Исследование низколежащих, гигантских и барионных резонансов в электромагнитных взаимодействиях нуклонов и ядер

Оглавление
2
Введение 5
1. Коллективные возбуждения ядер. Первый этап изучения Изовекторного 5 Гигантского Дипольного Резонанса(ИвГДР). Теоретическое объяснение.
2. Исследование основных и низколежащих состояний ядер. Создание установки для изучения упругого и неупругого рассеяния электронов
3. Исследования мультипольных гигантских резонансов (МГР) в (е,е') 9
4. Тематика исследований 13
5. Краткое содержание диссертации 15
1. Сечения поглощения фотонов в области ИвГДР. Структу ра ИвГДР 24
1.1. Структура гигантского дипольного резонанса легких ядер 24
1.1.1. Методика измерений 24
1.1.2 Ядра/?-оболочки: 4Ве,12С,160 . 26
1.1.3. Ядра ^-оболочки: ^fg ,318 ,*°Са 29
1.1.4. Ядро р/ -оболочки: 56 Ре 31
1.2. Низкоэнергичный дипольный резонанс 33
1.3. Фото-(электро)ядерные реакции в астрофизике 36
1.4. Заключение 39
1Я
Гл.2. Параметры основных и изолированных состояний ядер О и 27Л1 из экспериментов рассеяния электронов. 41
Г £
2.1. Исследование параметров низколежащих уровней ядра 10. 41
2.1.1. Аппаратура 41
2.1.2. Экспериментальные данные и аначиз 43
2.1.3. Обсуждение результатов. Сравнение с моделями 45
2.2 Создание установки для изучения рассеяния электронов на базе
линейного ускорителя ЛФЯР ИЛИ. 49
2.2.1. Линейный ускоритель электронов (ЛУЭ) ЛФЯР ИЯИ 49
2.2.2. Комплекс аппаратуры для изучения рассеяния электронов в ЛФЯР. 49
2.2.2.1. Магнитный спектрометр 50
2.2.2.2. Система формирования пучка электронов на мишень спектрометра 53
2.3. Результаты измерений на установке ЛФЯР 55
2.3.1 Зарядовый радиус ядра углерода. 55
2.3.2. Упругое и неупругое рассеяние электронов ядром 27А1 56
2.4. Заключение 61
3. Возбуждение гигантских резонансов в рассеянии электронов на ядрах
и ,яЯи. 62
3.1. Экспериментальная аппаратура 63
3.2. Вычисление ядерных сечений МГР 67
3.2.1. Формачизм 67
3.2.2. Радиационные поправки 68
3.3. Мультипольный аначиз данных 71
3.3.1. Коллективные модели 71
2
3.3.2 Анализ экспериментальных данных по Вибрационной Потенциальной
Модели (ВПМ). 73
3.3.2.1. Расчеты по ВПМ в сферических ядрах 73
3.3.2.2, Расчеты по ВПМ в деформированных ядрах 74
3.3.2.2.1, Изовекторный ГДР. 74
3.3.2.2.2. Гигантский квадрупольный резонанс (ГКР) 75
3.4. Результаты мультипольного анализа. Параметры МГР 79
3.5. Обсуждение результатов. 84
3.5.1. Сравнение с теорией 84
3.5.2.1, Изоскалярный гигантский квадрупольный резонанс (ГКР, Т=0) 85
3.5.2.2, Изовекторный гигантский квадрупольный резонанс (ГКР, Т = 1) 89
3.5.2.3. Изоскалярный гигантский монопольный резонанс (ГМР, Т=0) 93
3.6. Заключение 96
4.Возбуждение и распад МГР ядер 58,60в эксперименте (е,е’х)
4.1. Цель эксперимента 98
4.2. Ускоритель с непрерывным пучком и экслериментачьная аппаратура. 103
4.2.1. Ускоритель электронов - микротрон МАМИ-А 103
4.2.2. Спектрометр электронов 104
4.2.3. Регистрация вылетающих заряженных частиц - протонов и а - частиц
ДЕ-Е детекторами 104
4.2.4. Спектр рассеянных электронов, зарегистрированный спектрометром 105
4.2.5. Электроника 106
4.3. Первичный анализ: идентификация протонов и а - частиц, поправки 107
4.3.1. Отбор истинных совпадений.
4.3.2. Идентификация частиц. 107
4.3.3. Поправки радиационные, эффективности, на случайные совпадения. 107
4.4. Полные 4к - сечения ядер 58M-64Zfl в разных проекциях. 112
4.5. Распад сечений реакций 48,60 Niy6*Zn(ei е' с) из последовательных интервалов энергий возбуждения ядер - мишеней на состояния дочерних ядер. 119
4.6. Мультипольный анализ полных сечений реакций (е,е'р) и (е,е'а). 127
4.6.1. Модельно - независимый метод мультипольного анализа 127
4.6.2. Разложение экспериментальных сечений на ЕІ и Е2(Е0) мультиполи 130
4.7. Сравнение с фото- и электро-ядерными реакциями. 134
4.8. Метод угловых корреляций - Angle Correlation Functions (ACF). 140
4.9. Прямой и статистический распад МГР. 147
4.10. Распад МГР (/ < 2) в реакциях58,60Ni*Zn(e> е' р,). 153
4.11. Сравнение с реакциями (еуе' р,) и (у,р,) в легких ядрах. 157
4.12. Распад в каналы а, в реакциях 58,60Ni,MZn{e,e'al) . 162
4.13. Краткое сравнение с а - распадом легких ядер 165
4.12. Заключение ' 168
3
5. Фотореакдии на нуклонах и малонуклонных системах в области барионных резонансов при энергии 200 - 800 МэВ. 171
5.1. Сечения фотопоглощения ]Н2Н и гНе,4Не в области энергий 200-800 МэВ. 171
5.1.1. Методика эксперимента. 171
5.1.2. Анализ данных 171
5.1.3. Полные сечения поглощения у- квантов протоном, дейтроном и ъНе,*Не. Ill
5.1.4. Интегральные сечения поглощения фотонов в области 1-го и 2-го барионных резонансов. 180
5.2. Двухпионные реакции на протоне в области энергий 200-800 МэВ. 183
5.2.1. Анализ. 183
5.2.2. Результаты. 184
5.2.3. Сравнение с теорией и обсуждение. 184
5.3. Сечения двухлионного фоторождения на дейтерии. Сравнение с водородом. 186
5.3.1. Реакция/ + d -* рх'л~п 186
5.3.2. Реакция у + п -» рк'х* 187
5.3.3. Распределение инвариантных масс реакции у + п -> . 190
5.3.4. Реакция у + .V -> я0N 192
5.3.5. Полные сечения одиночного и двойного фоторождения /г0 дейтроном. Сравнение с аналогичными реакциями на протоне. 193
5.4. Подготовка и первый этап поляризационного эксперимента на МАМИ Б
в области Л - резонанса. 195
5.4.1. Создание поляриметра электронов для поляризационных измерений 195
5.4.1.1. Физические основы 195
5.4.1.2. Аппаратура. 197
5.4.1.3. Тестовые измерения и анализ 199
5.5.. Заключение. 201
6. Основные результаты и выводы 203
7. Список литературы 209
4
ВВЕДЕНИЕ
1. Коллективные возбуждения ядер. Первый этап изучения изовекторного гигантского дипольного резонанса. Теоретические объяснения
