авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ РОССИЙСКАЯ БИБЛИОТЕКА - WWW.DISLIB.RU

АВТОРЕФЕРАТЫ, ДИССЕРТАЦИИ, МОНОГРАФИИ, НАУЧНЫЕ СТАТЬИ, КНИГИ

 
<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ

Pages:   || 2 | 3 | 4 |

Спиновых наблюдаемых a00nn, a00sk, d0n0n, k0sk0, k0ss0, n0skn и n0ssn в упругом np - рассеянии при энергиях 230-590 mэв

-- [ Страница 1 ] --

На правах рукописи

ФИНГЕР Михаэл

ИЗМЕРЕНИЕ СПИНОВЫХ НАБЛЮДАЕМЫХ

A00nn, A00sk, D0n0n, K0s"k0, K0s"s0, N0s"kn и N0s"sn

В УПРУГОМ np - РАССЕЯНИИ

ПРИ ЭНЕРГИЯХ 230-590 MэВ

Специальность: 01.04.16 - физика атомного ядра и элементарных частиц

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Москва 2008

Работа выполнена в Лаборатории ядерных проблем им. В.П. Джелепова

Объединенного института ядерных исследований (Дубна)

Научные руководители:

Доктор физико-математических наук, профессор О.А. Займидорога

Доктор физико-математических наук, профессор Ю.М. Казаринов

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук

профессор Рафаиль Якубович Зулькарнеев

Доктор физико-математических наук

профессор Сандибек Байтемирович Нурушев

Ведущая организация:

Петербургский институт ядерной физики им. Б.П. Константинова

188300, Ленинградская обл., г. Гатчина, Орлова роща

Защита состоится "_____ " ____________2008 г. в _____ ч _____мин на заседании диссертационного совета Д-720.001.03 в Объединенном институте ядерных исследований, г. Дубна Московской области.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Объединенного института ядерных исследований.

Автореферат разослан "_____" ____________________2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета

к.ф.м.н. А.Л. Барабанов

Общая характеристика диссертации

Актуальность проблемы. Детальное знание свойств процесса нуклон-нуклонного (NN) взаимодействия имеет существенное значение, так как эти свойства проявляются во многих областях ядерной и субъядерной физики и играют важную роль в физике сильных взаимодействий в целом. В частности, изучение NN-взаимодействий при промежуточных и высоких энергиях является важным источником информации о спиновой зависимости ядерных сил, действующих между нуклонами. Хотя в случае упругого NN-рассеяния с переданным импульсом менее ~ 2 ГэВ/с мы имеем дело с относительно простым процессом, до сих пор не существует его удовлетворительного теоретического описания. При отсутствии строгой и законченной теории сильных взаимодействий (непертурбативной КХД) результаты экспериментов по упругому NN-рассеянию в широкой области энергий и углов рассеяния служат созданию и пополнению базы прецизионных данных. Эти данные необходимы для выполнения феноменологических анализов, таких как фазовый анализ и прямое восстановление амплитуд матрицы упругого NN-рассеяния, а также будут решающими для проверки непертурбативных теорий сильных взаимодействий.

Пузиков, Рындин и Смородинский [Nucl. Phys. 1957. V.3. P.436] на примере упругого NN-рассеяния ввели понятие «полного эксперимента». Эксперимент по изучению реакции называется полным, если в его результате получен такой набор экспериментальных наблюдаемых, который позволит провести полное и исчерпывающее описание процесса. В этой связи удобным и модельно независимым средством для описания основных свойств взаимодействия является формализм матрицы рассеяния, см. работы [Bystricky J. et al., J. Physique (France). 1978. V.39. P.1, Lechanoine-Leluc C. et al., Rev. Mod. Phys. 1993. V.65. N.1. P.47] и ссылки, указанные в этих работах. В этом случае «полный эксперимент» можно определить как совокупность экспериментов, позволяющих измерить такой набор экспериментальных наблюдаемых, который позволит осуществить прямое и однозначное восстановление спиновой структуры матрицы упругого NN-рассеяния.



