Исследование образования кумулятивных протонов в протон-ядерных взаимодействиях в интервале энергии 0,5-2,1 Гэв/нуклон тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.23, кандидат физико-математических наук Хурэлбаатар Бэгзсурэн

• Хурэлбаатар Бэгзсурэн
• кандидат физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Хурэлбаатар Бэгзсурэн

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Глава 1. Рождение релятивистских протонов на ядрах на большие углы

1.1 Постановка задачи

1.2 Модели эмиссии быстрых протонов на большие углы

1.2.1 Модель Амадо - Волошина

1.2.2 Модель прямого выбивания нуклона

1.2.3 Модель коррелированных кластеров

1.2.4 Механизм кратных взаимодействий

1.2.5 Каскадный механизм

1.2.6 Модель фазового пространства

1.3 Заключение (к 1-й главе)

Глава 2. Эксперименты на пучках поляризованных протонов.

2.1 Введение

2.2 Инклюзивные измерения анализирующей способности

2.3 Корреляционный эксперимент

2.3.1 Измерения анализирующей способности в реакции

с/1 +с р + (р,<1) + X при энергии 0.8 ГэВ/нуклон

2.3.2 Электроника и сбор информации

2.3.3 Анализ данных и результаты измерений

2.4 Заключение (к 2-й главе)

Глава 3. Программа расчета внутриядерного каскада в ядро-ядерных взаимодействиях.

3.1 Введение

3.2 Основные физические предложения модели

3.3 Описание поляризованных протонов

3.4 Зависимость сечения от поляризации

3.5 Описание внутриядерных кластерных структуров

Глава 4. Измерение анализирующей способности реакции р | С = рр(д)Х при энергии поляризованных протонов 500 МэВ.

4.1 Введение

4.2 Экспериментальная установка и метод измерения

4.3 Двухчастичные корреляционные спектры

4.4 Кинематика квазиупругих реакций

4.5 Моделирование взаимодействия

поляризованных протонов с ядром

4.6 Измерение анализирующей способности Ау

4.7 Обсуждение результатов

4.8 Заключение (к 4-й главе)

Глава 5. Ядерная прозрачность

5.1 Введение

5.2 Результаты и обсуждения

5.3 Заключение (к 5-й главе)

Глава 6. Кулоновское взаимодействие заряженных пионов в СС- и СТа- взаимодействиях при 4.2 А ГэВ/с

6.1 Введение

6.2 Методика эксперимента

6.3 Экспериментальные результаты

6.4 Заключение (к 6-й главе)

Заключение

Литература

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование образования кумулятивных протонов в протон-ядерных взаимодействиях в интервале энергии 0,5-2,1 Гэв/нуклон»

Введение

В последние годы сформировалось и интенсивно развивается новое направление ядерной физики высоких энергий по исследованию механизма образования быстрых частиц в области, кинематически запрещенной для рассеяния налетающей частицы на свободных нуклонах.

В рамках этой темы проведено большое количество экспериментов и теоретических работ в области малых (Е < 1 ГэВ) и больших (Е > ЗГэВ) энергий. Ставится задача получить новую информацию о структуре ядра и механизме взаимодействия частиц высокой энергии с ядрами, которая полезна и для понимания структуры элементарных частиц.

Эмиссия быстрых протонов назад в протон - ядерных взаимодействиях происходит с образованием ядра отдачи с некоторым импульсом. Возникает важный вопрос: существует ли это ядро отдачи до взаимодействия первичной частицы с высоко - импульсным нуклоном и испусканием последнего, или процесс идёт через многократные столкновения с низкоимпульсными нуклонами ядра?

В области высоких энергий (Е0 < БГэВ) эти процессы называются кумулятивными, а их интерпретация ведется в терминах кварк-партонной структурной функции ядра [4]. При этом из эксперимента получают распределения портонов в ядре ПО продольному и попречному импульсу, /(х,р_|_), X — р\\/р\\,тах- Через функция / выражают сечения в кумулятивной области адрон-ядерных и лептон-ядерных взаимодействий. В области низких энергии нуклоны N принято считать бесструктурными частицами и сводить адрон-ядерные процессы к однократному или многократному N^1-рассеянию с учетом фермиевского движения нуклонов в ядре. В то же время надо иметь в виду тот факт, что модель независимых частиц не учитывает пространственные корреляции нуклонов внутри ядра. Иными словами надо учитывать поведения ядерной материи при малых относительных расстояниях между нуклонами ядра.

