

В §4 на основе подхода предложенного B.C. Ставинскпм проанализированы данные по предельной фрагментации протонов в рр-взаимодействиях. Были использованы как экспериментальные данные, полученные на установке ДИСК, так и данные других экспериментов в интервале первичных энергий от 3 до 30 ГэВ и р\ от 0 до 3 (ГэВ/с)2. Анализ экспериментальных данных показал, что всю совокупность экспериментальных данных можно описать простой зависимостью Е^ = < >), причем па-

раметр наклона экспоненты имеет универсальное значение < >— 0.30 ГэВ.

В §5 изложенный выше алгоритм используется для описания экспериментальных данных по инклюзивным инвариантным дифференциальным сечениям рождения пионов и каонов на легчайших ядрах. Установлено, что

2Ставинский B.C., Краткие сообщения ОИЯИ 18-86, с. 5, Дубна, 1986.

Рис. 2 Зависимость инклюзивных сечений рождения пионов и каонов при фрагментации ядра Не от при взаимодействии с протонами и дейтронами с импульсом 8.9 ГэВ/с.

вся совокупность экспериментальных данных как на дейтерии, так и на гелии описывается единой зависимостью от Рис. 2 иллюстрирует этот вывод для случая фрагментации гелиевой мишени. Из рисунка видно, что в первом приближении вся совокупность экспериментальных данных группируется около простой экспоненциальной зависимости, причем линией на рисунке показана зависимость, соответствующая реакции рр —► 7г++...

Таким образом, главный и нетривиальный вывод из анализа экспериментального материала по фрагментации протонов, дейтронов и ядер гелия состоит в том, что рождение частиц разного сорта при различных энергиях и углах регистрации, полученные пх>и облучении протонами и дейтронами различных энергий описывается простой экспоненциальной функцией одной переменной - минимальной энергией сталкивающихся консти-туентов (подструктур взаимодействующих яде])).

В §6 обсуждены результаты исследований процессов кумулятивного рождения каонов на легчайших ядрах. Следует, отметить что легчайшие ядра выделены с теоретической точки зренйя как простейшие ядерные системы. В то же время, их исследование позволяет "выйти" в кумулятивную область и дает возможность исследовать вклад мультикварковых конфигураций.

В экспериментах по изучению кумулятивного рождения положительно

Рис. За Рис. 36

На рис. Яа представлены отношения ссчсний рождения мезонов к Л"+ мезонам с импульсом. 500 МэВ/с я зависимости от уг.ла наблюдения при взаимодействии протонов с импульсом 8.9 ГэВ/с с различными ядрами. Рис. 36. Экспериментальные данные и расчет зависимости отношения 7Г+ и Л'+ мезонов на дейтроне от переменной X. Кривая 1-вклад релятивистского фермиевско1'.о движения, кривая 2-расчет 6ц компоненты в дейтроне.

заряженных каонов на средних и тяжелых ядрах было обнаружено следующее приближенное соотношение между сечениями кумулятивного рождения пионов и Л'+ мезонов при одинаковых чначенпях переменной X:

Е(1а/,1р( 7г+) = Е(1(т/<1р(л~) = Е<Ь/,1р(К+).

Такое поведение существенно отличается от случая протон-протонных взаимодействий, где <1<т(рр —► К+)/да(рр —► тг+) = 0.1 ч- 0.2 при X = 0.1 -ь 0.8 и затем это отношение увеличивается с ростом X. Исследование на легчайших ядрах позволяет изучить переход от "элементарного акта " к специфическим особенностям ядерных структурных функций в кумулятивной области.

В выполненных в работе экспериментах было обнаружено, во первых, что на легчайших ядрах отношения сечений рождения тг+ мезонов к А'+ мезонам существенно выше, чем на средних и тяжелых ядрах, п во-вторых, если для средних и тяжелых ядер величины отношений сечений практически не зависят от угла наблюдения, то для легчайших ядер эти величины растут с ростом угла. Этот вывод проиллюстрирован на рис.За. на кото-

ром представлены отношения сечений рождения 7Г+ --мезонов п А"+ мезонов с импульсом 500 МэВ/с в зависимости от угла наблюдения при взаимодействии протонов с импульсом 8.9 ГэВ/с с различными ядрами.