Физика электромагнитных взаимодействий с падающими на ядра-мишени фотонами и рассеянием электронов является уникальным средством для изучения ядерной структуры, поскольку законы электромагнитного взаимодействия хорошо известны и структура нуклонов и ядер может быть прямо исследована. Классическим примером являются высоковозбужденные коллективные состояния ядер
Коллективные возбуждения в системах многих тел существуют во многих областях физики. В ядрах такие возбуждения были теоретически предсказаны Мигдалом в 1944г и открыты в экспериментах фотопоглощения Балдвина и Клайбера(1947) как сильные резонансы, имеющие электрический дипольный характер[ 1]. В конце 40-х г. в Европе были созданы и начали работать 3 ускорителя электронов, в том числе один, С-3, на энергию 30 МэВ в лаборатории ускорителей и фотоядерных реакций (в те годы называемой «эталонной») В.И. Векслера в ФИЛИ. В конце 1948 г. был измерен спектр тормозного излучения и в группе Б.С. Ратнера начались физические измерения выхода фотопротонов из средних ядер[2]. В 50-60 гг. электрические изовекторные гигантские дипольные резонансы (ИвГДР) были измерены в многочисленных фотоядерных экспериментах, и было установлено, что они являются общим свойством ядер. Сначала эксперименты делались на пучках ускорителей со сплошным спектром, результатом которых были кривые выхода, зависящие от верхней границы тормозного спектра. Их точность сильно падала с удалением от порога реакции. Она была повышена новой серией экспериментов с квазимонохроматическими фотонами[2],в которых измерялись сечения испускания фотонейтронов в основном тяжелых ядер, исчерпывающих в основном ИВ ГДР. Изовекторными гигантскими динольными резонансами принято называть коллективные состояния ядер с квантовыми числами Г, сконцентрированные в относительно узком интервале (несколько МэВ) энергий возбуждения, имеющие плавную зависимость от массового числа А, с интенсивностью исчерпывающей значительную долю энергетически взвешенных правил сумм (ЭВПС).
Мультипольность таких состояний определяется мультипольностью фотонов, их возбуждающих, а также испускаемых из них на основное состояние ядра.
Параметры ИвГДР измерены для большинства «холодных» ядер[2]. Его свойства кратко могут быть суммированы следующим образом:
- ГДР- общее ядерное явление, которое представляет собой наличие высоковозбужденных состояний в непрерывном спектре (13-30 МэВ), исчерпывающие большую часть ЭВПС.
- Интенсивность ГДР локализуется в сравнительно узкой области энергий возбуждения ядер с шириной 4-8 МэВ, а сечение достаточно хорошо описывается кривой Лоренца.
- Энергия максимума ГДР меняется плавно с массовым числом А и описывается
Еш =31.2чГ|/3 + 20.6 -Л",/б МэВ
Указанная зависимость объясняется сочетанием объемных и поверхностных колебаний ядра. Для тяжелых и средне-тяжелых ядер преобладают объемные колебания, для легких -поверхностные. Например, для первых согласно простой качественной модели в сферическом объеме с фиксированной поверхностью стоячая волна Я * # и
Ет =йй>*1/Л*/Г,/3МэВ Поверхностные колебания приводят к зависимости резонансной энергии Еп5 * Л~' .
5
Плавная зависимость от массового числа характерна и для других параметров ГДР.
Некоторые параметры ГДР, в частности ширина, зависят от статической деформации ядер. Ширина ГДР увеличивается при переходе от сферических к деформированным ядрам с расщеплением на два максимума при больших деформациях ядер.
Расщепление компонент ИвГДР составляет ~4 МэВ и равно ширине в сферическом ядре.
Рис.В1.Динамика расщепления сечений поглощения фотонов тяжелыми ядрами от сферического 209 В1 до деформированного *65Но[28].
Наличие коллективных колебаний ядер также объясняется по классической модели. Деформированное ядро представляется сферическим эллипсоидом с радиусами Яа - большая и /?«, - малая оси.
Рис.В2. “Стоячие волны“ в сферическом (а) вращательно симметричном эллиптическом резонаторе (Ь) [1].
м»
В каждом из 2-х сечений эллипсоида Ла » « Яь и соответственно
-К»-«.)/*. *А>
где /?2 - параметр статической деформации ядра.
Существование структуры в полных сечениях ИвГДР легких ядер, впервые надежно полученное в ЛФЯР ФИАН[17], в прямых измерениях сечения поглощения фотонов ядрами( ранее сечения поглощения получали сложением сечений основных каналов распада, в тяжелых ядрах- испускания фотонейтронов) показало наличие оболочечных эффектов в коллективных возбуждениях. Сечения поглощения легких ядер были измерены от9 Ведо ‘° Са, а также двух средних ядер - 15 Мп и натуральный Ре .
В результате была исследована структура сечений поглощения в ядрах р, ,р/ -
оболочек. Наиболее сильно структурированы сечения(с относительно равными весами резонансов) в четно-четных ядрах, в которых заполнены л? - подоболочки(24 Л/# ,325). Основной максимум ГДР, для ядер постепенно уменьшается от энергии ~ 23 МэВ в |2Сдо18 МэВ в 56Ре и находится ниже энергии, предсказьшасмой коллективной моделью Еш = 80 • Л'из, для 12С коэффициент равен ~ 53.
Изовекторный гигантский дипольный резонанс было впервые теоретически объяснен в коллективной модели ядра [1,3], согласно которой поглощение фотона приводит к когерентным колебаниям протонов относительно нейтронов. Впервые такой подход был рассмотрен Мигдалом, затем в близкой модели Гольдгабера-Теллера (ГГ), где резонанс возникал в результате коллективных осцилляций протонов относительно нейтронов как двух взаимопроникающих сфер. Модификация этой модели-Штейнведеля- Йенсена (ШЙ) рассматривала аналогичные колебания внугри жесткой сферы. Упомянутые варианты модели приводят к зависимости энергии максимума ГДР от массового числа А: Ет~(А~из ~ А"1'6) . Для тяжелых ядер Ет согласуется с экспериментальными данными, но для легких значительно превышает их (например, для ,60 -30 МэВ вместо 22.5 МэВ).
