научная статья по теме ПРОЗРАЧНОСТЬ АТОМНЫХ ЯДЕР И ДЛИНА СВОБОДНОГО ПРОБЕГА ПРОТОНА И ПИОНОВ В ЯДЕРНОЙ МАТЕРИИ ПРИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ Физика

Текст научной статьи на тему «ПРОЗРАЧНОСТЬ АТОМНЫХ ЯДЕР И ДЛИНА СВОБОДНОГО ПРОБЕГА ПРОТОНА И ПИОНОВ В ЯДЕРНОЙ МАТЕРИИ ПРИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ»

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ

ПРОЗРАЧНОСТЬ АТОМНЫХ ЯДЕР И ДЛИНА СВОБОДНОГО ПРОБЕГА ПРОТОНА И ПИОНОВ В ЯДЕРНОЙ МАТЕРИИ ПРИ ПРОМЕЖУТОЧНОЙ ЭНЕРГИИ

Научно-исследовательский институт ядерной физики при Томском политехническом университете, Россия Поступила в редакцию 02.04.2003 г.; после доработки 29.09.2003 г.

Во второй резонансной области энергии фотонов измерены дифференциальные выходы нейтральных и заряженных пионов в реакции пр) на ядрах Li, C и Al в зависимости от энергии протона и азимутального угла вылета пиона. Экспериментальные данные анализируются в рамках модели, включающей одиночное и парное квазисвободное фотообразование пионов. В результате получены энергетические зависимости длины свободного пробега протона, нейтральных и заряженных пионов и оценена прозрачность ядер.

Для интерпретации многих ядерных реакций необходимо знание таких характеристик атомного ядра, как ядерная прозрачность и длина свободного пробега при распространении в ядре нуклонов, пионов и других быстрых частиц. В последнее время этим характеристикам ядра уделяется повышенное внимание. Это обусловлено двумя причинами. Первая связана с предсказанием авторами работ [1,2] явления, названного цветовой прозрачностью, согласно которому при больших квадратах модуля переданного 4-импульса (Q2) ядерная прозрачность может существенно увеличиться в результате образования малого цветонейтрально-го объекта, взаимодействующего с окружающими его нуклонами в ядре с меньшей вероятностью. Для экспериментального наблюдения этого явления необходимо с хорошей точностью знать обычную ядерную прозрачность при небольших Q2.

Вторая причина повышенного внимания к вопросу о ядерной прозрачности и длине свободного пробега частиц связана с интенсивно ведущимся в настоящее время изучением ион-ионных столкновений. Сведения о длине свободного пробега нуклонов в ядре необходимы в этом случае для оценки числа нуклон-нуклонных столкновений. Пионы, образующиеся в результате ион-ионных столкновений, используются в этих исследованиях как чувствительный зонд, несущий информацию о динамике реакции. Поэтому для правильной интерпретации экспериментальных данных необходимо

знать длину свободного пробега пиона, определяющую степень изменения потока пионов в результате поглощения их ядерной материей [3, 4].

Ядерная прозрачность определяется обычно как отношение измеренного сечения к теоретическому, в котором не учитывается взаимодействие в конечном состоянии [5]. Определенная таким образом прозрачность является величиной интегральной и, как правило, усредненной в некоторой части фазового объема реакции, и поэтому использование полученной информации о взаимодействии в конечном состоянии при анализе иной реакции часто оказывается невозможным. Большей универсальностью обладают результаты измерения длины свободного пробега частицы в ядре. Результаты оценки длины свободного пробега частицы, основанные на данных одной реакции, могут использоваться в микроскопических расчетах сечений других реакций с участием этой частицы.

При экспериментальном определении длины свободного пробега частиц в ядре результаты анализа обладают меньшей модельной зависимостью, если они основаны на данных измерений зависимости выхода реакции от атомного номера ядра-мишени. При этом существенно важным является четкое определение механизма реакции. Последнее требование при промежуточных энергиях трудно выполнить, если в эксперименте регистрируется только одна частица. При оценке, например, длины свободного пробега нейтрального пиона в ядрах на основе данных квазисвободного фотообразования пионов неконтролируемый вклад упругого канала с квадратичной зависимостью сечения от массового числа ядра-мишени может существенно исказить результаты анализа. В этом

отношении наиболее перспективны эксперименты, обеспечивающие идентификацию квазисвободного механизма реакции путем регистрации двух частиц: рассеянной или вновь образованной частицы и нуклона отдачи.