На рис. 36 приведено сравнение результатов измерения отношений сечений рождения пионов к каонам на ядрах дейтерия (•) и гелия (о) для углов 90° и 150° приведенных к одинаковому значению масштабной переменной X. Установлено, что измеренное отношение по порядку величины равно 4 4-10 ( для значений X в интервале 1.0 4-1.4). то есть существенно превосходит соответствующее отношение для фрагментации тяжелых ядер. На рисунке приведены также результаты расчета этого отношения, выполненные для рБ - взаимодействий в рамках кварк партонного механизма процесса с учетом возможного вклада шестикварковой компоненты в дейтроне 3. Видно, что учет вклада многокварковых конфигураций позволяет качественно объяснить результаты эксперимента.

В работе были впервые измерены сечения кумулятивного рождения Л'~-мезонов на ядрах дейтерия и гелия в рА- и Л А- взаимодействиях. Из полученных данных следует важный, с нашей точки зрения, вывод о том, что и для легчайших ядер А-завнсимости сечений рождения К~ мезонов и 7Г~ мезонов имеют сходные поведения, в то время, как было установлено ранее А-зависимость сечения рождения Л'+- мезонов имеет сходные поведение с А зависимостью для протонов и Л- частиц.

Третья глава диссертации посвящена вопросам создания двухплечевого магнитного спектрометра ДИСК-3 и проведения на нем корреляционных измерении в области кумулятивного рождения частиц . Изучение корреляционных явлений в кумулятивном рождении является естественным развитием программы по исследованию предельной фрагментации ядер. В настоящей работе изучалась двухчастичная инклюзивная реакция 1+11 —» 1+2... где I -первичные частицы (р,с1 с: импульсом 8.9 ГэВ/с либо о -частицы с импульсом 17.8 ГэВ/с) ; II -ядра мишени (Ы(',РЬ); 1 и 2 -регистрируемые установкой частицы (7Г,р,й).

Измерена двухчастичная корреляционная функция которая определена следующим образом:

Л - Е\Е-1<11о!<1р\<1р-1 2 "' Е\Е-1<1а I Лу\(1а ( Луч.

Следует отметить, что это первые и, по видимому, единственные измерения корреляционных явлений в ядерных реакциях при столь высоких интенсивностях (до 2 • Ю10 частиц/сек) при толщине мишени 14-2 г/см2.

^Ьажангкий И.И., Каптарь Л.П., Титов Л.И. ЯФ, 1987, т.4.г), с. 910.

Проведению измерений при высоких интенсивностях способствовали в равной степени два обстоятельства. Во-первых, это выбор и реализация методики измерений с запуском установки не от пучковой частицы, а от кумулятивной частицы в первом корреляционном плече. Во вторых, для проведения этих измерений сотрудниками ускорительного комплекса ЛВЭ4 был реализован режим вывода пучка без банчировки с равномерной растяжкой и подавлением пульсаций в магнитном поле ускорителя.

Нам представляется, что реализованная на установке ДИСК-3 методика измерений корреляционных функций при высоких интенсивностях является адекватной методикой при исследовании корреляционных явлений, идущих с малыми сечениями в процессах кумулятивного мезонообразования.

В §1 третьей главы обсуждается постановка опыта и дано описание методики эксперимента и экспериментальной установки ДИСК-3.

Эксперимент выполнен электронной методикой на двухплечевом магнитном спектрометре, принципиальная схема которого приведена на рис. 1. Первым плечом установки является магнитный спектрометр ДИСК-2, описанный в первой главе диссертации. Второе корреляционное плечо установки (КП2) состоит из спектрометрического магнита и восьми сцинтилляцп-онных телескопов, предназначенных для регистрации пионов, протонов и дейтронов. Его входной телесный угол 1.G • 10~2 ср, импульсный аксептанс спектрометра Др/ро = 1.2. Интервал измеряемых импульсов можно менять от 50 до 800 МэВ/с, а интервал углов регистрации от 20° до 140°. Идентификация вторичных частиц в каждом из восьми телескопов, состоящих из двух сцинтилляцпонных счетчиков, осуществляется по измерению ионизационных потерь в каждом счетчике и времени пролета между счетчиками в телескопе на базе 0.3 м. Второе корреляционное плечо регистрирует частицы, выделенные по импульсу магнитом М2 и вызывающие срабатывание одного из сцинтилляцпонных телескопов, во временном интервале 110 не. при срабатывании первого корреляционного плеча ( КП1 ).

