Помощь студентам в учебе
ИЗМЕРЕНИЕ ТЕНЗОРНОЙ ДНА ЛИЗИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ РЕАКЦИИ НЕКОГЕРЕНТНОГО ФОТОРОЖДЕНИЯ НЕЙТРАЛЬНОГО ПИОНА НА .ДЕЙТРОНЕ
|
Введение
Глава 1 Обзор реакции yd ^ рпк0
1.1 Кинематика реакции yd ^ рпя0
1.2 Теоретическое описание реакции yd ^ рщ-0
1.3 Экспериментальное извлечение компонент Т20, Т21 и Т22 . . . 13
Глава 2 Постановка эксперимента 15
2.1 Ускорителыю-пакопительпый комплекс ВЭПП-3 15
2.2 Поляризованная газовая дейтериевая мишень 16
2.3 Общая схема эксперимента 23
2.4 Дрейфовые камеры 23
2.5 Сцинтилляторы для регистрации протонов и нейтронов .... 28
Глава 3 Анализ экспериментальных данных 29
3.1 Идентификация частиц 29
3.2 Восстановление энергии протонов 32
3.3 Определение энергии и углов вылета нейтронов 35
3.4 Разделение процессов yd ^ рп и yd ^ рп^° 38
3.5 Оценка доли неотделимого фона реакций yd ^ рп^0^0 и
yd ^ рпя+я-
Глава 4 Получение и обсуждение результатов эксперимента ... 42
4.1 Расчет компонент тензорной анализирующей способности . . 42
4.2 Статистическое моделирование реакции yd ^ рп^0 43
4.3 Сравнение полученных результатов с теоретическими расчетами 46
Заключение 53
Литература 54
Глава 1 Обзор реакции yd ^ рпк0
1.1 Кинематика реакции yd ^ рпя0
1.2 Теоретическое описание реакции yd ^ рщ-0
1.3 Экспериментальное извлечение компонент Т20, Т21 и Т22 . . . 13
Глава 2 Постановка эксперимента 15
2.1 Ускорителыю-пакопительпый комплекс ВЭПП-3 15
2.2 Поляризованная газовая дейтериевая мишень 16
2.3 Общая схема эксперимента 23
2.4 Дрейфовые камеры 23
2.5 Сцинтилляторы для регистрации протонов и нейтронов .... 28
Глава 3 Анализ экспериментальных данных 29
3.1 Идентификация частиц 29
3.2 Восстановление энергии протонов 32
3.3 Определение энергии и углов вылета нейтронов 35
3.4 Разделение процессов yd ^ рп и yd ^ рп^° 38
3.5 Оценка доли неотделимого фона реакций yd ^ рп^0^0 и
yd ^ рпя+я-
Глава 4 Получение и обсуждение результатов эксперимента ... 42
4.1 Расчет компонент тензорной анализирующей способности . . 42
4.2 Статистическое моделирование реакции yd ^ рп^0 43
4.3 Сравнение полученных результатов с теоретическими расчетами 46
Заключение 53
Литература 54
Актуальность работы.
Являясь связанной системой из двух нуклонов, дейтрон представляет из себя простейшую природную лабораторию для изучения электромагнитных свойств нуклонов и пуклоп-пуклоппых взаимодействий. Кроме этого, изучение дейтрона может дать детальную информацию об элементарном пиоп- пуклоппом взаимодействии и позволяет конструировать различные реалистические пуклоп-пуклоппые потенциалы. Использование дейтериевой мишени позволяет получать уникальную информацию об образовании пионов па нуклоне и АА-взаимодействии.
Экспериментальное изучение реакций фоторождепия пионов па дейтроне имеет долгую историю. Первые эксперименты сводились к измерению полных и дифференциальных сечений этих процессов. Однако экспериментальное изучение поляризационных характеристик дает возможность получить более детальную информацию о динамике реакции. Это объясняется тем, что поляризационные наблюдаемые содержат квадратичные интерференционные члены элементов матрицы рассеяния, в отличие от полных и дифференциальных сечений. Наличие интерференционных членов приводит к тому, что поляризационные наблюдаемые чуствительпы к вкладу малых амплитуд матрицы рассеяния.
