Содержание
Введение ........................................................ 4
Глава 1. Образование тг-мезонов на дейтроне электронами и фотонами..................................................... 11
1.1. Дифференциальное сечение ............................... 13
1.2. Амплитуда .............................................. 17
1.3. Анализирующая способность реакции фотообразования тг-мезонов на дейтроне.................................................. 24
1.4. Постановка экспериментов ............................... 29
Глава 2. Экспериментальное оборудование двух измерительных сеансов ................................................. 33
2.1. Ускорительно-накопительный комплекс ВЭПП-3 ............. 33
2.2. Внутренняя газовая поляризованная мишень ............... 35
2.3. Детекторующие системы .................................. 41
2.4. Система сбора и накопления данных ...................... 52
Глава 3. Обработка экспериментальных данных..................... 57
3.1. Выделение и реконструкция событий ...................... 57
3.2. Идентификация частиц.................................... 62
3.3. Энергетическая калибровка сцинтилляционных детекторов 65
3.4. Комплекс программ обработки............................. 74
Глава 4. Экспериментальные результаты .......................... 76
4.1. Вычисление компонент анализирующей способности .... 77
4.2. Моделирование исследуемого процесса .................... 79
4.3. Результаты измерений ................................... 84
2
Заключение
Литература
Введение
Изучение образования 7Г~ мезонов на нуклонах и ядрах в электромагнитных взаимодействиях остается важным источником сведений о физике адронов, свойствах ядерной системы, структуре нуклонов и их возбужденных состояний, свойствах адронов в ядерной среде. Интенсивные исследования процессов образования мезонов реальными и виртуальными фотонами на нуклонах и ядрах выполняются с начала 50 годов прошлого столетия. Значимость и надежность многочисленных фундаментальных физических результатов, полученных в исследованиях этих реакций, обусловлена в первую очередь тем, что собственно электромагнитные взаимодействия хорошо изучены. Важно также, что фотоны средних энергий свободно проникают в ядро, взаимодействуя в зависимости от длины волны как с отдельными нуклонами, так и коррелированными парами нуклонов. Использование в этих исследованиях простейшей ядерной системы - дейтрона в качестве мишени позволяет исследовать образование пиона на нейтроне и извлекать уникальную информацию о ДА/- взаимодействии и роли ненук-лонных степеней свободы.
В настоящее время экспериментально исследуется два вида наблюдаемых величин реакций фотообразования пионов на нуклонах и дейтроне. Это неполяризационные наблюдаемые величины — дифференциальные и полные поперечные сечения реакции и поляризационные наблюдаемые величины, например, анализирующая способность реакции. Односпиновые наблюдаемые извлекаются из асимметрий сечений реакции в экспериментах с одной поляризованной начальной частицей или в экспериментах с анализом поляризации одной из конечных частиц. Двухспиновые наблюдаемые величины извлекаются из асимметрий сечений реакции в экспериментах с поляризованной частицей в начальном состоянии и с анализом
4
поляризации одной из конечных частиц. Поляризационные наблюдаемые, в отличие от неполяризационных, выражаемых суммой квадратов амплитуд реакций, это квадратичные формы различных комбинаций действительных и мнимых частей амплитуды реакции. Поэтому поляризационные наблюдаемые могут оказаться предпочтительными при выявлении и изучении малых, но важных и, как правило, недостаточно изученных динамических эффектов, таких как А/У - взаимодействие, вклады обменных токов, возбуждение мезон-ну к лонных и мультикварковых резонансных состояний в процессах электромагнитного образования пионов. Проявление динамических эффектов с малой амплитудой или с малым вкладом в большую амплитуду редко наблюдается в дифференциальных и полных сечениях из-за определяющего вклада лидирующих амплитуд. Напротив, в поляризационных наблюдаемых величинах малые амплитуды или малые вклады в большую амплитуду могут усиливаться за счет интерференции с доминирующими амплитудами или могут непосредственно проявляться в случае деструктивной интерференции лидирующих амплитуд.