Для выделения интересующих нас двухчастичных совпадений организована схема измерения времени, сигналом "Старт" для которой является сигнал со счетчика S4 в КП1 (6.3 м от мишени), а сигналом "Стоп" является сигнал от сработавшего телескопа в КП2 (расстояния от мишени меняется от 2.4 до 3.7 м). На рис. 4 приведены распределения по разнице времени прихода сигналов от КП1 и КП2. На рис. 4а приведен спектр протон-ппонных совпадений (импульс протонов в КП1 640 МэВ/с, средний импульс пионов в КП2 равнялся 140 МэВ/с), на рис. 46 спектр с протон-протонными совпадениями (импульс протонов в КП1 500 МэВ/с, средний

■"Воеводин A.M. и др. сообщение ОИЯИ 9-86,647, Дубна, 1986 г.

200

350

150

300

100

ъ^ Ц -

250

8 24 ' 40' 56' 72 88'да ДТ12

8 24 40 56 72 83 104

ДТ12

Рис. 4 Спектр протон-пионных (а) и протон-протонных (б) совпадений на свинцовой мишени толщиной 1 г/см2 при интенсивности первичного пучка Ю10 частиц/цикл. Цена одного канала на спектрах 1 не.

импульс протонов в КП2 также 500 МэВ/с). Положение пиков на спектрах соответствуют расчетам.

Одновременно с измерениями совпадений проводились измерения одно-частичных инклюзивных сечений. Для этого была создана схема "деления частоты", которая позволяла записывать в ЭВМ каждое i-e срабатывание КП1 и каждое j-e срабатывание в КП2.

В §2 обсуждаются результаты измерений. В настоящей работе выполнены две группы измерений. Первая относится к исследованию двухчастичной корреляционной функции в реакции I+II —► 1+2+... для тгр-,рр- и dp систем. Первой указана частица, регистрируемая первым магнитным спектрометром. Импульс этой частицы был 500 МэВ/с, а угол наблюдения 90°. Импульсный интервал второго магнитного спектрометра 200 -í- 650 МэВ/с. Угол разлета частиц 180° (угол вылета одной частицы относительно направления вылета второй). Такие кинематические условия соответствуют максимальному выходу протонов в первом и втором плече и, следовательно, оптимальным условиям для набора статистики по рр- совпадениям.

На рис. 5а приведены данные по Rnp- и Rpp- корреляторам для случая взаимодействия протонов с импульсом 8.9 ГэВ/с с ядрами свинца. Из рисунка видно, что в пределах ошибок измерении величину двухпротонной кор-

я2

з

2

Нн*}1 +

1.5 1.6 " 2.00 2.04 2.08 2.12 2.16 2.20 Мим>. (Г) В/с2)

1.96 ух) 2,м 2,08 232 2.16 Мда, (ГэВ/с)

Рис. 5а

Рис. 56

Рис. 5а. Результаты измерения корреляционной функции Я2 н рРЬ взаимодействиях (• значения В,,¡„о значения Я

Рис. 56. Результаты измерения корреляционной функции Я? в >!РЬ взаимодействиях (• значения Я,ч, о значения Я,!,,). Символами (О.) обозначена величина. Я,,,, в Л'Ы-взаимодействиях.

реляционной функции в измеренном интервале импульсов (эффективных масс) можно описать константой Я,,,, = 1.92 ±0.25. Кроме того, результаты измерений показали, что в пределах ошибок измерений величины протон -протонного и пион - протонного коррелятора имеют близкие значения.

На рис. 56 приведены значения протон - протонного коррелятора н дейтрон - протонного коррелятора, измеренного во взаимодействии дейтронов с импульсом 8.9 ГэВ/с с ядрами свинца. Установлено, что корреляционная функция двух протонов не зависит от импульса (эффективной массы регистрируемой пары частиц) в измеренном интервале. Ее сроднее значение равно 1.58 ± 0.21. Кроме того установлено, что величины /?,,,, и Я,/,, корреляторов совпадают в пределах ошибок измерений.