ГМР(монопольные резонансы) чТ/
ГДР(дипольные
резонансы)
ГКР (квадру
польные
резонансы)
О'
дт.о
ДЭ*0
»и*
Рис.ВЗ. Качественная картина гигантских резонансов, электрических и магнитных, трех мультипольностей в модели жидкой капли [5].
На Рис.ВЗ. показаны как электрические( А5 = 0) так и магнитные (ДУ = 1,спин-флип) МГР трех мультипольностей, вызываемые различными модами колебаний протонной и нейтронной жидкостей.
Существование когерентных колебаний большой интенсивности в узком интервале энергий возбуждения получило объяснение, как в феноменологических, гак и микроскопических моделях [3]. ИвГДР характеризуется квантовыми числами (ЦТ,Я) = (1,1,0), где ЦТ,в- орбитальный момент, изоспин, спин соответственно. Стандартно его мудьтипольность обозначается С1, достаточно широко распространено также Е1.
7
Находясь в области применимости т.н. длинноволнового приближения, ГДР избирательно возбуждается в фотоядерных реакциях и обратных им реакциях радиационного захвата, поэтому интенсивно изучался до 70-х гг., как единственный набор сильных когерентных состояний выше порога фоторасщепления ядер. Теоретически была также показана адекватность коллективного и оболочечного подходов в интерпретации ИвГДР. Последний показан схематически слева на Рис.В4., состоящим из 3-х переходов из подоболочек основного состояния ядра в следующую оболочку этого ядра. Собственно принципиальная возможность существования других типов резонансов кроме ИвГДР видна из Рис.В4. и была предсказана теоретически^] за несколько лет до их экспериментатьного обнаружения. Аналогичное объяснение было найдено в оболочечной модели [3], которая предсказала как формирование когерентного состояния, вбирающего в себя основную часть сил переходов, так и подъем его вверх по энергии для отталкивающего взаимодействия (изовекторные МГР). Такой подход оказался близок к когерентному движению протонов и нейтронов относительно друг друга и подтверждался многочисленными экспериментальными данными[1]. Изоскалярная часть взаимодействия, как ожидаюсь из такого подхода имеет меньшую энергию. Для частного случая потенциала гармонического осциллятора оболочечная и коллективная модели идентичиы[3].
Рис.В4. Схема электрических мультипольных переходов между состояниями оболочечной модели Основные оболочки обозначены + + 2 и.т.д.
Слева показан Е1 - ИвГДР - несколько переходові" из подоболочек основного состояния на подоболочки состояний N +1. Далее - Е2, ЕЗ, Е4
Е! Е2 ЕЗ Е4
Форму сечения поглощения фотонов ядром, практически ГДР, обычно представляют в этих моделях кривой Лоренца с введенным затуханием, равным экспериментальной ширине Г, которое является следствием взаимодействия коллективного дипольного состояния с другими степенями свободы:
<г(Е) =---------------ГГ
1 + [(£2-0/£Т„2]
Связь деформации ядер и ширины ГДР была рассмотрена в модифицированной коллективной гидродинамической модели[3]. Согласно этой модели ГДР сферических ядер представляет собой одну резонансную кривую (Брайт-Вигнера, Гаусса, Лоренца), а нссферических - две (или три для ядра в виде асимметричного элипсоида) таких кривых сдвиг которых относительно друг друга определяется эксцентриситетом ядра. Базисные предположения коллективных моделей более естественны для тяжелых ядер.
8
2. Исследование основных и низколежащих состояний ядер. Создание установки для изучения рассеяния электронов
В 60-х -70-х гг. упругое и неупругое рассеяние электронов интенсивно использовалось для изучения параметров основных (например, широко известны работы Хофштадтера по измерению размеров ядер) и низколежащих состояний ядер, многие из которых измерялись впервые и были важным фактором развития теории.
Измерения сечений рассеяния электронов на редком изотопе кислорода, 180, были сделаны на линейном ускорителе электронов с максимальной энергией 140 МэВ [199] ускорительной лаборатории Саскачеванского Университета, Канада в интервале передач импульса 0.5< ц< 1.0 Фм*1. 1.В эксперименте наблюдались сечения возбуждения уровней “О с Т = 1: 1.98 (2"), 3.63 (0*), 3.92 (2*), 4.45 (П. 5.09 (3 ), 5.25 (2*), и 5.33(0"). последние четыре - впервые.
В 70-х г. на базе линейного ускорителя электронов ЛФЯР ИЛИ группой рассеяния электронов ЛФЯР был создан комплекс аппаратуры мирового уровня для измерения рассеяния электронов [206]. Собственное разрешение спектрометра было лучше 0,03%.при телесном угле спектрометра ~ 3 мстер. Полное разрешение пучка ~ 0.1%. На установке с высокой точностью был измерен средне-квадратичный радиус ядра углерода(СКР), что дало возможность использовать его в качестве стандарта для абсолютных измерений сечений как упругого, так и неупругого рассеяния электронов на ядрах. Упругие сечения ~'А1 были измерены относительно углерода последовательно, при одной и той же настройке пучка [212], что в основном устраняло систематические ошибки. Модельно- независимым анализом получены вероятности переходов уровней 0.84, 1.01,2.21 и 3.00 МэВ, первые два измерены впервые
3. Исследование мультипольпых гигантских резонансов (МГР) в неупругом рассеянии электронов
После открытия других типов ГР, кроме ИвГДР, получение надежных данных об МГР и их параметрах стало одной из важных задач физики электромагнитных взаимодействий ядер, в основном, в электроядерных реакциях.
Фейнмановские диаграммы, демонстрирующие фотоядерные и электроядерные реакции, показаны на рис.В5.
Рис.В5. Фейнмановские диаграммы фотоядерной реакции А1(/,х)А2 (слева) и рассеяния электронов А, (е,е')А2 (справа).
В методе рассеяния электронов, в отличие от единственной переменной - энергии возбуждения ядра со в фотоядерных реакциях, варьируются начальные и конечные энергии электронов (волновые числа к]}к2) и угол рассеяния#, что позволяет менять энергию возбуждения ядра со и передачу импульса с/ мишени. В таких экспериментах можно измерять Фурье-образ переходных плотностей заряда и тока. Изменяя угол в при
9
фиксированных cow к, можно разделять ядерныс амплитуды переходов. Теоретическое сечение вычисляется в однофотонном приближении и справедливо в первом порядке постоянной тонкой структуры а. До середины 80-х годов подобные эксперименты ставились на ускорителях с импульсными пучками и малой скважностью. Только с введением в действие ускорителей с непрерывным пучком стали возможны эксперименты с совпадениями рассеянных электронов и продуктов ядерных реакций.