Настоящая работа посвящена детальному изучению проблемы эмиссии быстрых протонов назад, механизму их образования.

В работе рассматриваются некоторые модели, предложенные различными авторами, применяемые для описания механизма образования быстрых протонов на больший углы.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В диссертации представлены результаты исследования образования кумулятивных протонов в протон-ядерных взаимодействиях в интервале энергии 0.5 - 2.1 ГэВ/нуклон.

Модифицированная каскадная модель ядро-ядерных взаимодействий дополнена моделированием процессов взаимодействия поляризованных пучков с ядрами, с кластерными структурами в ядрах.

В рамках этой модели показано, что анализирующая способность Ау реакции р | С = рр(с1)Х при энергии поляризованных протонов 500 МэВ в области квазиупругого рр и рс1 рассеяния качественно согласуется с соответствующей величиной для упругого рассеяния. Исследована роль многократных перерассеяний налетающего протона и нуклонов отдачи ядра мишени, а также ферми-движения внутриядерных нуклонов на поведение ядерной прозрачности, наблюдаемой в ВМЬ - эксперименте.

Представлены результаты исследований влияния многозарядных фрагментов ядра-снаряда на образование заряженных пионов с малыми поперечными импульсами. Показано, что существует эффект зарядовой корреляции между этими фрагментами и системами заряженных пионов.

Актуальность проблемы. В последние годы сформировалось и интенсивно развивается новое направление ядерной физики высоких энергий по исследованию механизма образования быстрых частиц в области, кинематически запрещенной для рассеяния налетающей частицы на свободных нуклонах.

В рамках этой темы проведено большое количество экспериментов и теоретических работ. Основная причина, по которой эта проблема остаётся привлекательной, заключается в том, что простые расчёты с однократным рассеянием на нуклоне ядра и обычным распределением внутреннего движения нуклонов, предсказывают величину сечений на несколько порядков меньше, чем наблюдаемые экспериментально. Поэтому ожидалось, что решение этой проблемы даст новую информацию о структуре ядра и механизме взаимодействия частиц высокой энергии с ядрами, которая полезна и для понимания структуры элементарных частиц.

Цель работы. Целью работы является исследование особенностей поведения быстрых частиц в адрон-ядерных взаимодействиях и создание качественной модели этого феномена, которая способна описывать адрон-ядерные взаимодействия на основе данных уже проведённых и планируемых экспериментов.

Научная новизна.

Выделены два различных механизма, отличающиеся разным знаком анализирующей способности и дающие соизмеримый вклад в эмиссию быстрых протонов под углами близкими к 90° в реакции с1 ^ +С —р+(р, <£)+Х при энергии 800 МэВ/нуклон.

Впервые дубненский вариант модели внутриядерного каскада сформулирован с учётом спиновых степеней свободы нуклонов, что позволяет вычислять поляризационные эффекты.

Обнаружен эффект кулоновского взаимодействия заряженных пионов, связанный с зарядовой корреляцией между положительными фрагментами ядра-снаряда и пионной системой с отрицательным зарядом в СС- и СТа- взаимодействиях при 4.2 А ГэВ/с.

Впервые измерена анализирующая способность квазиупругого выбивания дейтерия в протон-ядерной реакции.

Практическая ценность работы. Полученные результаты могут быть использованы для проверки теоретических моделей и окажутся полезными в исследовании волновой функции ядра. Новый вариант каскадной модели важен для оптимального планирования дальнейших экспериментов по адрон-ядерной тематике.

На защиту выносятся

1. Результаты измерений анализирующей способности д, t +С + +С р + (р, д) + А реакций при энергии 0.6 2.1 МэВ/нуклон.

2. Разработка алгоритма и создание программы для моделирования процессов взаимодействия поляризованных пучков с ядрами, с кластерными структурами в ядрах.

3. Результаты исследования роли стандартных механизмов в поведении цветовой прозрачности, полученные с помощью модифицированной каскадной модели для адрон-ядерных взаимодействий.