Измерение протон -протонного коррелятора в пРЬ взаимодействиях показали, что сродное значение Я1Ч, коррелятора в этом случае равно 2.34 ± 0.20. Эта величина в продолах ошибок измерений не отличается от величина Я,,,, коррелятора измеренного в рРЬ взаимодействиях.

Вторая группа данных относится к измерению двухчастичной протон -пионной корреляционной функции. В этом случае импульс протона в первом плече был 040 МэВ/е. угол наблюдения 90°. Импульсный интервал пионов.

1.4

регистрируемый вторым плечом равнялся 50 ч- 270 МэВ/с. Угол разлета протона и пиона 180°. Такие кинематические условия соответствуют регистрации продуктов распада Д-тобары с импульсом 500 МэВ/с и углом эмиссии 90°, то есть была измерена корреляционная функция Rplr в области эффективных масс, соответствующих кумулятивной Д-изобаре.

Значения корреляционных функций, усредненных по измеренному интервалу эффективных масс (1.150 1.350 ГэВ/с), равны 1.41 ± 0.17 для рп+-системы и 1.40 ±0.18 для рп~-системы во взаимодействии протонов с ядрами свинца. Для аРЬ -взаимодействий эти величины равны соответственно 1.51 ± 0.24 и 1.55 ± 0.23. Таким образом, из результатов измерений следует, что величина протон-протонной корреляционной функции, усредненной по измеренному интервалу эффективных масс, в пределах ошибок измерений одинакова для случая положительно и отрицательно заряженных пионов. Кроме того, значение протон-пионной корреляционной функции в пределах ошибок измерений совпадают для рРЪ- и cvPb- взаимодействий.

Из анализа экспериментальных данных были получены ограничения на сечения рождения Д изобар.

В четвертой главе диссертации описан первый поляризационный эксперимент на установке ДИСК по исследованию односпиновой асимметрии в реакциях инклюзивного пионообразования

d Т +Н - 7г±(90°) + ...

dt +с -» 7г±(90°) + ...

Измерения выполнены на пучке поляризованных дейтронов синхрофазотрона ЛВЭ ОИЯИ.

Мы рассматриваем эти эксперименты, и особенно в случае рождения пионов в кумулятивной области, как принципиально новую возможность изучения механизма поляризации, связанную с ненуклонными степенями свободы в ядрах.

Для проведения поляризационных экспериментов была проведена соответствующая модернизация установки ДИСК. Постановка опыта и методика измерений односпиновой асимметрии описана в §1 четвертой главы. Для измерений был использован, описанный в первой главе магнитный спектрометр ДИСК-2. При проведении поляризационных измерений на одно-плечевом магнитном спектрометре мы использовали трехцикловый режим работы источника поляризованных дейтронов ПОЛЯРИС 5. Эти циклы за-

''ijp.ivшкии A.A. и др. -Труды Совещания по исследованиям в области релятивистской ядерной физики, ОИЯИ. Д2-82-568, г. 21, Дубна, 1982

давались метками "+", "-", "О". Метка "О" соответствовала неполяризо-ванному пучку, а "+" и "-" различным поляризационным состояниям пучка дейтронов.

При работе с векторно поляризованным пучком измеряемая величина векторной анализирующей способности Ау(9) определяется выражением :

где и р^ ~ векторные компоненты поляризации, а а(в)+, а(в)~ и <7а(в) - сечения реакции в "+", "-" и пеполяризованном состояниях пучка соответственно.

Отметим, что в выражение для асимметрии входят только относительные сечения, поэтому нет необходимости проводить измерения абсолютного числа пучковых частиц.

Интенсивность первичного пучка в процессе измерений составляла от ~ 108 до 109 частиц/цикл. Относительная интенсивность первичного пучка измерялась при помощи ионизационной камеры (NT) с точностью ~ 1%.

Для мониторпрованпя попадания пучка на мишень была специально создана новая монпторирующая система из трех сцинтплляцинных телескопов. Кроме того, при настройки канала использовался координатный детектор, расположенный непосредственно перед мишенью.