Фотоны и электроны в качестве пробников ядер имеют очевидные преимущества перед адронами при исследовании состояний ядра в непрерывном спектре, поскольку относительно слабое электромагнитное взаимодействие достаточно точно описывается квантовой электродинамикой, предоставляя возможность теоретически обоснованного выделения и изучения механизмов ядерных процессов. Вычитание фона при анализе экспериментов рассеяния адронов носит скорее интуитивный характер.
Рис.Вб. Потери энергии электроном при прохождении мишени на ионизацию и тормозное излучение в областях (1) и (3). Неупругое рассеяние в области (2) на уровне ядра энергии со и передачей импульса q с эмиссией нуклона или фотона.
Взаимодействие электрона с мишенью, приводящее к потере энергии при испускании нуклонов, фотонов, рассеянных электронов, показано на Рис.Вб [5].
Электрон с начальной энергией Eq при прохождении через мишень в областях 1 и 3 теряет энергию на ионизацию и тормозное излучение, в области 2 - на возбуждение ядра, кинетическую энергию отдачи ядра
Электроны имеют определенные преимущества над фотонами и одним из них можно назвать возможность независимой вариации передачи энергии со{Ех)и переданного
импульса q: q1 = Е) + Е]. - 2EeEjCosOе. (с г I)
Рис.В7. Схематическое представление функции отклика ядра R(q,(o) во внешнем электромагнитном поле в системе координат co,q - передача энергии и импульса. Показаны спектры электронов при нескольких углах рассеяния, а также спектр фотоядерной реакции при со = q [5].
10
В связи с этим при неупругом рассеянии электронов исследуется плоскость (д,со), а в фотореакциях - прямая д -со(Рис.В7). Вдоль координаты дпроисходит упругое рассеяние электронов, величина которого значительно превышает неупругое.
Существенно, что в фотоядериых реакциях избирательно возбуждается лишь ИвГДР, а при рассеянии электронов как изоскалярные, так и изовекторныс МГР, величина и соотношение которых зависит от переданного импульса. В обоих случаях радиационные эффекты доминируют при измерении сечений поглощения фотонов или (е,е'), но принципиально их возможно вычесть, правда с ухудшением точности исследуемых ядерных процессов.
Для реальных фотонов прогресс был достигнут использованием на ускорителях вместо тормозных спектров квазимонохроматических фотонов, а для обеих частиц появлением нового поколения ускорителей с постоянным во времени током пучка, на которых стали возможны эксперименты на совпадениях падающих частиц и продуктов реакций.
В 70-х годах в неупругом рассеянии электронов и адронов были открыты гигантские резонансы других мультипольностей [4,6], кроме ИвГДР, и началось интенсивное, экспериментальное и теоретическое, изучение мультипольных гигантских резонансов (МГР), вначале изоскалярного гигантского квадрупольного резонанса (ИсГКР) с квантовыми числами (2,0,0) с использованием различных методов и частиц[5]. Затем в ряде работ в области возбуждения ядер примерно до 40 МэВ появились утверждения об открытии других видов МГР [8], включая не рассматриваемые здесь магнитные гигантские резонансы. После этого получение надежных данных об МГР и их параметрах стало одной из основных тем физики электромагнитных взаимодействий ядер, а также ядерной физики с различными типами частиц. На Рис.В8 приведены примеры использования отдельных частиц для возбуждения МГР. Адроны возбуждают ИсМГР, фотоны, пионы - изовекторные резонансы, электроны - оба типа МГР.
Впоследствии для изучения ИвГДР, кроме электронов и фотонов, пионов стали применяться тяжелые ионы, с помощью которых были открыты и исследованы ИвГДР, возбужденные на ИвГДР(т.н. ГДР2) и при высоких энергиях ядер (~ 150-500МэВ).
Как оказалось, полученная в фотоядериых реакциях и обратных им реакциях радиационного захвата [I] систематика ИвГДР, возбужденных на основных состояниях ядер была только первым этапом исследования МГР.
Особый интерес был проявлен к гигантскому монопольному резонансу (ГМР), или дыхательной моде колебаний ядра, из-за его связи с таким параметром ядерной материи как сжимаемость.
КОЯСАІАЙ
КОУЕС™
Рис.В8. Реакции, в которых различными частицами возбуждаются МГР мультипольностей с Г = 0-3 [5].
т
(N.11
Т
IN.1I
II
Коллективные колебания различных мультипольностей были предсказаны теоретически[4] до их экспериментального обнаружения и получили количественное объяснение с учетом сиин-изоспинового взаимодействия в рамках симметрии 5£/4 как общее свойство спектров возбуждения ядер в различных реакциях с сильным, электромагнитным и слабым взаимодействиями.
Для пополнения знаний о структуре ядра была необходима более надежная экспериментальная информация о новых гигантских резонансах, в частности, сохраняются ли в МГР отмеченные выше глобальные особенности ИвГДР.
Правила отбора, дейс твующие в различных реакциях, изменяют вклад отдельных МГР в полное сечение взаимодействия, дают возможность изучать их избирательно, обеспечивают дополнительную информацию об этом универсальном свойстве ядер.
Нормализованные качественные оценки интенсивности возбуждения различных видов изоскалярных и изовекторных МГР в ряде реакций приведены в Табл.В!.
Табл.В1.Нормализованные интенсивности возбуждения различных видов МГР.
Реакция (g,X) (е, с’) (а, а’) (d,d’) (р,р’) (Не3, Не*') (р,п) (п,р)
МГР(Т=0) 0 1111 1 0 0
МГР(Т=1) 1 1 0 0 1/10 1/30 1 1
Правила отбора по изоспину оказывают принципиальное влияние на
возбуждение различных каналов. Поэтому в реакциях рассеяния адронов преимущественно наблюдались изоскалярные квадрупольные и монопольные гигантские резонансы[8]. Методом рассеяния электронов возбуждаются состояния разной мультипольности, причем зависимость таких сечений от переданного импульса дает возможность более надежного выделения отдельных резонансов[7]
Как уже было сказано, в фотоядерных реакциях подавлены все МГР кроме изовекторного дипольного резонанса. В частности, гигантский монопольный резонанс (ГМР) не возбуждается реальными фотонами из-за отсутствия у них продольной компоненты углового момента.
