Помощь студентам в учебе
ИЗМЕРЕНИЕ КОМПОНЕНТ ТЕНЗОРНОЙ АНАЛИЗИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ ФОТООБРАЗОВАНИЯ %--МЕЗОНА НА ТЕНЗОРНО- ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ДЕЙТРОНАХ
|
Введение 4
Глава 1 Теоретическое описание реакции yd ^ ррк~ 8
1.1 Дейтрон, как источник информации о ЖЖ-взаимодействии . 8
1.2 Кинематика реакции yd ^ ррк- 9
1.3 Связв электро- и фоторождения я-мезонов на дейтроне .... 10
1.4 Амплитуда реакции yd ^ рря- 14
1.5 Анализирующая способности реакции фотообразования я-
мезопов па дейтроне 20
Глава 2 Постановка эксперимента и система регистрации частиц 24
2.1 Ускорителыю-пакопительиый комплекс ВЭПП-3 24
2.2 Поляризованная газовая дейтериевая мишень 25
2.3 Выделение компонент Т20, Т21 и Т22 32
2.4 Общая схема эксперимента 34
2.5 Координатные камеры 36
2.6 Сцинтилляционные детекторы 39
2.7 Набор данных и система считывания в эксперименте 40
Глава 3 Обработка экспериментальных данных 43
3.1 Идентификация частиц 43
3.2 Определение энергии протонов в нижнем плече 43
3.3 Определение координат вылета протонов в нижнем плече . . 52
3.4 Определение энергии протонов в верхнем плече 55
3.5 Определение углов вылета протонов в верхнем плече 57
Глава 4 Получение и обсуждение экспериментальных резуль
татов 58
4.1 Расчет компонент тензорной анализирующей способности . . 58
4.2 Моделирование фоторождения я--мезонов на дейтроне .... 59
4.3 Результаты экспериментов 62
Заключение 67
Литература 68
Глава 1 Теоретическое описание реакции yd ^ ррк~ 8
1.1 Дейтрон, как источник информации о ЖЖ-взаимодействии . 8
1.2 Кинематика реакции yd ^ ррк- 9
1.3 Связв электро- и фоторождения я-мезонов на дейтроне .... 10
1.4 Амплитуда реакции yd ^ рря- 14
1.5 Анализирующая способности реакции фотообразования я-
мезопов па дейтроне 20
Глава 2 Постановка эксперимента и система регистрации частиц 24
2.1 Ускорителыю-пакопительиый комплекс ВЭПП-3 24
2.2 Поляризованная газовая дейтериевая мишень 25
2.3 Выделение компонент Т20, Т21 и Т22 32
2.4 Общая схема эксперимента 34
2.5 Координатные камеры 36
2.6 Сцинтилляционные детекторы 39
2.7 Набор данных и система считывания в эксперименте 40
Глава 3 Обработка экспериментальных данных 43
3.1 Идентификация частиц 43
3.2 Определение энергии протонов в нижнем плече 43
3.3 Определение координат вылета протонов в нижнем плече . . 52
3.4 Определение энергии протонов в верхнем плече 55
3.5 Определение углов вылета протонов в верхнем плече 57
Глава 4 Получение и обсуждение экспериментальных резуль
татов 58
4.1 Расчет компонент тензорной анализирующей способности . . 58
4.2 Моделирование фоторождения я--мезонов на дейтроне .... 59
4.3 Результаты экспериментов 62
Заключение 67
Литература 68
Актуальность работы. Процессы фотообразования ^--мезонов на ядрах и нуклонах как реальными, так и виртуальными у-квантами исследуются с 1950-х годов. Фотонвх средних энергий свободно проникают в ядро и могут вза- имодействоватв как с нуклонами, так и со связаннвхми парами нуклонов.
Дейтрон является самой простой ядерной системой и его исполвзование в качестве мишени позволяет извлекатв уникалвную информацию об образовании пионов на нуклоне, находящемся вне массовой поверхности, о AN- взаимодействии и роли ненуклоннвхх степеней свободах без привлечения менее надежных ядерных моделей, которые становятся неизбежными в случае более тяжелых ядер.
В настоящее время экспериментально исследуются как неполяризационные, так и поляризационные наблюдаемые величины. Неполяризационные наблюдаемые представляют из себя поперечные сечения реакции (дифференциальные или полные), усредненные по спиральностям начальных частиц и просуммированные по спиральностям конечных частиц. Поляризационные наблюдаемые представляют из себя квадратичные формы различных комбинаций действительных и мнимых частей амплитуды реакции. Неполяризационные наблюдаемые выражаются суммой квадратов амплитуд реакции. Поэтому, при исследовании в процессах фотообразования я--мезонов таких эффектов, как вклады обменных токов, возбуждение нуклонных резонансов, AN-взаимодействие, поляризационные наблюдаемые могут быть более предпочтительными.