В настоящее время экспериментальное изучение фотореакций па тепзорпо- поляризоваппой дейтериевой мишени ведется только в ИЯФ СО РАН имени Г.И. Будкера, поскольку единственный экспериментальный подход, позволяющий измерять поляризационные наблюдаемые, связанные с тензорной поляризацией мишени - это метод внутренних мишеней. Этот метод был предложен в ИЯФ им. Будкера и к настоящему времени реализуется только там. Так в работах []- ] были впервые измерены Т20, Т2и Т22 компоненты тензорной анализирующей способности фотодезиптеграции дейтрона. А в серии работ [ -12] экспериментально изучены тензорные поляризационные наблюдаемые для реакции пекогерептпого фоторождепия отрицателыю-заряжепыых пионов па дейтронах.
Теоретические исследования реакций фоторождеиия пионов па дейтроне проводятся па протяжении 60 лет, начиная с ранних работ [1 -15]. Взаимодействия частиц в конечном состоянии реакции (FSI) было исследовано в работах [1( , 17] с использованием диаграммного подхода. Влияние эффектов FSI для фоторождеиия заряженных пионов па дейтроне оказалосв намного меньшим чем для фоторождеиия нейтральных пиопов. В работе [1< ] было достигнуто удовлетворительное согласие с экспериментальными данными для реакции фоторождеиия отрицательных пиопов па дейтроне. Впоследствии в работе [19] хорошее согласие было достигнуто и с экспериментальными данными для реакции фоторождеиия нейтральных пиопов па дейтропе, при этом в работе [ ] был использован оператор фоторождеиия пиона па нуклоне предложенный в работе [1< ]. В работе [ 9] также было исследовано влияние NN и яЖ-перерассеяния па поляризационные наблюдаемые, дающие основной вклад в правило сумм Герасимова-Дрелла-Херна (ГДХ) для npN канала. В работе [ ] для исследования фоторождеиия заряженных пиопов па дейтропе был использован более реалистичный оператор фоторождеиия пиона па нуклоне, полученный из данных мультипольного анализа SAID и MAID, также было учтено NN-перерассеяние в конечном состоянии реакции. Было подтверждено заметное влияние NN- перерассеяпия и получено хорошее согласие с экспериментальными данными. В работе [21] было отмечено заметное влияние ^N-nepepaccenHHH в пороговой кинематической области реакции yd ^ рп'к®. Эффекты FSI для некогерент- пого фоторождеиия пиопов па дейтропе также были изучены в работе [22]. В работе [2: ] было выполнено исследование спиновой асимметрии реакции фо- торождепия пиопов па дейтропе по отношению к циркулярпо-поляризоваппым фотонам и векторпо-поляризоваппым дейтронам. Данные асимметрии дают основной вклад в правило сумм ГДХ. Исследования поляризационных наблюдаемых реакции фоторождеиия пиопов па дейтропе были продолжены в серии работ [24-28]. В работе [ ] были исследованы анализирующие способности реакции по отношению к поляризации фотонного пучка и к поляризации дейтериевой мишени. В работе [2^ ] была рассмотрела двойная (пучок-мишепь) асимметрия реакции фоторождеиия пиопов па дейтропе. В работах [2Z ,25] для описания амплитуды реакции было использовано импульсное приближение. Эффекты, связанные с взаимодействием частиц в конечном состоянии реакции были учтены в работах [2' , !£]. Наиболее полное исследование поляризационных наблюдаемых реакций yd ^ JNN было выполнено в работах [29-32], в которых бв:л использован модифицированный оператор фоторождепия пиона на нуклоне и учтено NN и ^N-перерассеяние в конечном состоянии реакции.
Экспериментальное изучение процесса пекогерептпого фоторождепия нейтральных пионов па дейтроне до недавнего времени сводилось к измерению дифференциального и полного сечений. Так па микротропе в Майнце было измерено полное и дифференциальное сечение этого процесса в области Id < 300 МэВ [3 ] и в области Е7 < 500 МэВ [34].
Цель данной диссертационной работы заключается в экспериментальном изучении компонент тензорной анализирующей способности Т20, Т21 и Т22 реакции некогерентного фотообразования нейтральных я-мезонов на дейтронах.
В Главе 1 приведено теоретическое описание фоторождепия я0-мезона на дейтроне, которое было использовало при моделировании для сравнения с результатами измерений. Подробно изложена методика экспериментального извлечения компонент Т20 Т21 и Т22 тензорной анализирующей способности.