Наличие у нуклона спина позволяет записать матрицу упругого NN-рассеяния в виде линейной комбинации восьми независимых членов, построенных в общей форме из кинематических и спиновых переменных нуклонов, участвующих в рассеянии, и восьми инвариантных комплексных амплитуд, которые являются функциями угла рассеяния и энергии. Предположения о сохранении пространственной четности и временной инвариантности, принципа Паули и изоспиновой инвариантности приводят к сокращению числа независимых слагаемых матрицы рассеяния до пяти членов. В этом случае для однозначного построения матрицы рассеяния надо определить в каждом канале реакции с изоспином I = 1 и I = 0 пять функций и четыре их относительные фазы. Для этого требуется осуществить как минимум девять разных опытов для каждого канала, энергии и угла рассеяния. Измерение разных спиновых наблюдаемых в упругом pp- и np-рассеянии при разных энергиях и углах рассеяния позволяет решить эту задачу. В области средних энергий < 1 ГэВ эта задача до начала наших исследований могла быть решена только для канала I = 1. Очень актуальной задачей являлось осуществление полного опыта в упругом нуклон-нуклонном взаимодействии в области средних энергий для канала I = 0.

Методически непростой характер спиновых экспериментов, однако, делает задачу осуществления таких опытов довольно сложной. Объединенный институт ядерных исследований (ОИЯИ) был одним из научных центров, где развитие спиновой физики средних и высоких энергий началось с 1950-х годов. Многие экспериментальные и теоретические исследования в области спиновой физики, выполненные в ОИЯИ, нашли позже своё развитие в ряде других лабораторий.

Цель диссертационной работы – подготовка экспериментов и проведение измерений спиновых наблюдаемых A00nn, A00sk, D0n0n, K0s"k0, K0s"s0, N0s"kn и N0s"sn в упругом np-рассеянии при энергиях нейтронов 200 - 590 МэВ и в диапазоне углов рассеяния в системе центра масс 60° – 124°.

Представленная работа является частью общей программы ОИЯИ по реализации полного эксперимента в упругом нуклон-нуклонном рассеянии для канала I = 0 в области средних энергий. Для исследования упругого np-рассеяния использовался уникальный пучок поляризованных нейтронов и протонная поляризованная мишень экспериментального комплекса NA2 Института им. Пауля Шеррера (PSI).

Научная новизна работы

  1. При участии автора диссертации в PSI введен в эксплуатацию спектрометрический комплекс для измерений одно-, двух- и трехспиновых наблюдаемых в упругом np-рассеянии при энергиях нейтронов 200 - 590 МэВ и в диапазоне углов рассеяния 60° – 180° в системе центра масс, использующий поляризованный нейтронный пучок и протонную поляризованную мишень.
  2. Отработана методика калибровки отдельных узлов спектрометрического комплекса для измерения много-спиновых наблюдаемых в упругом np-рассеянии.
  3. Проведены прецизионные измерения энергетического спектра и поляризации нейтронов из зарядообменной реакции 12С(pn)X с поляризованными протонами при энергии 590 МэВ.
  4. Определен коэффициент передачи поляризации Dck’0k0(0°) в реакции 12С(pn)12N.
  5. При использовании разных комбинаций поляризационных состояний нейтронного пучка и протонов мишени и анализа спинового состояния протонов отдачи в упругом np-рассеянии проведены измерения коэффициентов асимметрии А000n, коэффициентов поляризации Р0n00, коэффициентов корреляции поляризации А00nn и A00sk, коэффициентов деполяризации D0n0n, коэффициентов передачи поляризации K0s”k0 и K0s”s0 и трехспиновых коэффициентов N0s”kn и N0s”sn в диапазоне энергий 230 – 590 МэВ и углов рассеяния в системе центра масс 60° – 124°. В совокупности получено более 350 значений спиновых наблюдаемых в указанной области энергий и углов рассеяния, при этом многие из них получены впервые.