4. Результаты исследований влияния многозарядных фрагментов ядра-снаряда на образование заряженных пионов с малыми поперечными импульсами в ядро-ядерных взаимодействиях.

Публикации . Основные результаты диссертации изложены в работах: 1. Г.Г. Безногих, В.А. Будилов, А. Голембевский, Н.К. Жидков, А.П. Ларичева, В.В. Мялковский, В.А. Никитин, П.В. Номоконов, А.В. Павлюк, И.А. Руфанов, М. Трайкова, А. Филипковский, Б. Хурэлбаатар: Анализирующая способность реакций d | +С ->■ р + X и d | +С ->• p+p(d) + X при энергиях 0.6--2.1 ГэВ/нуклон.

ЯФ 54. (1991) 1333.

2. G.G.Beznogikh, V.A. Budiilov, A. Filipkowski, A. Golembewski, В. Khurel-baatar, А.P. Laricheva, V.V. Mialkowski, V.A. Nikitin, P.V. Nomokonov, A.V. Pavlyuk, I.A. Rufanov, M. Traikova, N.K. Zhidkov:

Analyzing power in d f С pX and d t С —>■ pp{d)X reactions for fast protons scattered at large angles,

JINR Rapid communications No4(50)-91, 5, 1991.

3. Ц. Баатар, А.А. Кузнецов, В.Б. Любимов, Р. Тогоо, Б. Хурэлбаатар: Кулоновское взаимодействие заряженных пионов в С С- и СТа- взаимодействиях при 4.2 А ГэВ/с,

Краткие сообщение ОИЯИ No4(84)-97, 57, Дубна, 1997.

4. G.J. Musulmanbekob, М.В. Tokarev, В. Khurelbaatar: On Color Transparency,

JINR preprint, 1998, E2-98-370.

5. Ж.Ж. Мусульманбеков, Б. Хурэлбаатар: Модифицированная каскадная модель,

Препринт ОИЯИ, 1999, Р2~99~£~9>

6. B.Khurelbaator, V.S.Kiselev, R.Kh.Kutuev, G.Musulmanbekov, V.A.Nikitin, P.V.Nomokonov, A.V.Pavlyuk, I.A.Rufanov, R.Ya.Zulkarneev, A.D.Avezov, A.A.Gafarov, Yu.N.Koblik, D.A.Mirkarimov, A.V.Morozov, V.A.Pirogov, G.A.Radyuk, B.S.Yuldashev, D.Hutcheon, S.Yen, V.Chaloupka, V.Dougherti, G.Liang, H.Lubatti, W.Weitcamp:

Measurement of analyzing Power of the Reactions C(p,pp)X and C(p,pd)X at polarized Proton Beam 500 MeV.

JINR preprint, 1999,B2-99-37,

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения и содержит 68 страниц, включая 2 таблиц, 38 рисунок. Библиография имеет 81 наименований.

СОДЕРЖАНИЯ РАБОТЫ

Во введении подчеркнута актуальность исследования адрон-ядерных и ядро-ядерных взаимодействий, сформулирована цель работы, приведено краткое содержание диссертация и перечислены основные положения, защищаемые автором.

В первой главе сформулирована постановка задачи. В данной главе рассматриваются некоторые модели, предложенные для описания образования быстрых протонов назад, такие как: модель однократного рассеяния, модель прямого выбивания

нуклона, модель коррелированных кластеров, механизм кратных взаимодействий, каскадный механизм и модель фазового пространства.

При рассмотрении моделей надо иметь ввиду, что механизм образования кумулятивных протонов можеть быть различным для высоких и промежуточных энергий. Это следует хотя бы из того, что сечения образования протона с одной и той же энергией для промежуточных энергий на два-три порядке меньше, чем для высоких.

Глава 2 посвящена исследованию поляризационных эффектов при образовании быстрых протонов при промежуточных энергиях. Даётся краткий обзор экспериментов на пучках поляризованных протонов. Она также содержит описание экспериментальной установки для измерения анализирующей способности. На ней измерена анализирующая способность (Ау) реакции & ^ +С ~~^ Р + X при энергии 0.6 -г 2.1 ГэВ/нуклон.