Известно, что квантовая хромодинамика (КХД) не описывает адронные и фотомезонные процессы в области низких и средних энергий. В этой области хорошо работают феноменологические модели, в которых процессы сильного взаимодействия описываются в терминах эффективных степеней свободы (мезонные, нуклонные, изобарные и т.д.). Модели основаны на формальном описании процессов сильного взаимодействия с помощью эффективных степеней свободы.
Первые экспериментальные исследования неполяризационных наблюдаемых в процессах фотообразования пионов были выполнены на синхротронах и линейных ускорителях. Основной объем полученной информации составили данные, полученные в реакциях yd ^ дрл“ и yd ^ ппя+ [1,2]. Впервые экспериментальное измерение асимметрии дифференциального сечения фото- образовапия пионов было выполнено па липейпо-поляризоваппом пучке фотонов [3]. В 1985 году па накопителе ВЭПП-2 в ИЯФ СО РАН были проведены первые исследования реакций упругого и пеупругого рассеяния электронов па тепзорпо-поляризоваппых дейтронах [4,5]. В этих экспериментах был применен метод внутренней сверхтонкой мишени [6].
Описание процесса фоторождения я “-мезона на дейтроне требует 12 комплексных амплитуд. Наблюдаемые величины являются квадратичными формами, в которые входят комбинации из действительных и мнимых частей двенадцати комплексных амплитуд. Для получения полной информации о процессе необходимо измерить двадцать три различных независимых наблюдаемых. В число таких независимых наблюдаемых обязательно входят несколько величии, связанных с тензорной поляризацией дейтериевой мишени.
Различные теоретические модели дают полную информацию о матрице рассеяния, однако при расчете дифференциального сечения все эти теоретические модели дают близкие результаты, поскольку вклады малых элементов матрицы рассеяния пренебрежимо малы по сравнению с большими. Поэтому возникает необходимость измерять такие наблюдаемые, в которых заметен вклад от малых элементов матрицы рассеяния. Одними из таких наблюдаемых являются компоненты тензорной анализирующей способности.
Первые измерения Т20и ТД-компонент тензорной анализирующей способности фотообразования я“-мезонов на дейтроне были выполнены в ИЯФ СО РАН им. Г.И. Будкера в 1992 г. па ускорителыю-пакопителыюм комплексе ВЭПП-3. В том эксперименте удалось выделить около 1000 событий исследуемой реакции [7,8].
Целью данной работы являлось измерение компонент тензорной анализирующей способности Т20 Т21 и Т22 реакции фотообразования я“-мезонов на дейтронах.
В диссертационной работе приводится теоретическое описание фоторождения я“-мезона на дейтроне, показана связь электро- и фоторождения пионов. Расчет амплитуды фоторождепия осуществлялся в импульсном приближении с учетом nN И NN взаимодействия в конечном состоянии. Приводится описание накопителвного комплекса ВЭПП-3, источника поляризованных атомов, внутренней тензорно-поляризованная газовой мишени. Показана методика экспери- менталвного выделения компонент Т2о, Т21 и Т22 тензорной анализирующей способности. Приведено описание эксперименталвного оборудования, системах сбора и накопления данных. Описан процесс обработки экспериментальных данных. Приведена методика идентификации, определения энергии и углов вылета частиц. Описана энергетическая калибровка детектора. Приведены результаты экспериментальных измерений, представлено описание теоретического моделирования реакции фотобразования я--мезонов на дейтроне, проведено сравнение экспериментальных результатов с теоретическим предсказанием.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Из общего массива накопленных экспериментаных данных выделить события, соответствующие реакции yd ^ рр^~.
2. Получить энергии и углы вылета протонов, восстановить полную кинематику событий реакции yd ^ рр^~.
3. Получить зависимости экспериментально измеренных асимметрий от различных кинематических переменных.
Научная новизна диссертационной работы:
1. Впервые экспериментально измерена Т21-компонента тензорной анализирующей способности реакции yd ^ ррк- в диапазоне полярных углов вылета протонов 0Р12 = 50° У 90° и в диапазоне энергий протонов Е1,2 = (50 У 200) МэВ;
2. Выполнены более точные измерения Тэд- и Т22-компонент тензорной анализирующей способности реакции yd ^ рря- в диапазоне полярных углов вылета протонов 0Р12 = 50° У 90° и в диапазоне энергий протонов Е1,2 = (50 У 200) МэВ.