Глава 2 посвящена описанию экспериментальной установки “ДЕЙТРОН”, где была накоплена исследуемая экспериментальная статистика.
В Главе 3 подробно описан процесс анализа накопленной экспериментальной статистики: идентификация событий реакции yd ^ риЕ. восстановление кинетической энергии протонов и нейтронов, оценка неотделимого фона реакций двойного рождения пионов па дейтроне с использованием GEANT4.
В Главе 4 приводятся экспериментальные результаты измерения Т20, Т2-1 и Т22 в зависимости от энергии фотона и инвариантных масс, а также проведено сравнение результатов измерений с результатами статистического моделирования.
Для получения искомого результата были решены следующие задачи:
1. Из накопленной экспериментальной статистики были выделены события, соответствующие реакции yd ^ р/Е. Также была проведена оценка неотделимого фона с использованием программного пакета GEANT4 и генератора фотореакций па дейтроне GENBOS.
2. Для восстановления энергии протонов по ионизацинным потерям была проведена энергетическая калибровка сцинтилляторов, для восстановления энергии нейтронов по времени пролета была проведена калибровка временной шкалы.
3. Проведено статистическое моделирование реакции yd ^ рпя°, полученвх зависимости эксперименталвно измереннвхх асимметрий от энергии фотона и инвариантнвхх масс протон-нейтронной и пион-нуклоннвхх систем.
Научная новизна:
Вперввхе измеренвх Т20, Т21 и Т22 компонентах тензорной анализирующей способности реакции yd ^ рпл0 для Е.'~ = (300 ^ 500) МэВ;
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты измерения Т20~, Т21- и ТД-компонент тензорной анализирующей способности реакции yd ^ рнтЕ0 в зависимости от энергии фотона и инвариантных масс рп- и лЖ-систем;
2. Методика идентификации из накопленной экспериментальной статистики данных, соответствующих реакции yd ^рп'к^}
3. Методика оценки неотделимого фона реакций двойного фоторождения пионов на дейтроне с использованием программного пакета GEANT4 и генератора фотореакций на дейтроне GENBOS;
4. Метод энергетической калибровки сцинтилляторов для регистрации протонов, основанный на моделировании светосбора с использованием формулы Биркса. Моделирование энергетических потерь в слоях сцинтилляционного детектора было проведено с использованием программного пакета GEANT4.
Публикации:
Основные результаты данной диссертационной работы опубликованы в семи печатных работах, в том числе в пяти научных статьях и двух тезисах докладов
Являясь связанной системой из двух нуклонов, дейтрон представляет из себя простейшую природную лабораторию для изучения электромагнитных свойств нуклонов и пуклоп-пуклоппых взаимодействий. Кроме этого, изучение дейтрона может дать детальную информацию об элементарном пиоп- пуклоппом взаимодействии и позволяет конструировать различные реалистические пуклоп-пуклоппые потенциалы. Использование дейтериевой мишени позволяет получать уникальную информацию об образовании пионов па нуклоне и АА-взаимодействии.
Экспериментальное изучение реакций фоторождепия пионов па дейтроне имеет долгую историю. Первые эксперименты сводились к измерению полных и дифференциальных сечений этих процессов. Однако экспериментальное изучение поляризационных характеристик дает возможность получить более детальную информацию о динамике реакции. Это объясняется тем, что поляризационные наблюдаемые содержат квадратичные интерференционные члены элементов матрицы рассеяния, в отличие от полных и дифференциальных сечений. Наличие интерференционных членов приводит к тому, что поляризационные наблюдаемые чуствительпы к вкладу малых амплитуд матрицы рассеяния.
В настоящее время экспериментальное изучение фотореакций па тепзорпо- поляризоваппой дейтериевой мишени ведется только в ИЯФ СО РАН имени Г.И. Будкера, поскольку единственный экспериментальный подход, позволяющий измерять поляризационные наблюдаемые, связанные с тензорной поляризацией мишени - это метод внутренних мишеней. Этот метод был предложен в ИЯФ им. Будкера и к настоящему времени реализуется только там. Так в работах []- ] были впервые измерены Т20, Т2и Т22 компоненты тензорной анализирующей способности фотодезиптеграции дейтрона. А в серии работ [ -12] экспериментально изучены тензорные поляризационные наблюдаемые для реакции пекогерептпого фоторождепия отрицателыю-заряжепыых пионов па дейтронах.