Выше была кратко изложена ситуация сложившаяся в физике электромагнитных взаимодействий к началу 60-х г. перед проведением первого в настоящей работе эксперимента по измерению структуры сечения поглощения у- квантов в области ИвГДР. Была получена систематика основных параметров ИвГДР - зависимость максимума сечения от энергии возбуждения ядра, ширина, зависимость ширины от деформации, доля ЭВПС, зависящая от энергии возбуждения и имеющая значительную неопределенность, объеняемую вкладом мезонных эффектов, - были определены экспериментально и частично объяснены теоретически. Начались исследования гигантских резонансов других мультипольностей, в основном изоскалярных квадрупольных и монопольных, с использованием рассеяния альфа-частиц, протонов, электронов, однако полученные результаты были противоречивы. По изовекторным ГКР данные практически отсутствовали, в экспериментах с адронами они не возбуждаются (Табл.В 1). Электроны, напротив, возбуждают как изовекторные, так и изоскалярные ГР и для их однозначной интерпретации нужно подбирать оптимальные передачи импульса. При малых передачах импульса q2 < 0.4 Фм'2 возможно разложение формфакторов в ряд и проведение модельно- независимого анализа.
12
4. Тематика исследований
В данной работе в цикле экспериментов по гигантским резонансам исследовались структура и свойства ядер в разных областях массовых чисел Л. Вначале были проанализированы результаты измерений сечений поглощения у- квантов легкими ядрами, впервые измеренных в ЛФЯР, сравнена структура сечений, доля правил сумм(ПС), исчерпываемая сечениями поглощения в ,р/- оболочках.
Затем, измерялось упругое и неупругое рассеяние электронов на ядрах 180, С, 27А1. для получения новых актуальных данных о размерах ядер и вероятности переходов из изолированных уровней на основные состояния. Эксперимент с обогащенным до 96% изотопом !80 был сделан на линейном ускорителе электронов с максимальной энергией 140 МэВ [198] ускорительной лаборатории Саскачеванского Университета, Канада в интервале передач импульса 0.5< я< 1.0 Фм’. В нем впервые были определены параметры низколежащих уровней 4.45 (Г), 5.09 (3 ), 5.25 (2+), и 5.33(0+) МэВ, получено согласие с предсказаниями моделей. Два последних ядра- на аппаратуре мирового класса, созданной для таких экспериментов в ЛФЯР[206], в которых с большой точностью был найден среднеквадратичный радиус углерода[212], получены модельно-независимым анализом вероятности переходов 4-х низколежащих уровней 27А1 до 3.00 МэВ[214].
На следующем этапе, с целью определения параметров электрических МГР с Ь = 0,1,2. в неупругом рассеянии электронов впервые в одном эксперименте были измерены тяжелые ядра: сферическое -148 Ут и деформированное -152Ут, чтобы получить параметры ИсГМР, ИсГКР, ИвГКР, по которому достоверная информация практически отсутствовала, изучить динамику поведения этих ГР при переходе от сферического к деформированному ядру. Измерения были сделаны на линейном ускорителе с энергией 300 МэВ Университета Тохоку, Япония в области энергий возбуждения 5-35 МэВ при 5 передачах импульса для каждого ядра в интервале 0.38 - 0.64/т"у в одном
эксперименте, чтобы, уменьшив систематические ошибки, определить и сравнить параметры МГР с мультипольностью Я(Г) < 2 [7,11,12].
Для уменьшения погрешности в анализе данных были использованы
- улучшенный метод вычитания радиационных эффектов (метод конволюции);
- нормировка по ядерному сечению близкому к нулю при энергиях возбуждения ниже порога вылета нуклонов;
- ИвГДР из фотоядерных реакций, где он известен с лучшей точностью.
Сравнение сечений на двух изотопах У/и наглядно показывает значительное уширение изоскалярного и изовекторного ГКР в деформированном ядре 152У/я. Корреляция между деформацией и шириной ГКР, Т - 1 наблюдалась впервые.
Ширины обоих резонансов ГКР в сферическом и деформированном ядрах изменяются аналогично изовекторному ГДР, но до разных абсолютных величин. Поэтому экспериментально найдено расщепление ГДР и лишь уширение ГКР ( в 1.6 раза).
Для анализа измеренного комплекса МГР была использована вибрационная потенциальная модель (ВПМ) [10], в которой переходные плотности и формфакторы определяются из плотности основного состояния, экспериментально известного с хорошей точностью. Уменьшение количества подгоняемых параметров за счет использования ГДР, Т = 1 из фотоядерных реакций уменьшило погрешности определяемых параметров МГР, позволило сделать их более надежными.
Впервые методом рассеяния электронов надежно установлено существование гигантского монопольного резонанса. Из-за одинакового изменения монопольного и квадрупольного формфакторов в нескольких предшествующих экспериментах
13
рассеяния электронов не было возможности однозначно определить, к какой мулътипольности отнести резонансы с аналогичной зависимостью, поскольку доля ЭВПС составляла в них только 20 - 54% или приводились лишь качественные оценки параметров ГМР.
Позднее, изучение гигантских резонансов, в том числе октупольного резонанса (ГОР) с Ь=3, продолжалось. Было установлено существование двух ветвей этого ГР, низко- и высокоэнсргичной, в соответствии с предсказаниями оболочечной модели, в ряде экспериментов получены указания на существование гексадекапольного резонанса. «Экзотические» ГР, изоскалярный ГДР и изовекторный гигантский монопольный резонанс(ГМР) также были найдены в неупругом рассеянии а - частиц под малыми углами, где их оказалось возможным отделить от квадруполыюй компоненты.
В зарядово-обменных реакциях пионов, были измерены ИвГДР на возбужденных изобар-аналоговых состояниях ядер, в том числе т.н. ГДР2, возбужденные на ИвГДР. Позднее ГДР на возбужденных уровнях были открыты и в реакциях с тяжелыми ионами.
При неупругом рассеянии тяжелых ионов ИвГДР исследовались в широкой области возбуждения «горячих» ядер - до сотен МэВ. Интерес представляли параметры таких ГДР, их соотношение с ИвГДР холодных ядер. После многочисленных экспериментов появилась первичная систематика параметров. Из нее видно, что энергия максимума такого ГДР при увеличении энергии возбуждения данного ядра до 600 МэВ остается в пределах ошибок практически постоянной. Ширина быстро возрастает с энергией возбуждения от 4 МэВ в холодных ядрах до 10-12 МэВ (погрешностью 20-40%) в области энергий возбуждения 250-600 МэВ. ЭВПС до энергии 300 МэВ близка к классическому Правилу Сумм (ПС), выше - практически нуль(по результатам измерений изотопов ).
Для дальнейшего исследования МГР желательны новые эксперименты.
После создания нового поколения ускорителей электронов с непрерывным во времени пучком и началом работы такого ускорителя МАМИ А с максимальной энергией электронов 183 МэВ в Институте ядерной физики в Майнце, ФРГ были впервые[83,87-92] проведены эксперименты с совпадениями по возбуждению и распаду МГР в средних ядрах -58,60М,'642п с целью изучения каналов распада заряженных продуктов реакций, протонов и альфа, на основное и возбужденные состояния дочерних ядер в области МГР.