В экспериментах использовалась либо углеродная мишень толщиной 5.6 т/см2 либо трехсекцпонная жпдководородная мишень длиной 300мм и объемом 1.2 л. Диаметр внутреннего сосуда мишени 70 мм, что обеспечивает прохождение пучка полностью по внутреннему объему мишени. Конденсация водорода и поддержание мишени в рабочем состоянии проводится за счет использования жидкого гелия. Каждая секция имеет длину 100 мм и заполняться водородом могут последовательно одна, две или три секции.

Поляризация дейтронного пучка определялась с помощью установки АЛЬФА 6, которая перед набором данных настраивалась для работы в качестве поляриметра. После окончания набора данных проводилось повторное измерение поляризации и параметры пучка определялись усреднением по этим двум измерениям. Поляриметрия проводилась при импульсе дейтронного пучка 3.5 ГэВ/с. Предварительные исследования показали, что поляризация пучка не изменяется в процессе ускорения, и источник ПО-ЛЯРИС обеспечивает стабильные параметры поляризации в длительном сеансе работы. Поэтому во время набора данных дополнительной поляри-метрии пучка не проводилось.

6Ableev V.G. et. al. - Nucí. Instr. and Meth., A306, 1991, p.73

<

0.4 0.2 0.0 -0.2 -0.4 -0.6

О

0.2

0.0

О

О

о о

-0.2

>-<

О

-0.4

-0.6

-0.8

I

6 7 8 9 Рд (ГэВ/с)

10

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Рл(ГэВ/с)

Рис. 6а Рис. 66

Рис 6а. Зависимость анализирующей способности Ау от импульса дейтрона Ра, для вторичных пионов с импульсом 300 МэВ/с " О 7Г -Рис 66. Зависимость анализирующей способности Ау от импульса

—мезона при Ра =6.5 ГэВ/с.

В §2 обсуждаются результаты измерений. Проведены измерения зависимости величины векторной анализирующей способности от энергии первичного пучка поляризованных дейтронов. Измерения проводились при импульсах пучка дейтронов 4.2, 4.7, 6.5 и 9 ГэВ/с .На Рис.6а представлены экспериментальные данные о векторной анализирующей способности процесса (I | +Н —► 7г±(90°) + •■• Для 7Г+- и 7Г~-мезонов с импульсом 300МэВ/с. При импульсе первичных дейтронов 4.2 ГэВ/с асимметрия имеет значительную величину ~ 30% и убывает до нескольких процентов при импульсе дейтронов 9ГэВ/с. Кроме того, из рисунка видно, что знак асимметрии зависит от знака заряда пионов.

На рис. 66 приведены результаты измерения асимметрии процесса (1 | 4-Н —♦ 7г_(90°) + ... при Ра = 6.5 ГэВ/с. Из рисунка видно, что асимметрия отлична от нуля во всем измеренном интервале импульсов тс~ мезонов. Она убывает с ростом импульса пионов и при импульсе 550 МэВ/с не превышает 10%.

Величина асимметрии для 7Г+- и 7г_-мезонов при взаимодействии вектор-но поляризованных дейтронов с углеродной мишенью составляет несколько процентов и имеет знак "+" как для 7Г+—, так и для 7Г~ мезонов в импульсном интервале от 300 Ч- 625 МэВ/с.

Проведенное намп моделирование показало, что в той области, где значения асимметрии имеют большую величину (малые вторичные импульсы пионов и малая первичная энергия) доминирует вклад рождения пионов от распада Л изобар. В то время, как при более высоких энергиях доминирует прямой механизм в рождении пионов.

Нами также проведено измерение асимметрии рождения тг- мезонов при импульсе 700 М:*В/с в <7 f|1' С- взаимодействии при Р,/ =9 ГэВ/с . Полученная величина асимметрии равна 0.02 ±0.1. Это первое измерение асимметрии в кумулятивной области, позволяющее говорить о реальности проведения измерений векторной анализирующей способности в кумулятивной области на установке ДИСК.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ

1. Проведена модернизация установки ДИСК-2 с целью изучения процессов кумулятивного рождения частиц при больших порядках кумулятнвностн и кумулятивного рождения странных мезонов на легких ядрах.

1.1. Более чем в три раза увеличен аксептанс установки и заново настроен магнитный канал спектрометра.

1.2. Для регистрации пионов с импульсом выше 900 МэВ/с в состав установки включен газовый пороговый черепковский счетчик.