В третьей главе приводится описание каскадной модели ядро-ядерных взаимодействий. Показано, что протонный пучок с произвольной поляризацией Р можно рассматривать как состоящий из полностью поляризованной части и неполяризован-ной части, смешанных в отношении Р/(1 — Р). В модель включены внутриядерные кластерные структуры и их взаимодействие с пучком.

В четвертой главе изучаются корреляционные спектры двух частиц и соот-ветсвующая им анализирующая способность реакций рС—>ррХ, рС—т-рс1Х. Одна из частиц - протон, регистрируется под углами 70, 84, 98 градуса с энергией более 40 МэВ, другая - протон или дейтон, под углами 24.5 или 30 градусов с противоположной стороны пучка. В этой же главе также описан метод измерения и экспериментальная установка.

Эксперимент, выполнен на пучке поляризованных 500 МэВ протонов циклотрона ТШиМЕ (Канада) и является продолжением эксперимента, рассмотренного в главе 2.

В пятой главе исследована влияние механизмов фермиевского движения и перерассеяния на величину цветовой прозрачности Т = ал/(Аам), наблюдаемой в Е834 - эксперименте в Брукхайвене. Проведены расчеты сечения квазиупругого процесса р + А —> рр + X при всгп ~ 90° в рамках каскадной модели адрон-ядерных столкновений. Изучена зависимость отношения Т от импульса налетающего протона рь-Полученные результаты для Т сравниваются с экспериментальными данными. Найдена сильная зависимость величины Т от углового аксептанса 5.

Глава 6 посвящена изучению влияния многозарядных фрагментов ядра-снаряда на рождение малоэнергетичных заряженных пионов под малыми углами в СС-, СТаи Ср- соударениях при 4.2 А ГэВ/с в условиях регистрации заряженных частиц в 47г- геометрии.

В заключении сформулированы основные выводы диссертации.

Заключение диссертации по теме «Физика высоких энергий», Хурэлбаатар Бэгзсурэн

Основные результаты и выводы диссертации:

1. Рассмотрены некоторые модели, предложенные различными авторами, применяемые для описания механизма образования быстрых протонов на болыпии углы.

2. Каскадная модель ядро-ядерных взаимодействий дополнена моделированием процессов взаимодействия поляризованных пучков с ядрами, с кластерными структурами в ядрах.

3. Измерена анализирующая способность выхода кумулятивных протонов из ядер углерода при взаимодействии с поляризованными дейтронами с энергией 0.6,0.8,1.0 и 2.1 ГэВ/нуклон.

4. Выделены два различных механизма, отличающиеся разным знаком анализирующей способности и дающие в эмиссию быстрых протонов под углами близкими к 90° соизмеримый вклад.

5. Впервые измерена анализирующая способность КУ выбивания дейтерия в протон-ядерной реакции. Также впервые измерена анализирущая способность эмиссии протонов под большими углами, что соответствует ферми-импульсу протонов в ядре 100-300 МеУ/с. Полученные двухчастичные спектры позволяют провести кинематическую границу между двумя механизмами эмиссии быстрых протонов под большими углами: однократным рК взаимодействием и рассеянием на двухнуклонных кластерах.

6. В рамках модифицированной каскадной модели была исследована роль стандартных ядерных механизмов(ферми-движения и многократного перерассеяния) в поведении ядерной прозрачности Т в квазиупругом рассеянии р + А1 —> р + р + X.

Найдена сильная зависимость величины Т от углового аксептанса в.

7. Обнаружен эффект кулоновского взаимодействия заряженных пионов, связанный с зарядовой корреляцией между положительными фрагментами ядра-снаряда и пионной системой с отрицательным зарядом.

В заключении автор выражает свою глубокую благодарность своему научному руководителю за его постоянное руководство и ценные замечания, за его дружескую поддержку, которые постоянно стимулировали автора к работе.

Автор считает своим приятным долгом поблагодарить своих коллег НЭОСТАР, многие из которых являются соавторами публикаций на эту тему, за внимания, поддержку и помощь.

Пользуюсь случаем, автор выражает особую признательность Дирекции ОИЯИ, Дирекции ЛСВЭ (г. Дубна), Дирекции ИФТ АН Монголии (г.Улан-Батор), и полномочному представителю в ОИЯИ за представленную возможность в течении длительного времени проводить исследования в НЭОСТАР ЛСВЭ ОИЯИ.

