Современное состояние физики и техники получения пучков поляризованных частиц. Измерения тензорной анализирующей способности Т20 в реакции фрагментации дейтронов в пионы под нулевым углом и разработка программного обеспечения для систем сбора данных устан

У физиков есть привычка брать простейший пример какого-то явления и называть его «физикой», а примеры посложнее отдавать на растерзание других наук, скажем прикладной математики, электротехники, химии или кристаллографии. Даже физика твердого тела для них, только «полуфизика», ибо ее волнует слишком много специальных вопросов. По этой-то причине мы в наших лекциях откажемся от множества интересных вещей. Например, одно из важнейших свойств кристаллов и вообще большинства веществ—этого, что их электрическая,
поляризуемость различна в разных направлениях. Если вы в каком-либо направлении приложите электрическое поле, то атомные, заряды слегка сдвинутся и возникнет дипольный момент; величина же этого момента зависит очень сильно от направления приложенного поля. А это, конечно, усложнение. Чтобы облегчить себе жизнь, физики начинают разговор со специального случая, когда поляризуемость во всех направлениях одинакова. А другие случаи мы предоставляем другим наукам. Поэтому для наших дальнейших рассмотрений нам совсем не понадобится то, о чем мы собираемся говорить в этой главе.

Математика тензоров особенно полезна для описания свойств веществ, которые изменяются с направлением, хотя это лишь один из примеров ее использования. Поскольку большинство из вас не собираются стать физиками, а намерены заниматься реальным миром, где зависимость от направления весьма сильная, то рано или поздно, но вам понадобится использовать тензор. Вот, чтобы у вас не было здесь пробела, я и собираюсь рассказать вам про тензоры, хотя и не очень подробно. Я хочу, чтобы ваше понимание физики было как можно более полным. Электродинамика, например, у нас вполне законченный курс; она столь же полна, как и любой курс электричества и магнетизма, даже институтский. А вот механика у нас не закончена, ибо, когда мы ее изучали, вы еще не были столь тверды в математике и мы не могли обсуждать такие разделы, как принцип наименьшего действия, лагранжианы, гамильтонианы и т. п., которые представляют наиболее элегантный способ описания механики. Однако полный свод законов механики, за исключением теории относительности, у нас все же есть. В той же степени, как электричество и магнетизм, у нас закончены многие разделы. Но вот квантовую механику мы так и не закончим; впрочем, нужно что-то оставить и на будущее! И все же, что такое тензор, вам все-таки следует знать уже сейчас.

В гл. 30 мы подчеркивали, что свойства кристаллического вещества в разных направлениях различны — мы говорим, что оно анизотропно. Изменение индуцированного дипольного момента с изменением направления приложенного электрического поля — это только один пример, но именно его мы и возьмем в качестве примера тензора. Будем считать, что для заданного направления электрического поля индуцированный дипольный момент единицы объема Р пропорционален напряженности прикладываемого поля Е. (Для многих веществ при не слишком больших Е это очень хорошее приближение.) Пусть константа пропорциональности будет α . Теперь мы хотим рассмотреть вещества, у которых α зависит от направления приложенного поля, например известный вам кристалл турмалина, дающий удвоенное изображение, когда вы смотрите через него.

Предположим, мы обнаружили, что для некоторого выбранного кристалла электрическое поле Е 1 , направленное по оси х, дает поляризацию Р 1 , направленную по той же оси, а одина ковое с ним по величине электрическое поле Е 2 , направленное по оси у, приводит к какой-то другой поляризации Р 2 , тоже направленной по оси у. А что получится, если электрическое поле приложить под углом 45°? Ну, поскольку оно будет просто суперпозицией двух полей, направленных вдоль осей х и у, то поляризация Р равна сумме векторов Р 1 и Р 2 , как это показано на фиг. 31.1, а. Поляризация уже не параллельна направлению электрического поля. Нетрудно понять, отчего так происходит. В кристалле есть заряды, которые легко сдвинуть вверх и вниз, но которые очень туго сдвигаются в стороны. Если же сила приложена под углом 45°, то эти заряды более охотно движутся вверх, чем в сторону. В результате такой асимметрии внутренних упругих сил перемещение идет не по направлению внешней силы. Разумеется, угол 45° ничем не выделен. То, что индуцированная поляризация не направлена по электрическому полю, справедливо и в общем случае. Перед этим нам просто «посчастливилось» выбрать такие оси х и у, для которых поляризация Р была направлена по полю Е. Если бы кристалл был повернут по отношению к осям координат, то электрическое поле Е 2 , направленное по оси y, вызвало бы поляризацию как по оси у, так и по оси х. Подобным же образом поляризация Р, вызванная полем, направленным вдоль оси х, тоже имела бы как х-, так и y-компоненты. Так что вместо фиг. 31.1, а мы получили бы нечто похожее на фиг. 31.1,б. Но несмотря на все это усложнение, величина поляризации Р для любого поля Е по-прежнему пропорциональна его величине.