1.3. Создана новая система сбора данных на основе персональной ЭВМ типа IBM/PC и соответствующее программное обеспечение для сбора н обработки данных.

1.4. Произведена замена старой криогенной мишени на новую криогенную мишень с реконденсацней дейтерия жидким гелием.

2. Проведены эксперименты по измерению инклюзивных дифференциальных сечений рождения пионов, каонов и протонов на водороде, дейтерии п гелии в широком диапазоне углов п импульсов вторичных частиц.

2.1. Впервые измерено отношение сечений рождения 7Г+ и Л"+ мезонов на легчайших ядрах и установлено, что величина этого отношения на легчайших ядрах равна 5-ь10 в отличие от средних II тяжелых ядер, где величина этого отношения 1 4- 2 и не зависит от масштабной переменной.

2.2. Впервые установлено, что в отличие от тяжелых яде]) на легких ядрах величина отношения 7Г+/Л'+ зависит от угла наблюдения.

2.3. Впервые измерены сечения рождения А*- мезонов на легчайших ядрах.

2.4. Вся совокупнос ть экспериментальных данных проанализирована в рамках разработанного B.C. Ставпнскпм метода минимального экономичного

взаимодействия и показано, что полученные экспериментальные данные по рождению пионов и каонов на легчайших ядрах хорошо описываются простой зависимостью ехр(— 5,'^,/ < 5,'/^, >).

2.5. Измерена зависимость сечений диссоциации ядер гелия в протоны под действием протонов и дейтронов.

3. Спроектирован и создан двухплечевоп магнитный спектрометр ДИСК-3 п проведены измерения двухчастичной корреляционной функции Я-2 в кумулятивной области в протон-ядерных, адрон-ядерных и альфа-ядерных взаимодействиях.

3.1. Разработана методика корреляционных измерений при высоких интен-сивностях ( до 2 • Ю10 частиц/сброс ) и толщине мншенп 1-^-2 г/см2.

3.2. Измерена величина коррелятора П-2 для пион-протонных, протон-протонных и дейтрон-протонных комбинаций вторичных частиц в интервале эффективных масс от 1.5 до 2.9 ГэВ/с.

3.3. Проведено измерение корреляционной функции для рл— системы в области эффективных масс, соответствующих рождению кумулятивных Д-изобар ( 500 МэВ/с, угол вылета 90°). Величина коррелятора в этой области равна ~ 1.5 для ртг* комбинаций как в рРЬ-, так и в <уРЬ- взаимодействиях. Получены ограничения на сечения рождения кумулятивных изобар Лд < 1.5Лр.

4. Проведена модернизация установки ДИСК для выполнения поляризационных измерений. Впервые проведен эксперимент по измерению векторной и тензорной анализирующих способностей в реакциях инклюзивного пио-нообразования (I | +А —* ^(ЭО0) + ... .

4.1.Измерена энергетическая зависимость асимметрии при значениях импульсов первичных дейтронов 4.2, 4.7, 0.5, 9 ГэВ/с для пионов с импульсом р„= 300 МэВ/с. Обнаружено, что величина асимметрии достигает 30% при импульсе дейтронного пучкар,/=4.2 ГэВ/с и уменьшается с ростом импульса дейтронного пучка до нескольких процентов при 9 ГэВ/с.

4.2. Измерена зависимость асимметрии 7г~-мезонов прп импульсе первичных дейтронов 6.5 ГэВ/с в реакции (I | +Н —* п~ + ... . Наблюдается уменьшение асимметрии от ~ 40% при импульсе пионов 200 МэВ/с до величины, не превышающей 10 % при имнульсе 550 МэВ/с.

4.3. Величина асимметрии для 7Г+- и 7г~-мезонов при взаимодействии век-торно поляризованных дейтронов с углеродной мишенью составляет несколько процентов и имеет знак "+" как для 7Г+-, так и для 7Г" мезонов в импульсном интервале от 300 -т- 025 МэВ/с.

4.4. Проведено первое измерение величины векторной асимметрии в кумулятивной области.

Основные материалы диссертации опубликованы в работах:

1. Г.С. Аверпчев, В.К. Бондарев. П.И. Зарубин и др.