Теоретические исследования реакций фоторождеиия пионов па дейтроне проводятся па протяжении 60 лет, начиная с ранних работ [1 -15]. Взаимодействия частиц в конечном состоянии реакции (FSI) было исследовано в работах [1( , 17] с использованием диаграммного подхода. Влияние эффектов FSI для фоторождеиия заряженных пионов па дейтроне оказалосв намного меньшим чем для фоторождеиия нейтральных пиопов. В работе [1< ] было достигнуто удовлетворительное согласие с экспериментальными данными для реакции фоторождеиия отрицательных пиопов па дейтроне. Впоследствии в работе [19] хорошее согласие было достигнуто и с экспериментальными данными для реакции фоторождеиия нейтральных пиопов па дейтропе, при этом в работе [ ] был использован оператор фоторождеиия пиона па нуклоне предложенный в работе [1< ]. В работе [ 9] также было исследовано влияние NN и яЖ-перерассеяния па поляризационные наблюдаемые, дающие основной вклад в правило сумм Герасимова-Дрелла-Херна (ГДХ) для npN канала. В работе [ ] для исследования фоторождеиия заряженных пиопов па дейтропе был использован более реалистичный оператор фоторождеиия пиона па нуклоне, полученный из данных мультипольного анализа SAID и MAID, также было учтено NN-перерассеяние в конечном состоянии реакции. Было подтверждено заметное влияние NN- перерассеяпия и получено хорошее согласие с экспериментальными данными. В работе [21] было отмечено заметное влияние ^N-nepepaccenHHH в пороговой кинематической области реакции yd ^ рп'к®. Эффекты FSI для некогерент- пого фоторождеиия пиопов па дейтропе также были изучены в работе [22]. В работе [2: ] было выполнено исследование спиновой асимметрии реакции фо- торождепия пиопов па дейтропе по отношению к циркулярпо-поляризоваппым фотонам и векторпо-поляризоваппым дейтронам. Данные асимметрии дают основной вклад в правило сумм ГДХ. Исследования поляризационных наблюдаемых реакции фоторождеиия пиопов па дейтропе были продолжены в серии работ [24-28]. В работе [ ] были исследованы анализирующие способности реакции по отношению к поляризации фотонного пучка и к поляризации дейтериевой мишени. В работе [2^ ] была рассмотрела двойная (пучок-мишепь) асимметрия реакции фоторождеиия пиопов па дейтропе. В работах [2Z ,25] для описания амплитуды реакции было использовано импульсное приближение. Эффекты, связанные с взаимодействием частиц в конечном состоянии реакции были учтены в работах [2' , !£]. Наиболее полное исследование поляризационных наблюдаемых реакций yd ^ JNN было выполнено в работах [29-32], в которых бв:л использован модифицированный оператор фоторождепия пиона на нуклоне и учтено NN и ^N-перерассеяние в конечном состоянии реакции.
Экспериментальное изучение процесса пекогерептпого фоторождепия нейтральных пионов па дейтроне до недавнего времени сводилось к измерению дифференциального и полного сечений. Так па микротропе в Майнце было измерено полное и дифференциальное сечение этого процесса в области Id < 300 МэВ [3 ] и в области Е7 < 500 МэВ [34].
Цель данной диссертационной работы заключается в экспериментальном изучении компонент тензорной анализирующей способности Т20, Т21 и Т22 реакции некогерентного фотообразования нейтральных я-мезонов на дейтронах.
В Главе 1 приведено теоретическое описание фоторождепия я0-мезона на дейтроне, которое было использовало при моделировании для сравнения с результатами измерений. Подробно изложена методика экспериментального извлечения компонент Т20 Т21 и Т22 тензорной анализирующей способности.
Глава 2 посвящена описанию экспериментальной установки “ДЕЙТРОН”, где была накоплена исследуемая экспериментальная статистика.
В Главе 3 подробно описан процесс анализа накопленной экспериментальной статистики: идентификация событий реакции yd ^ риЕ. восстановление кинетической энергии протонов и нейтронов, оценка неотделимого фона реакций двойного рождения пионов па дейтроне с использованием GEANT4.
В Главе 4 приводятся экспериментальные результаты измерения Т20, Т2-1 и Т22 в зависимости от энергии фотона и инвариантных масс, а также проведено сравнение результатов измерений с результатами статистического моделирования.