Рассмотрим теперь общий случай произвольной ориентации кристалла по отношению к осям координат. Электрическое поле, направленное по оси х, дает поляризацию Р с компонентами по всем трем осям, поэтому мы можем написать

Этим я хочу сказать лишь, что электрическое поле, направленное по оси х, создает поляризацию не только в этом направлении, оно приводит к трем компонентам поляризации Р х, Р у и P z , каждая из которых пропорциональна Е х. Коэффициенты пропорциональности мы назвали а хх, а yx и а zх (первый значок говорит, о какой компоненте идет речь, а второй относится к направлению электрического поля).

Аналогично, для поля, направленного по оси у, мы можем написать

а для поля в z-направлении

Дальше мы говорим, что поляризация линейно зависит от поля; поэтому если у нас есть электрическое поле Е с компонентами х и у, то х-компонента поляризации Р будет суммой двух Р х, определенных уравнениями (31.1) и (31.2), ну а если Е имеет составляющие по всем трем направлениям х, у и z, то составляющие поляризации Р должны быть суммой соответствующих слагаемых в уравнениях (31.1), (31.2) и (31.3). Другими словами, Р записывается в виде

Диэлектрические свойства кристалла, таким образом, полностью описываются девятью величинами (α xx , α xy ,α xz , α yz , ...), которые можно записать в виде символа α ¡j . (Индексы i и j заменяют одну из трех букв: х, у или z.) Произвольное электрическое поле Е можно разложить на составляющие Е х, Е y и E z . Зная их, можно воспользоваться коэффициентами α ¡j и найти Р х, Р y и Р z , которые в совокупности дают полную поляризацию Р. Набор девяти коэффициентов α ¡j называется тензором — в данном примере тензором поляризуемости. Точно так же как три величины (Е х, Е у, E z ) «образуют вектор Е», и мы говорим, что девять величин (α хх, α ху, ...) «образуют тензор α ¡j ».

Если приложенное поле Е0 имеет произвольное направление, то наведенный дипольный момент легко найти из суперпозиции

Где, - компоненты поля по отношению к главным осям эллипсоида. В задачах рассеяния координатные оси обычно выбираются фиксированными по отношению к падающему пучку. Пусть x" y" z" - такая система координат, где направление распространения параллельно оси z". Если падающий свет

х" - поляризован, то из оптической теоремы имеем:

Чтобы вести расчеты по формуле (2.2), необходимо выписать компоненты р относительно осей, проведенных штриховыми линиями. Равенство (2.1) может быть записано в матричной форме:

Запишем вектор-столбцы и матрицы в более компактной форме в соответствии со следующей схемой обозначений:

В этих обозначениях 2.3 принимает следующий вид:

Компоненты произвольного вектора F преобразуются в соответствии с формулой:

Где, и т.д. В результате из (2.5) и преобразования (2.6) имеем:

где в силу ортогональности координатных осей обратная к матрица есть транспонированная матрица. Таким образом, поляризуемость эллипсоида является декартовым тензором; если заданы его компоненты в главных осях, то его компоненты в повернутых осях координат могут быть определены по формуле (2.8). Сечение поглощения для падающего - поляризованного света определяется просто по формуле:

Где. Аналогично, если падающий свет - поляризован, то

Если векторную амплитуду рассеяния

для диполя, освещенного -поляризованным светом, подставить в уравнение сечения, то получим сечение рассеяния

Где мы воспользовались матричным тождеством. Аналогичное выражение имеет место для сечения рассеяния и при падении - поляризованного свет.

Применение.

Поляризованный свет предлагали использовать для защиты водителя от слепящего света фар встречного автомобиля. Если на ветровое стекло и фары автомобиля нанести плёночные поляроиды с углом пропускания 45о, например вправо от вертикали, водитель будет хорошо видеть дорогу и встречные машины, освещённые собственными фарами. Но у встречных автомобилей поляроиды фар окажутся скрещёнными с поляроидом ветрового стекла данного автомобиля, и свет фар встречных машин погаснет.

Два скрещённых поляроида составляют основу многих полезных устройств. Через скрещённые поляроиды свет не проходит, но, если поместить между ними оптический элемент, поворачивающий плоскость поляризации, можно открыть свету дорогу. Так устроены быстродействующие электрооптические модуляторы света. Их используют во многих технических устройствах -- в электронных дальномерах, оптических каналах связи, лазерной технике.