Измерения проводились при минимально возможной передаче импульса ц = 0.27
Фм'1 в максимуме формфактора ГДР(Е1), чтобы надежно отделить вклад Е1 от других МГР и ограничить их число тремя - Е1(Т=1), Е2(Т=0), Е0. Для обработки данных был использован модельно-независимый анализ. Интенсивность переходов на основное и низколежащис(до ~3 МэВ) дырочные состояния 51,59Со составляет ~ (38 ±3)% у ядра58Ми ~ (44±4)% у 60 №. Наблюдается аналогия найденного распределения доли распада со спектроскопическими факторами. С распадом в канал протонов сравниваются реакции (е.е'а) на тех же ядрах. Их характерная особенность - основная доля переходов происходят на основное и первые два возбужденных состояния ядер.
С увеличением максимальной энергии микротрона МАМИ до 800 МэВ начались исследования барионных резонансов выше порога фоторождения мезонов в рамках Международных коллабораций: А2 -изучение физики нуклонов и ядер в экспериментах с мечеными реальными фотонами: измерения детектором ДАФНЕ с большим телесным углом около 4л сечений фотопоглощения протона и малонуклонных систем, парциальных каналов на протоне и дейтроне, фотореакций на сложных ядрах, Комптоновского рассеяния на протоне и дейтроне детектором КАТС, в создании которого принимала активное участие группа ЛФЯР ИЯИ; ГДХ - подготовка поляризационных измерений детектором ДАФНЕ.
14
5. Содержание.
Диссертация состоит из Введения, 5 глав. Заключения объемом 215 стр., 214 рис., 49 таблиц, в списке литературы - 218 наименований.
Во Введении, показана актуальность тематики исследований, сделанных в работе, и ее реализация. Кратко приведены полученные в фотоядерных реакциях данные об ИвГДР, имевшиеся до начала экспериментов, представленных здесь, их теоретическое описание. У помянуты теоретические предсказания существования гигантских резонансов других мультипольностей как изоскалярных, так изовекторных и первые эксперименты 70-х годов, в которых был обнаружен ИсГКР при неупругом рассеянии адронов, а вскоре и электронов[3].
Описан комплекс аппаратуры мирового уровня для изучения рассеяния электронов на базе линейного ускорителя ЛФ.ЯР, приведены полученные на нем физические результаты, а также предшествующий эксперимент на линейном ускорителе электронов с максимальной энергией 140 МэВ [1991 ускорительной лаборатории Саскачеванского Университета, Канада на ядре 180.
К 80-м годам границы физики фотоядерных реакций значительно расширились, не будет преувеличением сказать, что началась активная деятельность в физике по экспериментачьному и теоретическому исследованию структуры ядер с изучением их высоковозбужденных коллективных состояний, вышедшей за рамки физики электромагнитных взаимодействий ядер. В экспериментах по изучению МГР стали использоваться самые разные частицы с разными типами взаимодействия с ядрами-нуклоны и легкие ядра, особенно значительна была роль а - частиц, электроны, фотоны, в частности в обратных реакциях, пионы.
С целью надежного определения параметров электрических МГР с L * 0,1,2. в неупругом рассеянии электронов впервые в одном эксперименте были измерены тяжелые ядра: сферическое -l4*Sm и деформированное -l52S/w, чтобы изучить динамику поведения ИсГМР, ИсГКР и, особенно ввиду' отсутствия достоверной информации. ИвГКР при переходе от сферического к деформированному ядру. Измерения были сделаны на линейном ускорителе с энергией 300 МэВ Университета Тохоку, Япония в области энергий возбуждения 5-35 МэВ при 5 передачах импульса для каждого ядра в интервале 0.38 - 0.64 Jm~' в одном эксперименте, чтобы, уменьшив систематические
ошибки, определить и сравнить параметры МГР с мультипольностью Я(Г) < 2 [12J.
В результате анализа по вибрационной потенциальной модели (B1IM) согласно зависимости формфакторов от передачи импульса были выделены МГР с Х.< 2.
В ядре,4в5т это были ИсГМР при Ех = 15.5 (82/Г1'3), ИсГКР при Ех = 11.6 (61 Алг) и ИвГКР при Ех = 24 (129Л*13) МэВ, с погрешностью в ширине - 7%. В деформированном ядре ,51Srrt наблюдается заметное увеличение ширины ИсГКР и ИвГКР, которые согласно ВГТМ состоят из 3-х компонент каждый, но поскольку расстояние между резонансами меньше их ширины, реального расщепления подобного ИвГДР не наблюдается. Параметры ГМР практически остатись теми же, что в mSm .В результате была дополнена систематика «новых» ГР - изоскалярных квадрупольных и L ~ 0 на основных состояниях ядер и получены новые данные о параметрах ИвГКР.
Впоследствии, в ряде других экспериментов, хотя в меньшей степени, были изучены низкоэнергичные (LEOR) и высокоэнергичные (HEOR) октупольные ИсГР. Реакции с пионами и тяжелыми ионами обнаружили ИвГДР, возбужденные на таких же ИвГДР(т.н. ИвГДР2) или при высоких, более 100 МэВ, возбуждениях ядер[5].
Впервые проведено исследование возбуждения и распада МГР из экспериментов с совпадениями электронов с продуктами реакций - протонами и а -частицами средних ядер 58,60М,1м7м. Аначиз был сделан модельно-независимым методом. Определены
15
ИвГДР(£,), сумма Ис(ГКР+ГМР- Е2+ Ео), а для канала а0 отдельно - (£ь Е2, Е0).
Вклад Е1 ГР в канале протонов при передаче импульса </= 0.27 Фм"1 по всему
измеренному интервалу энергий возбуждения ядра 8-25 МэВ 58М составляет (83 ± 2)%, вклад Е2(Е0) - (17± 1)%, ва - канале аналогично: Е1- (70± 3)%, Е2(Е0)-(30± 2)%.
Впервые определена в настоящем эксперименте величина отношения апьфа'протоны для изовекторного дипольного и изоскалярного квадрупольного ГР как в зависимости от энергии возбуждения ядер, так и интегрально, по всей области ИвГДР и ИсГКР. Распределения отношений а I р имеют сложную конфигурацию и отражают различия в форме и структуре сечений обоих ГР.Усредненные по всей измеренной области энергий отношения равны 0.07+0.02 для изовекторного ГДР и 0.11+ 0.03 для изоскалярного Е2(Е0) ГР. Полученный результат опроверг существовавшие представления о доминировании« -распада в Ис.ГКР.