Для получения искомого результата были решены следующие задачи:
1. Из накопленной экспериментальной статистики были выделены события, соответствующие реакции yd ^ р/Е. Также была проведена оценка неотделимого фона с использованием программного пакета GEANT4 и генератора фотореакций па дейтроне GENBOS.
2. Для восстановления энергии протонов по ионизацинным потерям была проведена энергетическая калибровка сцинтилляторов, для восстановления энергии нейтронов по времени пролета была проведена калибровка временной шкалы.
3. Проведено статистическое моделирование реакции yd ^ рпя°, полученвх зависимости эксперименталвно измереннвхх асимметрий от энергии фотона и инвариантнвхх масс протон-нейтронной и пион-нуклоннвхх систем.
Научная новизна:
Вперввхе измеренвх Т20, Т21 и Т22 компонентах тензорной анализирующей способности реакции yd ^ рпл0 для Е.'~ = (300 ^ 500) МэВ;
Положения, выносимые на защиту:
1. Результаты измерения Т20~, Т21- и ТД-компонент тензорной анализирующей способности реакции yd ^ рнтЕ0 в зависимости от энергии фотона и инвариантных масс рп- и лЖ-систем;
2. Методика идентификации из накопленной экспериментальной статистики данных, соответствующих реакции yd ^рп'к^}
3. Методика оценки неотделимого фона реакций двойного фоторождения пионов на дейтроне с использованием программного пакета GEANT4 и генератора фотореакций на дейтроне GENBOS;
4. Метод энергетической калибровки сцинтилляторов для регистрации протонов, основанный на моделировании светосбора с использованием формулы Биркса. Моделирование энергетических потерь в слоях сцинтилляционного детектора было проведено с использованием программного пакета GEANT4.
Публикации:
Основные результаты данной диссертационной работы опубликованы в семи печатных работах, в том числе в пяти научных статьях и двух тезисах докладов
Использование экспериментальной статистики, накопленной на ускорительно-накопительлном комплексе ВЭПП-3 установки “ДЕЙТРОН”, позволило получить уникальную информацию о тензорных поляризационных наблюдаемых реакции некогерентного фоторождения нейтральных пионов на дейтронах.
Основные результаты диссертационной работы:
• Измерены Т20~, T2i- и Т22- компоненты тензорной анализирующей способности реакции yd ^ рп'к0 в диапазоне полярных углов вылета протонов ()Р. 2 = 50° ^ 90° и энергий фотонов Id = (300 ^ 500) МэВ;
• Проведена обработка экспериментальных данных, позволяющая восстановить кинематику реакции yd ^ рпя0
• Выполнена оценка неотделимого фона реакций двойного фоторождения пионов на дейтроне с использованием программного пакета GEANT4 и генератора фотореакций на дейтроне GENBOS;
• Проведена энергетическая калибровка сцинтилляторов для регистрации протонов, основанная на моделировании светосбора с использованием формулы Биркса. Моделирование энергетических потерь в слоях сцинтилляционного детектора было проведено с использованием программного пакета GEANT4.
• Проведено сравнение результатов эксперимента с теоретическими расчетами. Из сравнения видно, что результаты эксперимента удовлетворительно согласуются с теоретическими расчетами.
Основные результаты диссертационной работы:
• Измерены Т20~, T2i- и Т22- компоненты тензорной анализирующей способности реакции yd ^ рп'к0 в диапазоне полярных углов вылета протонов ()Р. 2 = 50° ^ 90° и энергий фотонов Id = (300 ^ 500) МэВ;
• Проведена обработка экспериментальных данных, позволяющая восстановить кинематику реакции yd ^ рпя0
• Выполнена оценка неотделимого фона реакций двойного фоторождения пионов на дейтроне с использованием программного пакета GEANT4 и генератора фотореакций на дейтроне GENBOS;
• Проведена энергетическая калибровка сцинтилляторов для регистрации протонов, основанная на моделировании светосбора с использованием формулы Биркса. Моделирование энергетических потерь в слоях сцинтилляционного детектора было проведено с использованием программного пакета GEANT4.
• Проведено сравнение результатов эксперимента с теоретическими расчетами. Из сравнения видно, что результаты эксперимента удовлетворительно согласуются с теоретическими расчетами.