Ценность полученных результатов

  1. Экспериментальные достижения в осуществлении в рамках представленной диссертационной работы первых опытов с использованием поляризованного нейтронного пучка и протонной замороженной поляризованной мишени позволили осуществить в PSI широкую программу измерения спиновых наблюдаемых в упругом np-рассеянии. В совокупности с нашими данными было измерено 15 разных одно-, двух- и трехспиновых наблюдаемых в упругом np-рассеянии в диапазоне энергий 230 – 590 МэВ и углов рассеяния в системе центра масс 60° – 180°.
  2. Полученные новые экспериментальные данные существенным образом расширили базу данных, касающихся спиновых наблюдаемых в упругом нейтрон-протонном рассеянии. Новые результаты, в совокупности с результатами, полученными в экспериментах по изучению спиновых наблюдаемых в протон-протонных взаимодействиях, позволят восстановить параметры матрицы рассеяния для I = 0 и, таким образом, завершить осуществление полного эксперимента в упругом NN-рассеянии в области энергий 200 – 590 МэВ.
  3. Новые экспериментальные данные будут также способствовать улучшению решений фазового анализа. Анализ имеющихся в настоящее время отклонений теоретических предсказаний, полученных на основе разных модельных потенциалов, и данных, полученных в эксперименте, сможет содействовать улучшению имеющихся теоретических моделей.
  4. Полученные методические достижения стали основой двух новых проектов в PSI. "Измерение анализирующей способности в реакции np-pp и упругом np-рассеянии при энергиях 270 – 570 МэВ", и " Измерение спиновой зависимости np-pp реакции при средних энергиях".

На защиту выносится:

  1. Измерения энергетического спектра и поляризации нейтронов из зарядо-обменной реакции 12С(pn)X с поляризованными протонами при энергии 590 МэВ.
  2. Определение коэффициента передачи поляризации Dck’0k0(0°) в реакции 12С(pn)12N.
  3. Измерения коэффициентов асимметрии А000n, коэффициентов поляризации Р0n00, коэффициентов корреляции поляризации А00nn и A00sk, коэффициентов деполяризации D0n0n, коэффициентов переноса поляризации K0s”k0 и K0s”s0 и трехспиновых коэффициентов N0s”kn и N0s”sn в диапазоне энергий 230 – 590 МэВ и углов рассеяния в системе центра масс 60° – 124°. В совокупности получено более 350 значений спиновых наблюдаемых в указанной области энергий и углов рассеяния.
  4. Участие в отработке методики и ввод в эксплуатацию спектрометрического комплекса для измерений одно-, двух- и трехспиновых наблюдаемых в упругом np-рассеянии, при энергиях нейтронов 200 - 590 МэВ и в диапазоне углов рассеяния 60° – 180° в системе центра масс, использующего поляризованный нейтронный пучок и протонную поляризованную мишень PSI.
  5. Отработка методики измерения многоспиновых наблюдаемых в упругом np-рассеянии с использованием разных комбинаций поляризационных состояний нейтронного пучка и протонов мишени и анализа спинового состояния протонов отдачи.
  6. Отработка методики калибровки отдельных узлов спектрометрического комплекса: мониторных систем первичного пучка нейтронов; детекторной системы протонов отдачи и измерения их поляризации; детектора рассеянных нейтронов; измерения поляризации протонов протонной замороженной поляризованной мишени.

Апробация работы и публикации: Результаты работ, вошедших в диссертацию, были представлены на международных конференциях, симпозиумах, совещаниях и школах:

* XIV Международной конференции о проблемах физики многих тел (ICFBP – 14),

Виллиамсбург, США, 25-31.05.1994

* Международной конференции «Мезоны и ядра при средних энергиях», ОИЯИ,

Дубна, РФ, 3-07.05.1994

* Европейской школе по физике высоких энергий, Сорренто, Италия, сентябрь 1994 г.