На пучке меченых фотонов ускорителя МАМИ Б в Майнце детектором ДАФНЕ были измерены сечения фотопоглощения ядер'И,гН и уНе в области энергий 200-800 МэВ, сечения парциальных каналов на протоне и отдельных квазисвободных реакций на дейтроне. При подготовке дважды поляризационных экспериментов на МАМИ Б был создан Мсллеровский поляриметр электронов. Затем с поляризованными фотонами и мишенью детектором ДАФНЕ были проведены измерения, анализ которых проводился но оригинальному алгоритму, разработанному ранее.
В Главе 1 представлен, впервые сделанный в ЛФЯР ФИАН, в 60-х годах цикл работ по измерению сечений поглощения у- квантов легкими ядрами методом пропускания пучка тормозного спектра фотонов из ускорителя через « толстый» поглотитель с разрешением по энергии , достаточным для обнаружения « тонкой структуры» ИвГДР.
Методика измерений также впервые была предложена и создана в ЛФЯР ФИАН. Попеременно падающие и прошедшие через поглотитель фотоны регистрировались магнитным спектрометром: сначала одноканальным парным магнитным спектрометром с энергетическим разрешением ~ 100 КэВ для фотонов энергии 20 МэВ, затем для убыстрения набора статистики -многоканальным спектрометром, светосила которого была примерно на порядок выше. Измерения проводились в 1959-1966 гг, анализ- в 1960-1968 гг. В результате впервые получены сечения поглощения у-квантов 8-ю легкими ядрами и двумя средними (55А/и,*6.Ре).
Из сравнения сечений поглощения у-квантов легкими ядрами в области ГДР видно, что во всех ядрах наблюдается структура. Наиболее сильно структурированы сечения (с относительно равными весами резонансов) в четно-четных ядрах, в которых заполненыЬ'с1 - подоболочки(М%, 32 5). У ядер с заполненной подоболочкой ру2 - 2С, магических 160, 40Са, среднего ядра56Ре выделяется основной максимум ГДР, исчерпывающий блльшую часть дипольной суммы. Для легких нечетных ядер характерно наличие относительно плоского распре деления по всей измеренной области, без четко выраженного максимума.
Основной максимум ГДР постепенно уменьшается от энергии ~ 23 МэВ в 2Сдо 18 МэВ в 56.Максимум ГДР легких ядер находится ниже энергии, предсказываемой коллективной моделью ЕГЫ = 80 • А~иг, для ,2С
Впервые показано существование вблизи порога испускания нуклонов низкоэнергичного дипольного резонанса в ядрах с преобладанием числа нейтронов в интервале массовых чисел А = 58-208, имеющего энергетическую зависимость от А
16
равную (52 ±2) Л 1,3 как в коллективной модели ГТ для гигантского дипольного резонанса (где коэффициент равен ~ 80) с шириной Г - 1.5 МэВ и интегральным сечением (1.5- 3.0)% ПС(ТРК).
Припороговые дипольные резонансы, как и фотоядерные реакции в целом, участвуют в расчетах многих процессов в ядерной астрофизике, в частности теории ядерного синтеза, взрывов сверхновых и других приложений астрофизики.
В Главе II изложены результаты измерений упругого и неупругого рассеяния электронов на ядрах |80, Спа1, 27А1. для проверки имеющихся (Спаг), получения новых актуальных данных о размерах ядер и вероятности переходов из изолированных уровней на основные состояния. В эксперименте с изотопом 180(96% ) на линейном ускорителе электронов с максимальной энергией 140 МэВ [199] Саскачеванского Университета, Канада в интервале передач импульса 0.5< я< 1.0 Фм*1. впервые были определены параметры низколежаших уровней 4.45 (Г), 5.09 (3‘), 5.25 (2Ь), и 5.33(0+) МэВ, получено согласие с предсказаниями моделей. На аппаратуре мирового класса, созданной для таких экспериментов в ЛФЯР[206], с большой точностью был найден среднеквадратичный радиус углерода, получены модельно-независимым анализом вероятности переходов 4-х низколежаших уровней 27А1 до 3.00 МэВ, из них два - 0.84 и
1.01 МэВ, впервые.
В Главе III описан, предложенный и сделанный с активным участием автора, эксперимент инклюзивного неупругого рассеяния электронов на изотопах сферического 148$т и деформированного152 Чтобы улучшить качество экспериментальных
данных, была создана и пущена в действие система сжатия энергии, применение которой при заданном энергетическом разрешении пучка электронов (0.13%) увеличило рабочую интенсивность в ~ 15 раз.
Сечения неупругого рассеяния электронов изотопами Бшв интервале энергий возбуждения от5 до 33 МэВ были измерены на ускорителе ЛУ-300 Университета Тохоку, Япония, при начальных энергиях от 150 до 215 МэВ под углами 30°, 355 и 40°. В каждом ядре спектры были получены при 5 передачах импульса в интервале = 0.38 -
0.64 Фм'1.
Для более корректного вычитания радиационных эффектов была использована уточненная формула вычитания радиационного хвоста с конволюцией, оценка погрешности которой составляла -3%. Результаты этой процедуры совпали с хорошей точностью с условием близости к нулю ядерного сечения ниже порога испускания частиц.
Мультипольный анализ был основан на зависимости от переданного импульса форм-факторов, вычисленных по вибрационной потенциальной модели(ВПМ). Теоретическое предположение о 100% ЭВГГС для каждого из исследуемых ГР находится в хорошем согласии с другими экспериментами . Для уменьшения числа фитируемых параметров сечение ИвГДР было взято из фотоядерных реакций, где оно известно с лучшей
точностью, и вычтено из комплекса МГР в соответствии с формфактором, рассчитанным по ВПМ. Интервал передачи импульсов ({ был выбран таким, чтобы ограничиться мультипольностью 1< 2 у исключив из рассмотрения более высокие мультиполи.
В результате анализа были выделены МГР согласно зависимости формфакторов от передачи импульса. В ядре|486>я это были ИсГМР при Ех - 15.5 (82Я*13), ИсГКР при Е* = 11.6 (61/Г13) и ИвГКР при Ех = 24 (129/Г13) МэВ, с погрешностью в ширине ~ 7%.
В деформированном ядре 152Бт наблюдается заметное увеличение ширины ИсГКР и
17
ИвГКР, которые согласно ВПМ состоят из 3-х компонент каждый, но поскольку расстояние между резонансами меньше их ширины, реального расщепления подобного Ив ГДР не наблюдается. Параметры ГМР практически остались теми же, что в и85/и.
Полученные результаты были сравнены с теоретическими предсказаниями и экспериментальными данными, в подавляющем большинстве полученными для изотопов
вт из рассеяния адронов, а также их положение среди аналогичных данных по средним и
тяжелым ядрам. Найдена разница между систематикой для энергии возбуждения максимума ИсГКР из экспериментов с адронами и электронами, в которых энергия из первых примерно на 1 МэВ выше. Для ИсГМР ситуация обратная. Подробно обсуждаются выводы, вытекающие из результатов эксперимента.