Измерение зависимости сечения ядерной реакции от атомного номера ядра-мишени — широко распространенный способ изучения взаимодействия в конечном состоянии. Сложность использования этого метода в случае квазисвободного фотообразования пионов в реакции (7, пр) состоит в наличии двух сильновзаимодействующих частиц, и поэтому до последнего времени он не был реализован в полной мере. В настоящей работе длина свободного пробега протона, нейтрального и заряженных пионов впервые оценивается на основе ^-зависимости выхода пион-протонных пар. Данные эксперимента анализируются в рамках модели, включающей процессы одиночного и парного квазисвободного фотообразования пионов. Раздел 2 статьи содержит краткое описание процедуры измерения. В разд. 3 приведена теоретическая модель, используемая для объяснения результатов измерения, а в разд. 4 — описание алгоритма программы извлечения из экспериментальных данных информации о длине свободного пробега частиц. Результаты оценки длины свободного пробега и прозрачности ядер обсуждаются в разд. 5 и 6.

2. ПРОЦЕДУРА ИЗМЕРЕНИЯ

Эксперимент выполнен на тормозном пучке фотонов Томского синхротрона. Фотонный пучок был образован торможением электронов, ускоренных до энергии 900 МэВ, на внутренней танталовой мишени ускорителя толщиной 0.07 рад. ед. В качестве ядерных мишеней использовались пластины лития, углерода и алюминия естественного изотопного состава с толщиной по пучку фотонов, равной 6.95 х 1022 , 4.27 х 1022 и 1.27 х 1022 ядер/см2 соответственно. Экспериментальная установка имела три канала регистрации: протонный канал и каналы регистрации нейтрального и заряженного пионов. Два последних канала были расположены на одной оси. Протонный канал представлял собой сцинтилляционный времяпролетный спектрометр. Нейтральные пионы регистрировались по одному распадному 7-кванту с помощью черенковского 7-спектрометра полного поглощения, а заряженные пионы — двумя сцинтилляционными счетчиками. Детальное описание экспериментальной установки и процедуры измерения содержатся в работе [6].

В эксперименте не идентифицировалось зарядовое состояние заряженного пиона. Однако, как

следует из теоретических оценок, выход заряженных пионов в реакции (7, пр) в данной кинематической области на ^80% обусловлен образованием отрицательных пионов. Поэтому в дальнейшем величины, имеющие отношение к нейтральным и заряженным пионам, будут обозначаться соответственно индексами "0" "—".

В результате эксперимента измерены дифференциальные выходы нейтральных и заряженных пионов с эмиссией протона при взаимодействии фотонов с ядрами C, Li и Al в зависимости от энергии протона Tp и азимутального угла вылета пиона фп.

Интервал энергии регистрируемых в эксперименте протонов составлял 140—280 МэВ. Полярные углы вылета протона и пиона были равны 41° и 61° соответственно. Азимутальный угол протона был постоянным и равен 180°, а пиона изменялся в диапазоне 0°—50° с шагом 10°. При азимутальном угле фп = 0° импульсы первичного фотона p7, регистрируемого пиона рп и протона pp расположены в одной плоскости.

Измеряемый в эксперименте выход d3YfdEpdQpdQn связан с дифференциальным сечением d3a/dEpdQpdQn реакции (7, пр) следу-

Здесь Е1 и Ер — энергия фотона и полная энергия протона; Етах — максимальная энергия тормозного излучения; / (Е1) — спектр тормозного излучения, нормированный соотношением

У f (EY )EY dEY = Em

Результаты измерения дифференциального выхода фотообразования пион-протонных пар на ядрах Ы и А1 приведены в табл. 1—4. Данные, полученные на ядре С, опубликованы в [6].

3. МОДЕЛЬ ФОТООБРАЗОВАНИЯ ПИОН-ПРОТОННЫХ ПАР

Во второй резонансной области энергии фотонов доминирующими каналами образования пион-протонных пар на ядрах являются две реакции одиночного фотообразования пионов

и три реакции фотообразования двух пионов

Таблица 1. Дифференциальный выход ¿3Упо/¿ЕрСО,рСО,п фотообразования нейтральных пионов в реакции 7Li(Y, пр) в зависимости от кинетической энергии протона Тр и азимутального угла вылета пиона фп (размерность — 10-32 см2/(МэВ ср2))

Тр, МэВ Фтт, град

0 10 20 30 40 50

150 24.5 ±2.7 18.5 ±2.7 12.3 ±2.0 9.5 ±2.2 4.0 ± 1.2 3.0 ± 1.0

170 21.8 ±2.7 14.2 ±2.4 7.9 ± 1.6 5.2 ± 1.6 5.0 ± 1.4 1.0 ± 1.0

190 18.2 ±2.5 11.6 ± 2.1 7.0 ± 1.5 3.2 ± 1.3 1.5 ±0.8 2.6 ± 1.0

210 15.2 ±2.1 13.3 ±2.4 5.1 ± 1.3 2.8 ± 1.2 2.1 ±0.9 1.4 ± 1.0

230 11.6± 1.8 7.7 ±2.0 4.6 ± 1.2 5.0 ± 1.6 2.2 ±0.9 0.3 ± 1.0

250 7.6 ±2.1 8.4 ±2.0 5.4 ± 1.3 1.3 ±0.8 2.8 ± 1.0 1.0 ± 1.0

270 7.8 ±2.2 5.8 ±2.0 2.6 ±0.9 1.8 ± 1.0 1.7 ± 0.8 0.6 ± 1.2

Таблица 2. Дифференциальный выход ¿3УП-/¿ЕрСО,рСО,п фотообразования заряженных пионов в реакции 7Li(Y, пр) в зависимости от кинетической энергии протона Тр и азимутального угла вылета пиона фп (размерность — 10-32 см2/(МэВ ср2))