От всей души выражает благодарность докторам физико-математических наук Д. Тувдэндоржу, Ц.Баатару, Р.Тогоо, М.В. Токареву и Ж. Мусульманбекову за многолетные плодотворные совместные научные исследования.

Заключение

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Хурэлбаатар Бэгзсурэн, 1999 год

список литературы

[1] Лексин Г. А. - ЖЭТФ, 1957, т.32, с.445.

[2] Ажгирей Л. С. и др. - ЖЭТФ, 1957, т.ЗЗ, с.1185.

[3] Блохинцев Д. И. - ЖЭТФ, 1957, т.ЗЗ, с.1295.

[4] Балдин А. М. - ЭЧАЯ, 1977, т.8, вып.З, с.429.

[5] Ставинский В. С. - ЭЧАЯ, 1979, т.Ю, вып.5, с.949.

[6] М. Ауап ^ а1., РЬуБ.Реу. СЗО, 521, (1984).

[7] ТУ. Geage et а1., Phys.Rev.Lett. 45, 1993 (1980).

[8] НА. Бугров и др., ЯФ 30, 720 (1979).

[9] А.М. Балдин и др., ЛШ Р1-11302, 1978.

10] А.М. Балдин и др., ЛЖ Р1-11168, 1977.

11] Уи.Б. Вауикоу et а1., РЬув.Кеу. С20, 764 (1979).

12] У.1. Котагоу а1., РЬуз.Ье«. 80В, 30 (1978).

13] У.1. Котагоу et а1., ШскРЬув. А326, 297 (1979).

14] Б. Ргапке1 et а1., Phys.Rev.Lett. 36, 642 (1976)

15] Ю. Д. Баюков и др., ЯФ 18, 1246 (1973); Ю. Д. Баюков и др., ЯФ 19, 1266 (1974)

16] Р. Б. Атас1о апс! К. М. ^УоМуп, Phys.Rev.Lett. 36, 1435 (1976)

17] Е. X Мошг et а1, Phys.Rev.Lett. 26, 445, (1971)

18] Сгуг, РЬув.Реу. 131, 2141 (1963)

19] Сгуг апс1 К. ОоШпес!, ШскРЬув. 21, 676 (1961)

20] Э. Н. Воа1, РЬув.Реу. С21, 1913 (1980)

21] Б. Егапке1 et ак, Phys.Rev.Lett. 38, 1338 (1978)

22] Э. Ргапке1 et ак, РЬув.Реу. С18, 1375 (1978)

[23] S. Frankel et al., Phys.Rev. C18, 1379 (1978)

[24] S. Frankel and R. M. Woloshyn, Phys.Rev. C16, 1680 (1976)

[25] T. Fujita, Phys.Rev.Lett. 39, 174 (1977)

[26] Y. Haneishi and T. Fujita, Phys.Rev. C33, 260 (1986)

[27] H. Araseki and T. Fujita, Nucl.Phys. A439, 681 (1984)

[28] G.Roy et al., Phys.Rev. C23, 1971 (1981)

[29] R. D. Amado and R. M. Woloshyn, Phys.Lett. 69B, 400 (1977)

[30] Копелиович В.В., Радоманов В.Б., Сообщение ОИЯИ Р2-11938, Дубна, 1978.

[31] Komarov V.l. et al., Phys.Lett. 69В (1977) 37.

[32] Барашенков B.C., Тонеев В.Д., Взаимодействия высокоэнергетических частиц и атомных ядер с ядрами. Атомиздат, Москва, 1972.

[33] J.Knoll, Phys.Rev. С20, 773, (1979).

[34] S. Frankel et al., Phys.Rev.Lett. 41, 148 (1978).

[35] A.Moaltm etn al., Phys.Lett. B183, 269 (1987).

[36] J.Kälne , A.W. Stetz and R.M. Woloshyn, Phys.Lett. B74, 170 (1978).

[37] Авдейчиков B.B. и др., ЯФ 50, 409 (1989).

[38] A.M. Kobos et al., Nucl, Phys. A435 (1985) 677.