На защиту выносятся:
1. Результаты измерения Т20-, Т21- и Т22-компонент тензорной анализирующей способности реакции yd ^ рря- как функции энергии y-кванта и инвариантной массы ря-системы;
2. Метод выделения событий реакции yd ^ ррк- из экспериментальных данных, основанный на анализе ионизационных потерь протонов в сцинтилляторах и время-пролетной методике;
3. Метод восстановления кинематических переменных событий реакции yd ^ УУ~ ■ основанный на определении энергии протонов по времени пролета и анализе световыходов с разных слоев сцинтилляционных детекторов.
Публикации:
Основное содержание диссертационной работы отражено в семи печатных работах, в том числе в четырёх научных статьях и трёх
Дейтрон является самой простой ядерной системой и его исполвзование в качестве мишени позволяет извлекатв уникалвную информацию об образовании пионов на нуклоне, находящемся вне массовой поверхности, о AN- взаимодействии и роли ненуклоннвхх степеней свободах без привлечения менее надежных ядерных моделей, которые становятся неизбежными в случае более тяжелых ядер.
В настоящее время экспериментально исследуются как неполяризационные, так и поляризационные наблюдаемые величины. Неполяризационные наблюдаемые представляют из себя поперечные сечения реакции (дифференциальные или полные), усредненные по спиральностям начальных частиц и просуммированные по спиральностям конечных частиц. Поляризационные наблюдаемые представляют из себя квадратичные формы различных комбинаций действительных и мнимых частей амплитуды реакции. Неполяризационные наблюдаемые выражаются суммой квадратов амплитуд реакции. Поэтому, при исследовании в процессах фотообразования я--мезонов таких эффектов, как вклады обменных токов, возбуждение нуклонных резонансов, AN-взаимодействие, поляризационные наблюдаемые могут быть более предпочтительными.
Известно, что квантовая хромодинамика (КХД) не описывает адронные и фотомезонные процессы в области низких и средних энергий. В этой области хорошо работают феноменологические модели, в которых процессы сильного взаимодействия описываются в терминах эффективных степеней свободы (мезонные, нуклонные, изобарные и т.д.). Модели основаны на формальном описании процессов сильного взаимодействия с помощью эффективных степеней свободы.
Первые экспериментальные исследования неполяризационных наблюдаемых в процессах фотообразования пионов были выполнены на синхротронах и линейных ускорителях. Основной объем полученной информации составили данные, полученные в реакциях yd ^ дрл“ и yd ^ ппя+ [1,2]. Впервые экспериментальное измерение асимметрии дифференциального сечения фото- образовапия пионов было выполнено па липейпо-поляризоваппом пучке фотонов [3]. В 1985 году па накопителе ВЭПП-2 в ИЯФ СО РАН были проведены первые исследования реакций упругого и пеупругого рассеяния электронов па тепзорпо-поляризоваппых дейтронах [4,5]. В этих экспериментах был применен метод внутренней сверхтонкой мишени [6].
Описание процесса фоторождения я “-мезона на дейтроне требует 12 комплексных амплитуд. Наблюдаемые величины являются квадратичными формами, в которые входят комбинации из действительных и мнимых частей двенадцати комплексных амплитуд. Для получения полной информации о процессе необходимо измерить двадцать три различных независимых наблюдаемых. В число таких независимых наблюдаемых обязательно входят несколько величии, связанных с тензорной поляризацией дейтериевой мишени.
Различные теоретические модели дают полную информацию о матрице рассеяния, однако при расчете дифференциального сечения все эти теоретические модели дают близкие результаты, поскольку вклады малых элементов матрицы рассеяния пренебрежимо малы по сравнению с большими. Поэтому возникает необходимость измерять такие наблюдаемые, в которых заметен вклад от малых элементов матрицы рассеяния. Одними из таких наблюдаемых являются компоненты тензорной анализирующей способности.
Первые измерения Т20и ТД-компонент тензорной анализирующей способности фотообразования я“-мезонов на дейтроне были выполнены в ИЯФ СО РАН им. Г.И. Будкера в 1992 г. па ускорителыю-пакопителыюм комплексе ВЭПП-3. В том эксперименте удалось выделить около 1000 событий исследуемой реакции [7,8].
Целью данной работы являлось измерение компонент тензорной анализирующей способности Т20 Т21 и Т22 реакции фотообразования я“-мезонов на дейтронах.