"Экспериментальные данные по исследованию двухчастичных пион-протонных. протон-протонных, дейтрон-протонных корреляций в кумулятивном рождении частиц при взаимодействии протонов, дейтронов н альфа-частиц с ядрами." Краткие сообщения ОИЯИ. X 4[37]. Дубна. 1989. с. 5.

2. Г.С. Аверпчев, В.К. Бондарев, П.И. Зарубин и др.

Предложения экспериментов по исследованию кумулятивного рождения частиц на установке ДИСК В сборнике: Предложения по программе Лаборатории высоких энергий ОИЯИ в 1991-1995 г. ОИЯИ. Р1.2-89-031, Дубна, 1989, с. 103.

3. Г.С. Аверпчев, В.К. Бондарев. Н. Гпорданеску и др.

"Проявление индивидуальных особенностей ядер при кумулятивном рождении частиц в нуклон-ядерных и ядро-ядерных взаимодействиях." Труды X Международного семинара по проблемам физики высоких энергии, тезисы докладов. Дубна ОИЯИ. Д1.2-90-456. Дубна 1990. с. 23.

1. G.S. Ayerichev, V.K. Bondarev, N. Gliiordancscu et al.

"Appearance of particular features of nuclei in cumulative particle production in nucleoli- and nucleus-nucleus interaction." In: Proceedings of Xtli Interiienatioual Seminar on High Energy Physics Problems. Dubna. USSR, 24-29 September 1990, Singapor: World Scientific, 1991. p. 90

5. G. N. Agakishiev, G. S. Averichev, V. K. Bondarev. et al.

"General Regularities and individual features of the cumulative particle production". In: Proceedings of the international workshop. Dl'BXA DEUTERON-91, DUBNA. 11-13 June. 1991, p. 2CG.

G. G. S. Averichev, G. N. Agakishiev, V. K. Bondarev. et al.

"Л;, and At dependence of the cross sections for cumulativ particle production ill nucleus-nucleus interactions". In: Proc. IV International Conference on Nucleus-Nucleus collisions, Kanazawa. Japan. June 10-14. 1991, p. 190.

7. G. S. Averichev. G. N. Agakisliiev. V. K. Bondarev, et al.

"Experimental data on fragmentation and cumulative particle production in lightest nuclei interactions". In: Proc. IV International Conference on Nucleus-Nucleus Collisions. Kanazawa. Japan, June 10-14. 1991. p. 191.

8. G. S. Avericliev, G. Agakisliiev, M. E. Asanova, et al.

" Momentum and angular spectra of cumulative pion and proton production in p-D collisions". In: Proceedings of the International Symposium. DUBNA DEUTERON-93. 14-18 September, 1993. p 2G9.

9. Г. С. Аверичев. Ю. А. Панебратцев, С. В. Разин, Э. И. Шахалиев. М. В. Токарев. "Ядерный эффект для рождения пионов в р-А столкновениях". В сборнике: "Релятивистская ядерная физика и квантовая хромодинамика", Дубна, Россия, 12-17 Сентября, 1994, с. 45.

10. Г. С. Аверичев, Г. Агакишиев, М. Э. Асанова, и др.

"Импульсные и угловые спектры кумулятивных пионов и протонов образованных в p-D-столкновениях В сборнике: "Релятивистская ядерная физика и квантовая хромодинамика", Дубна, Россия, 12-17 Сентября, 1994, с. 44.

11. G. S. Averichev, G. Agakisliiev, М. Е. Asanova и др.

"Cumulative pion and proton production in p-D collisions at 4.45, 8.9 GeV/c". Сборник "Краткие сообщения ОИЯИ ", 1[69]-95, Дубна, 1995 с. 37.

12. G. S. Averichev, Yu. A. Panebrat.sev, S. V. Razin, E. I. Shahaliev, M. V. Tokarev

"Nuclear effect for backward pion production in p-A interactions". Preprint JINR, E2-94-503, Dubna, 1994.

13. Г. С. Аверичев, Г. Агакишиев, M. Э. Асанова и др. Односпиновая ппонная асимметрия в реакции <1 f +Л —> 7г±(90°) + X Сборник "Краткие сообщения ОИЯИ ", 1(69)-95, Дубна, 1995 с. 27.

Рукопись поступила в издательский отдел 4 августа 1995 года.