[39] Haji -Saied M. et al., Phys. Rev. C36 (1987) 2010.

[40] V. S. Barashenkov, F. G. Geregi, J. J. Musulmanbekov, Yad. Fiz., 39(1984)1133

[41] Г. Файснер. Поляризация нуклонов при рассеянии, иное.литер., Москва (1960)

[42] Д. И. Блохинцев. ЖЭТФ, 33, 1295, 1957.

[43] S.Frankel et.al. Phys.Rev.C 24,2157(1981)

[44] http://clsaid.phys.vt.edu/ CAPS/

[45] A.N.Anderson Phys.Rev.Let. 40,1553(1978)

[46] Y.Miake et.al. Phys.Rev.C 31,2168(1985)

[47] S.J.Brodsky, In Proceedings of the XIII International Symposium on Multiparticle Dynamic, (Vollendam, 1982) edited by W.Kittel et al., (World Scientific 1982).

[48] S.J.Brodsky, A.H.Mueller, Phys. Lett. B206 (1988) 685.

[49] P.Jain, B.Pire, J.Ralston, Phys. Rev. 27 (1996) 67.

A.S.Carroll et al., Phys. Rev. Lett. 61 (1988) 1698. S.Heppelman et al., Phys. Lett. B232 (1989) 167.

O.Benary et al., NN and ND Interactions. A Compilation. Berkeley preprint, UCRL-20000, 1970.

G.Cocconi et al., Phys. Rev. B138 (1965) 165. J.L.Stone et al., Nucl.Phys. B143 (1979) 1.

S.Durrant, Ph.D. Thesis, The Pennsylvania State University, 1995. DO Collab., S.V.Goloskokov, A.V. Kudinov, S.P.Kuleshov, Particles and Nuclei 12 (1981) 614.

G. J.Musulmanbekov, AIP conference proceedings 334,High energy spin physics, XI International Symposium, Bloomington, 1994, p.428.

Wiencke et al // Phys.Rev. D, 1992, v.46, p.146.

Afanasyev et al // Preprint JINR El-96-256, Dubna, 1996.

Сахаров А.Д. ЖЭТФ, 1948, т.18. с. 631

Вайер В.Н. и Фадин B.C. // ЖЭТФ, 1969, т.57, с. 225

Arbuzov А.В.// Nuovo Cimento, 1994, v.107A, р.1263

Erazmus В. et al // Phys.Rev. С, 1994, v.49, p.349

Heckman H. et al // Phys.Rev.Lett., 1976, v.37, p.56

Benenson W. et al // Phys.Rev.Lett., 1979, v.43,p.683

Silivan J.P. et al // Phys.Rev.Lett. c, 1982, v.25, p.1499

Radi M.A. et al // Phys.Rev. c, 1982, v.25, p.1518

Glaylassy M and Kauffmann S.K. // Nucl.Phys. A, 1981, v.362, p.503

H. Ангелов и др.// Communication of the Institute of Physics and Technology, Ulaanbaatar, 1996, 96-01.

Nagamiya S. et al // Phys.Rev. c, 1981, v.24, p.971

Uzhinskii V.V. // Communication JINR, 1996, E2-96-192, Dubna

Musulmanbekov G.J. // XI EMUOl- collaboration meeting, 1992, Dubna, p.288-295.

Гаспарян А.П. // Препринт ОИЯИ, 1980, 1-80-778, Дубна Malfliet R. et al // Phys.Rew. c., 1985, v.31, p.1275

[75] Adyaseich В.P. et al // Preprints IAE, 1984, IAE-3973/2, Moscow; 1985 IAE-4148/2, Moscow

[76] Армутмитски Д. и др // Препринт ОИЯИ, 1986, Р1-86-263, Дубна

[77] Агакишнев Г.Н и др. // Препринт ОИЯИ, 1981, Р1-81-176, Дубна

[78] Баатар Ц. и др // Препринт ОИЯИ, 1986, Р1-86-477, Дубна

[79] Abdrahmanov Е.О. et al // Z.Phys. с, 1980, v.5, p.l

[80] Baatar Ts. et al //Communication of the Institute of Physics and Technology, Ulaanbaatar, 1997.

[81] Авдейчиков В.В. и др., ЯФ 50, 1553 (1989).