В диссертационной работе приводится теоретическое описание фоторождения я“-мезона на дейтроне, показана связь электро- и фоторождения пионов. Расчет амплитуды фоторождепия осуществлялся в импульсном приближении с учетом nN И NN взаимодействия в конечном состоянии. Приводится описание накопителвного комплекса ВЭПП-3, источника поляризованных атомов, внутренней тензорно-поляризованная газовой мишени. Показана методика экспери- менталвного выделения компонент Т2о, Т21 и Т22 тензорной анализирующей способности. Приведено описание эксперименталвного оборудования, системах сбора и накопления данных. Описан процесс обработки экспериментальных данных. Приведена методика идентификации, определения энергии и углов вылета частиц. Описана энергетическая калибровка детектора. Приведены результаты экспериментальных измерений, представлено описание теоретического моделирования реакции фотобразования я--мезонов на дейтроне, проведено сравнение экспериментальных результатов с теоретическим предсказанием.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
1. Из общего массива накопленных экспериментаных данных выделить события, соответствующие реакции yd ^ рр^~.
2. Получить энергии и углы вылета протонов, восстановить полную кинематику событий реакции yd ^ рр^~.
3. Получить зависимости экспериментально измеренных асимметрий от различных кинематических переменных.
Научная новизна диссертационной работы:
1. Впервые экспериментально измерена Т21-компонента тензорной анализирующей способности реакции yd ^ ррк- в диапазоне полярных углов вылета протонов 0Р12 = 50° У 90° и в диапазоне энергий протонов Е1,2 = (50 У 200) МэВ;
2. Выполнены более точные измерения Тэд- и Т22-компонент тензорной анализирующей способности реакции yd ^ рря- в диапазоне полярных углов вылета протонов 0Р12 = 50° У 90° и в диапазоне энергий протонов Е1,2 = (50 У 200) МэВ.
На защиту выносятся:
1. Результаты измерения Т20-, Т21- и Т22-компонент тензорной анализирующей способности реакции yd ^ рря- как функции энергии y-кванта и инвариантной массы ря-системы;
2. Метод выделения событий реакции yd ^ ррк- из экспериментальных данных, основанный на анализе ионизационных потерь протонов в сцинтилляторах и время-пролетной методике;
3. Метод восстановления кинематических переменных событий реакции yd ^ УУ~ ■ основанный на определении энергии протонов по времени пролета и анализе световыходов с разных слоев сцинтилляционных детекторов.
Публикации:
Основное содержание диссертационной работы отражено в семи печатных работах, в том числе в четырёх научных статьях и трёх
Основные результаты данной диссертационной работы:
• Измерены T2Q-, ТД- и Т22- компоненты тензорной анализирующей способности реакции yd ^ уут в диапазоне полярных углов вылета протонов dP12 = 50° ^ 90° и в диапазоне энергий протонов Е1,2 = 50 МэВ ^ 200 МэВ;
• Разработан программный комплекс для обработки экспериментальных данных и восстановления кинематических переменных зарегистрированных событий;
• Проведено сравнение результатов эксперимента с теоретическими расчетами, выполненными как с учетом перерассеяния в конечном состоянии (полная амплитуда), так и без этого учета. Из сравнения видно, что результаты эксперимента качественно согласуется с теоретическими расчетами с полной амплитудой.
В заключении хочется выразить особую благодарность безвременно ушедшему из жизни Александру Витальевичу Осипову за его неоценимую помощь а также Дмитрию Митрофановичу Николенко и Игорю Анатольевичу Рачеку.
Я благодарен своему научному руководителю, Юрий Юрьевичу Крючкову, сотрудникам лаборатории >10 ФТИ НИ ТПУ и коллективу группы “ДЕЙТОН” за многочисленные советы, помощь и поддержку.
• Измерены T2Q-, ТД- и Т22- компоненты тензорной анализирующей способности реакции yd ^ уут в диапазоне полярных углов вылета протонов dP12 = 50° ^ 90° и в диапазоне энергий протонов Е1,2 = 50 МэВ ^ 200 МэВ;
• Разработан программный комплекс для обработки экспериментальных данных и восстановления кинематических переменных зарегистрированных событий;
• Проведено сравнение результатов эксперимента с теоретическими расчетами, выполненными как с учетом перерассеяния в конечном состоянии (полная амплитуда), так и без этого учета. Из сравнения видно, что результаты эксперимента качественно согласуется с теоретическими расчетами с полной амплитудой.
В заключении хочется выразить особую благодарность безвременно ушедшему из жизни Александру Витальевичу Осипову за его неоценимую помощь а также Дмитрию Митрофановичу Николенко и Игорю Анатольевичу Рачеку.
Я благодарен своему научному руководителю, Юрий Юрьевичу Крючкову, сотрудникам лаборатории >10 ФТИ НИ ТПУ и коллективу группы “ДЕЙТОН” за многочисленные советы, помощь и поддержку.