В главе IV представлены результаты, выполненного впервые на непрерывном пучке ускорителя МАМИ А Института ядерной физики Университета Майнц, ФРГ по предложенной автором концепции и с его участием, эксперимента на ядрах среднего атомного веса 58,60Ш9и2п с совпадениями рассеянных электронов с продуктами реакций - протонами и альфа - частицами в области энергий возбуждения 8 - 25.5 МэВ. Предложение эксперимента предполагало проведение измерений при минимально возможной передаче импульса - максимуме формфактора ГДР(Е1), чтобы надежно отделить вклад Е1 от других МГР и ограничить их число тремя - Е1, Е2(Т=0), ЕО. Оно было одобрено Программным Комитетом ИЯФ Майнца.
Измерения были сделаны при энергиях электронов 137.3 и 183.4 МэВ и токе 10 - 20 мкА. Мишени, обогащенные до 99,7%, имели толщину 1мг/см2. Рассеянные электроны регистрировались 180 'магнитным спектрометром с двойной фокусировкой под углами
22.6, 30 и 40 град. Минимальный угол 22.6 определялся конструкцией узла вращения спектрометра. Аксептанс по импульсу составлял ~ 7%, телесный угол О - 6 мер. Детектируюшая лестница состояла из 150 пластических сцинтилляторов шириной 3 мм. перекрывающихся на 1 мм и наклоненных под34.5°к нормали плоскости фокусировки. Комбинация совпадений и антисовпадений давала 299 каналов по импульсу. Для лучшего отбора электронов, пришедших непосредственно из мишени и уменьшения фона сзади лестницы, располагались 11 Черенковских счетчиков. Эффективность каналов регулярно измерялась. Энергетическое разрешение спектров электронов составляло ~ 120 КэВ.
Протоны и а - частицы регистрировались АЕ - Е телескопами с активной площадью 150 мм2 под углами Эс, расположенными на гониометре, который был постоянно наклонен под углом фс = 45° относительно плоскости рассеяния. Толщина АЕ счетчика была ~ 70 мк., Е счетчика - 1500 мк. В переднем детекторе АЕ останавливались протоны кинетической энергии до 2.5 МэВ, а - частицы - до 11 МэВ. В детекторе Е -протоны с энергией до 15 МэВ, а - частицы- вплоть до максимальной энергии.
Впервые получено детальное распределение сечений реакций 58,60 №,м1п{е,е'р) по интервалам энергий возбуждения 10-25.5 МэВ шириной 1.5-2.5 МэВ остаточных ядер 57,59Со,63Си .Для изотопов Мсоставлены таблицы величины распада протонов на основное состояние 1/т/2» дырочные СОСТОЯНИЯ 2Р}12,1/т/2 >2$Г/2 >1^3/2 Л^5/2 • Интенсивность переходов на основное и низколежащие(до ~3 МэВ) дырочные состояния 57,59Со составляет - (38±3)% у ядра58Ми - (44±4)% у 60М. Констатируется подобие найденного распределения доли прямого распада со спектроскопическими факторами. С распадом в канал протонов сравниваются реакции (е,е'а) на тех же ядрах. Их
18
характерная особенность - основная доля переходов происходят на основное и первые два возбужденных состояния ядра-остатка.
Мультипольный анализ экспериментальных сечений при трех передачах импульса был впервые сделан модельно-независимым методом, основанным на специальных условиях эксперимента и нескольких естественных приближениях.. В анализ были
включены сечения, измеренные в диапазоне 0.27 < q <0.47 Фм.
Следующие приближения, вытекающие из условий эксперимента, были использованы:
1. Вклад в сечение вносят только электрические продольные мультипольности, поскольку максимальный угол рассеяния электронов не превышал 40° (погрешность -5%).
2. Рассматривается возбуждение только Е0, Е1, Е2 МГР. Чтобы надежно исключить вклад ЕЗ, которого при qi =0.61Фм~\ заметен выше 20 МэВ , эта передача импульса при мультипольном ан&тизе не рассматривалась.
3. Формфакторы не зависят от области энергий возбуждения (~ 10-25 МэВ),
измеряемой в эксперименте, т.е. \\УС1 (со.,я)|2 - а^со,)- (с\)
4. Формфакторы Е2 и Е0 имеют идентичную зависимость от переданного импульса в интервале передач импульса, используемом в эксперименте.
С учетом указанных аппроксимаций экспериментальное дифференциальное сечение было представлено
' — = ■** )/а«= (03>У' 1^'(<?* }|3 + в«'»(й>* > ■ \Р*»п (9* >|2 ’
(&2е. • ао>( <Ту
в данном случае цк = {д]23}.
Формфакторы не были взятьг из моделей, а определены из уравнений, основанных на измеренных данных. При анализе была принята во внимание неоднозначность решения уравнений, вытекающая из зависимости формфакторов.
Вклад Е1 ГР в канале протонов при передаче импульса д- 0.27 Фм'1 по всему
измеренному интервалу энергий возбуждения ядра 58М составляет (83 ±2)%, вклад Е2(Е0) - (17 ± 1)%, в а - канале аналогично: Е1- (70 + 3)%, Е2(Е0)-(30± 2)%.
Впервые определена в настоящем эксперименте величина отношения альфа/протоны для изовекторного дипольного и изоскалярного квадрупольного ГР как в зависимости от энергии возбуждения ядер, так и интегрально, по всей области ИвГДР и ИсГКР. Распределения отношений а / р имеют сложную конфигурацию и отражают различия в форме и структуре сечений обоих ГР.Усредненные по всей измеренной области энергий отношения равны 0.07 ± 0.02 для изовекторного ГДР и 0.11 ± 0.03 для изоскачярного Е2(Е0) ГР. Полученный результат опроверг существовавшие представления о доминировании« -распада в Ис.ГКР.
Модельно-независимое мультипольное разложение сечений впервые было сделано для а0 - канала на ядрах среднего атомного веса 58,60М,'642п> где соотношение нулевых
спинов дает возможность значительно упростить расчетную формулу сечения для трех мультипольностей и положительной четности основных состояний ядер - мишени, остатка и вылетающей а - частицы и разложить вклады строго математически.
Метод, т.н. угловых корреляций, был применен к «0 - распаду на Е0,Е1,Е2 ГР.
Относительные вклады мультипольностей при передаче импульса q- 0.27 Фм составляют: Е1- (66 ± 3)%, Е2- (29.5 ± 2.0)%, Е0-(4.5 ± 1.0)%.
19