Известно, что в области низких и средних энергий количественное описание адронных и фотоомезонных процессов в рамках квантовой хромодинамики (КХД) не всегда оказывается успешным. Основным методом исследования физики адронов низких и средних энергий остаются феноменологические модели. Экспериментальные данные об анализирующих способностях или асимметриях, в частности, о тензорных асимметриях одиночного фотообразовния пи-мезона на поляризованном дейтроне при средних энергиях необходимы для независимою тестирования современных феноменологических моделей физики адронов. Эти данные необходимы для получения полной информации о Т- матрице реакции фотообразования пионов (концепция “полного опыта”). Для однозначного определения Т - матрицы, которая описывается 12 независимыми комплексными амплитудами,
5
необходимо измерение не менее 23 независимых наблюдаемых, в число которых обязательно входят наблюдаемые, связанные с тензорной поляризацией дейтрона.
Первые экспериментальные исследования электромагнитного образования пионов в области средних энергий были выполнены усилиями многочисленных исследовательских групп на ускорителях первого поколения, в основном это синхротроны и линейные ускорители с большой скважностью с использованием магнитных спектрометров и немагнитных детекторов с относительно малым аксептансом. Тем не менее, в этих исследованиях был получен большой объем информации о неполяризационных наблюдаемых величинах всех каналов одиночного фотообразования пионов. Большое количество экспериментальных исследований посвящено фотообразованию пионов на дейтроне в реакциях 7с1. —> рртг~ и 7с1. —> ппп+ в области возбуждения нуклониых резонансов [1, 2]. Первые детальные исследования асимметрии дифференциального сечения фотообразования пионов выполнепы на лииейио-поляризованном пучке фотонов [3], измерена поляризация протонов отдачи в реакциях фоторождения пионов на водороде и дейтерии. Экспериментов по исследованию реакций электромагнитного образования пионов на тензорно поляризованных мишенях не было, так как попытки создания криогенной тензорно поляризованной дейтериевой мишени, имеющей необходимые параметры, оказались безуспешными. Применение метода внутренней сверхтонкой мишени [4] в накопителе для создания тензорно поляризованной мишени оказалось успешным, и в 1985 г были выполнены первые исследования по упругому и иеупругому рассеянию электронов на тензорно поляризованной дейтериевой мишени [5]. В этих исследованиях, проведенных коллаборацией ИЯФ СОРАН (Новосибирск) и НИИЯФ ТПУ (Томск), впервые были получены данные о расщеплении виртуальными фотонами поляризованных дейтронов. Использовался электронный пучок
б
накопителя ВЭПП-2 и внутренняя тензорно поляризованная дейтериевая мишень [6].
Разработка теоретических моделей образования пионов в электромагнитных взаимодействиях на нуклонах и ядрах особенно успешно развивалась после появления классической работы CGLN [7]. Проведенный анализ, основанный на дисперсионных соотношениях, послужил фундаментом для широкого исследования реакций фотообразования пионов в области А-резонанса [8-10]. В теоретических исследованиях процессов 7d —> пNN применялось импульсное приближение как в модели спектатора, так и с учетом взаимодействия в конечном состоянии.
В последние годы наблюдается значительный прогресс в экспериментальном исследовании процессов электромагнитного образования мезонов на нуклонах и легчайших ядрах в области средних энергий. Разработаны и реализуются обширные программы исследований на ускорителях нового поколения в США (JLAB, MIT-BATES, LEGS), Германии (MAMI, ELSA), Франции (GRAAL) и Японии (SPRING-8) с использованием монохроматических и поляризованных пучков фотонов, поляризованных мишеней, систем мечения фотонов, широкозахватных магнитных спектрометров и детекторов заряженных частиц, широкоапертурных многоканальных сцин-тилляционных спектрометров для регистрации фотонов от распада тг° и rj мезонов. В этих исследованиях уже накоплены систематические прецизионные экспериментальные данные об угловых и энергетических зависимостях диффернциального и полного сечений фотообразования пионов [11-13], а также данные о фотонной асимметрии [14] и данные о дважды поляризационных наблюдаемых 115]. Получены 'также новые экспериментальные данные о фоторождении мезонов на ядерных мишенях [16].
В эти годы в ИЯФ СО РАН выполнялись работы по существенной модернизации всех систем, обеспечивающих оптимальное функционирова-
- Київ+380960830922