Тр, МэВ Фтт, ТРЭД

0 10 20 30 40 50

150 37.9 ±5.0 25.4 ±4.1 24.2 ±2.7 11.6 ±2.4 7.1 ± 1.7 6.4 ± 1.4

170 38.4 ±4.5 30.5 ±3.6 22.1 ±2.6 11.8 ±2.4 7.1 ± 1.7 4.3 ± 1.2

190 35.7 ±3.2 30.0 ±3.3 11.7 ± 2.6 7.5 ± 1.9 4.4 ± 1.7 5.0 ± 1.2

210 32.2 ±3.0 22.4 ±2.9 11.0± 1.8 6.6 ± 1.8 6.8 ± 1.6 1.9 ± 1.0

230 27.3 ±3.3 17.5 ±2.6 7.5 ± 1.5 5.4 ± 1.6 3.0 ± 1.5 2.1 ± 1.0

250 20.0 ±2.3 14.7 ±2.6 7.4 ± 1.5 2.2 ± 1.5 3.1 ± 1.5 2.2 ± 1.0

270 12.6 ± 1.9 7.9 ±2.3 4.9 ± 1.2 3.7 ± 1.5 3.7 ± 1.5 1.9 ±0.8

сопровождающиеся эмиссией протона.

В основу модели образования пион-протонных пар на ядрах, которая использовалась при анализе экспериментальных данных, положены результаты работ [6—8]. Основными компонентами модели являются:

импульсное приближение, оболочечная модель ядра,

оптическая модель взаимодействия в конечном состоянии.

Достаточно большая величина нижней границы диапазона энергии регистрируемых в эксперименте протонов и выбранное расположение протонного и пионных каналов установки относительно пучка фотонов обеспечивали условие для того, чтобы доминирующим механизмом образования пион-протонных п

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Пoхожие научные работы по теме «Физика»

АЧАСОВ M.H., БАРНЯКОВ А.Ю., БЕЛОБОРОДОЕ К.И., БЕРДЮГИН A.B., БЕРКАЕВ Д.Е., БОГДАНЧИКОВ А.Г., БОТОВ A.A., БУКИН Д.А., ВАСИЛЬЕВ A.B., ГОЛУБЕВ В.Б., ДИМОВА Т.В., ДРУЖИНИН В.П., ЗЕМЛЯНСКИЙ И.М., КАРДАПОЛЬЦЕВ Л.В., КОВРИЖИН Д.П., КООП И.А., КОРОЛЬ A.A., КОШУБА C.B., МАРТИН К.А., ОБРАЗОВАНИЙ А.Е., ПАХТУСОВА Е.В., РОГОВСКИЙ Ю.А., РОМАНОВ А.Л., СЕРЕДНЯКОВ С.И., СИЛАГАДЗЕ З.К., СКОВПЕНЬ К.Ю., СКРИНСКИЙ А.Н., СУРИН И.К., ТИХОНОВ Ю.А., УСОВ Ю.В., ХАРЛАМОВ А.Г., ШАТУНОВ П.Ю., ШАТУНОВ Ю.М., ШВАРЦ Д.Б., ШТОЛЬ Д.А. — 2011 г.

БЫСТРИЦКИЙ В.М., БЫСТРИЦКИЙ ВИТ. М., ГАЖИ Ш., ГУРАН Й., ДУДКИН Г.Н., МЕСЯЦ Г.А., НЕЧАЕВ Б.А., ПАДАЛКО В.Н., ПАРЖИЦКИЙ С.С., ПЕНЬКОВ Ф.М., ТУЛЕУШЕВ Ю.Ж., ФИЛИПОВИЧ М., ФИЛИППОВ А.В. — 2014 г.

АГАРОНЯН Ф.А., КЕЛЬНЕР С.Р., ХАНГУЛЯН Д.В. — 2004 г.

АНИПКО Д.А., ГИНЗБУРГ И.Ф., ПАК А.В. — 2004 г.

ВАСЕНКО А.А., ГАЛАНИНА Н.Д., ГУСЕВ К.Е., ДЕМИДОВ В.С., ДЕМИДОВА Е.В., КИРПИЧНИКОВ И.В., КУЗНЕЦОВ В.А., ПАВЛОВ Б.Н., СОКОЛОВ А.Ю., СТАРОСТИН А.С., ХАЛДЕЕВА Н.А. — 2004 г.

📎📎📎📎📎📎📎📎📎📎