* VIII Международном симпозиуме о поляризационных явлениях в ядерной физике

Блумингтон, США, 15-22.09.1994

* Международной конференции «Дейтрон-95», ОИЯИ, Дубна, РФ, 4-07.07.1994

* Международном рабочем совещании «SPIN-95», Прага, ЧР, 2-7.10.1995

* 12-м Международном симпозиуме по спиновой физике высоких энергий,

Амстердам, Голландия, 10-14.09.1996

* Международной конференции «Дейтрон-97», ОИЯИ, Дубна, РФ, 2-05.07.1996

* Международном рабочем совещании «Symmetry and spin», Прага, ЧР, 1-07.08.1996

* Международном рабочем совещании «Symmetry and spin», Прага, ЧР, 24-30.08.1997

* Международном рабочем совещании «Symmetry and spin», Прага, ЧР, 30.08-05.09.98

* Конференции «Нуклеоника-98», Прага, ЧР, 9-10.09.1998

* 13-м Международном симпозиуме по спиновой физике высоких энергий, Протвино,

РФ, 8-12.09.1998

* Международном рабочем совещании «Symmetry and spin», Прага, ЧР, 5-12.09.1999

и опубликованы в работах [1-28].

Структура и объем диссертации: Диссертация состоит из введения, пяти глав и заключения. Изложенные в диссертации материалы проиллюстрированы на 37 рисунках и в 21 таблице, библиографический список состоит из 105 наименований. Общий объем работы составляет 106 страниц.





Содержание диссертации

Во введении формулируется цель работы. Приводится определение «полного эксперимента» в нуклон-нуклонном взаимодействии как эксперимента, позволяющего получить полный набор экспериментальных наблюдаемых, необходимых для прямого, однозначного и модельно независимого построения матрицы нуклон-нуклонного взаимодействия. Показано, что измерение достаточного количества спиновых наблюдаемых позволяет решить задачу осуществления полного опыта. Обосновывается актуальность и необходимость измерения спиновых наблюдаемых в упругом np- рассеянии для завершения полного опыта в нуклон-нуклонном рассеянии при энергиях ниже 1 ГэВ в широком диапазоне углов рассеяния.

Приведен краткий обзор экспериментов, нацеленных на осуществление полного опыта в нуклон-нуклонном рассеянии, которые до начала реализаици программы наших исследований позволили провести прямое построение матрицы упругого нуклон-нуклонного рассеяния для канала I = 1. Формулируются основные предпосылки решения этой задачи для канала I = 0, подчеркивается важность проведения экспериментов по np-рассеянию с использованием пучка поляризованных нейтронов и протонной поляризованной мишени для решения этой задачи.

Приводится сводка основных результатов, полученных в диссертации.

В первой главе приведено феноменологическое описание нуклон-нуклонного взаимодействия с использованием матрицы рассеяния и матрицы плотности. Даются основные определения и обозначения величин, используемых в диссертации, в частности, рассмотрена структура матрицы рассеяния, дается определение амплитуд рассеяния и классификация спиновых наблюдаемых в упругом нуклон-нуклонном взаимодействии.

В любом эксперименте по нуклон-нуклонному взаимодействию только угловое распределение продуктов реакции поддается измерению. С точки зрения постановки эксперимента по измерению спиновых наблюдаемых в упругом нуклон-нуклонном взаимодействии основной интерес представляет измерение дифференциального сечения реакции в зависимости от спиновых состояний нуклонов, принимающих

участие в этом процессе. В таком случае общее дифференциальное сечение (PBPTP1P2) для корреляционного упругого нуклон-нуклонного рассеяния, которое содержит все возможные спиновые наблюдаемые и применимо для анализа наших экспериментов в любой возможной их постановке, имеет вид:

(PBPTP1P2) = I1I2.(d/d){[1 + A000PB + A000PT + A00PBPT] +

+ P1 [1+ P000 + PBD00 + PTK00 + PBPTM0]n1 + (1)

+ P2 [1+ P000 + PBK00 + PTD00 + PBPTN0]n2 +

+ P1P2 [C00 + PBC0 + PTC0 + PBPTC] n1n2}.

Здесь символы X (X I, A, P, D, K, C, M, N) обозначают спиновые наблюдаемые, PB и PT - поляризации пучка и мишени, Ii, Pi - дифференциальное сечение и анализирующая способность анализатора поляризации рассеянной частицы i = 1, 2. Индексы , , и обозначают направление поляризации нуклонов.

Описан способ получения на основе измеренных общих корреляционных дифференциальных сечений упругого рассеяния спиновых наблюдаемых:

коэффициентов асимметрии A000n, коэффициентов корреляции поляризации A00 коэффициентов переноса поляризации K00, коэффициентов деполяризации D00, и трехспиновых коэффициентов N0.

Во второй главе описан физический комплекс, созданный в Институте им. Пауля Шеррера (PSI), для проведения поляризационных исследований в нуклон-нуклонных взаимодействиях, приведены основные характеристики отдельных узлов комплекса. С использованием этого комплекса выполнена программа исследований np-рассеяния, частью которой является предложенная диссертация. Использованные нами высокоинтенсивные пучки поляризованных и неполяризованных нейтронов получались в реакции зарядового обмена поляризованных протонов (энергия 590 МэВ, поляризация ~75%) с углеродной мишенью p(C,N)n под углом 0. Для проведения поляризационных

исследований в PSI построена специальная экспериментальная зона NA2, которая схематически изображена на рис. 1 и рис. 2. Для проведения наших экспериментов с поляризованными нейтронами, общей целью которых было измерение 15 различных спиновых наблюдаемых в упругом np-рассеянии в широком диапазоне энергий (230-590 МэВ) и углов рассеяния (60° ц.м. 180°), были построены два спектрометра, расположенные на нейтронном пучке на расстоянии 13,735 м (спектрометр 1, рис. 3) и 24,00 м (спектрометр 2) от углеродной мишени, рождающей нейтроны, соответственно.

Пучок поляризованных нейтронов

Экспериментально было показано, что перенос поляризации в реакции зарядового обмена p(X,Y)n на легких ядрах Х является самым эффективным, если используется механизм переноса поляризации на передние углы. При наличии в PSI высокоинтенсивного пучка (~10 мкA) продольно-поляризованных протонов (поляризация ~ 75%), использование указанного механизма позволило получить пучок поляризованных нейтронов с уникальными характеристиками: (а) энергетический спектр нейтронов является непрерывным и состоит из квазиупругого пика при энергии 530 МэВ и сплошного распределения при более низких энергиях; (б) средняя интенсивность пучка нейтронов на расстоянии 13,735 м от мишени, рождающей нейтроны, и при использовании протонного пучка с интенсивностью ~10 мкА, составляет около 5.106 n. cм-2.c-1, см. рис. 4; (в) при поляризации первичных протонов ~75% поляризация нейтронов достигает значений от ~15% для нейтронов с энергией

 Схематическое изображение-0

Рис. 1. Схематическое изображение экспериментальной лаборатории NA2 PSI. 1 — Ось протонного пучка; 2 — PIREX – станция для облучения протонами; 3 — Дипольный магнит ACDY1 (31 градусов); 4 — Сверхпроводящий соленоид; 5 — Дипольный магнит ACDY2; 6 — Магнитная система для управления пучком; 7 — Мишень для рождения нейтронов; 8 — Дипольный магнит ACF; 9 — Глушитель пучка протонов; 10 — Свинцовый фильтр и коллиматор пучка нейтронов; 11 — Дипольный магнит ACDY3; 12 — Дипольный магнит ACDY4; 13 — Ось нейтронного пучка; 14 — Спектрометр 1; 15 — Монитор 2; 16 — Спектрометр 2; 17 — PIF – станция для облучения протонами; 18 — Домики для электронной и вычислительной аппаратуры; 19 — Глушитель пучка нейтронов.

 Схема направлений поляризации-1

Рис. 2. Схема направлений поляризации протонов а нейтронов вдоль линии пучка в лаборатории NA2. 1 — Ось протонного пучка; 2 — Квадрупольные магниты; 3 — Сверхпроводящий соленоид; 4 — Дипольный магнит ACDY2; 5 — Мишень для рождения нейтронов; 6 — Дипольный магнит ACF; 7 — Глушитель пучка протонов; 8 — Ось нейтронного пучка; 9 — Дипольный магнит ACDY3; 10 — Дипольный магнит ACDY4; 11 — Спектрометр 1; 12 — Спектрометр 2.

 Спектрометр 1 260 МэВ до ~ 40% для-2

Рис. 3. Спектрометр 1



Pages:   || 2 | 3 | 4 |
 

Похожие работы:







 
© 2013 www.dislib.ru - «Авторефераты диссертаций - бесплатно»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.