Известны так называемые фотохромные очки, темнеющие на ярком солнечном свету, но не способные защитить глаза при очень быстрой и яркой вспышке (например, при электросварке) -- процесс затемнения идёт сравнительно медленно. Поляризационные очки обладают практически мгновенной «реакцией» (менее 50 мкс). Свет яркой вспышки поступает на миниатюрные фотоприемники (фотодиоды), подающие электрический сигнал, под действием которого очки становятся непрозрачными.

Поляризационные очки используют в стереокино, дающем иллюзию объёмности. В основе иллюзии лежит создание стереопары -- двух изображений, снятых под разными углами, соответствующими углам зрения правого и левого глаза. Их рассматривают так, чтобы каждый глаз видел только предназначенный для него снимок. Изображение для левого глаза проецируют на экран через поляроид с вертикальной осью пропускания, а для правого -- с горизонтальной осью и точно совмещают их на экране. Зритель смотрит через поляроидные очки, в которых ось левого поляроида вертикальна, а правого горизонтальна; каждый глаз видит только «своё» изображение, и возникает стереоэффект.

Для стереоскопического телевидения применяется способ быстрого попеременного затемнения стёкол очков, синхронизированного со сменой изображений на экране. За счёт инерции зрения возникает объёмное изображение.

Поляроиды широко применяются для гашения бликов от стёкол и полированных поверхностей, от воды (отраженный от них свет сильно поляризован). Поляризован и свет экранов жидкокристаллических мониторов.

Поляризационные методы используются в минералогии, кристаллографии, геологии, биологии, астрофизике, метеорологии, при изучении атмосферных явлений.

1972

/

Июнь

Современное состояние физики и техники получения пучков поляризованных частиц

Содержание: Введение. Спиновое состояние частицы. Принципы получения поляризованных ионов. Метод атомного пучка. Диссоциация молекул водорода. Формирование свободного атомного пучка. Атомы водорода и дейтерия в магнитном поле. Разделительный магнит. Радиочастотные переходы. Радиочастотные переходы в слабом поле. Радиочастотные переходы в сильном поле. Действующие установки. Ионизация атомного пучка. Ионизатор со слабым магнитным полем. Ионизатор с сильным магнитным полем. Получение отрицательных ионов при перезарядке положительных поляризованных ионов. Ионизация тяжелыми частицами. Метод Лэмба. Уровни энергии атомов водорода и дейтерия с n = 2 в однородном магнитном поле. Времена жизни. Поляризация в метастабильном состоянии. Процессы перезарядки. Получение отрицательных ионов. Получение положительных ионов. Методы повышения поляризации пучка. Источник отрицательных поляризованных ионов. Измерение поляризации ионов. Быстрые ионы. Медленные ионы. Источники поляризованных ионов гелия-3 и лития. Поляризованные однозарядные ионы гелия-3. Источники поляризованных ионов лития. Намагниченный монокристалл в качестве донора поляризации. Инжекция поляризованных ионов в ускоритель. Ускоритель Кокрофта — Уолтона и линейный ускорителя. Ускоритель Ван-де-Граафа. Тандем-ускоритель. Циклотрон. Накопление поляризованных ионов. Ускорение поляризованных ионов. Циклотрон. Синхроциклотрон. Фазотрон с пространственной вариацией магнитного поля. Синхротрон. Достижения отдельных лабораторий. Беркли, Калифорния. Лос-Аламос. Заключение. Цитированная литература.

В.1 Введение.

В.2 Кумулятивные частицы.

В.З Описание поляризованных состояний частиц со спином 1 5 В.4 Краткий обзор данных по реакции фрагментации дейтронов в кумулятивные протоны.

В.5 Цель и структура диссертационной работы.

I ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА

1.1 Мотивация.

1.2 Экспериментальная установка.

1.3 Методические измерения и моделирование

1.4 Организация и принцип работы триггера.

II ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

II. 1 Вводные замечания

11.2 Система сбора и обработки данных qdpb

11.3 Конфигурируемые представления данных и аппаратуры

11.4 Сеансозависимые средства представления данных

11.5 Система DAQ СФЕРА.

II. 6 Системы сбора данных поляриметров.

Ш ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

III. 1 Анализ источников систематических ошибок.

111.2 Экспериментальные данные.

111.3 Обсуждение экспериментальных данных.

Рекомендованный список диссертаций

  • Изучение спиновых и изоспиновых эффектов в реакциях рождения кумулятивных частиц 2007 год, доктор физико-математических наук Литвиненко, Анатолий Григорьевич

  • Изучение взаимодействий поляризованных дейтронов с протонами и ядрами в области импульсов 0,7-9,0 ГэВ/с 2006 год, доктор физико-математических наук Ладыгин, Владимир Петрович

  • Изучение угловой зависимости анализирующих способностей реакций -dd→3Hen и -dd→3H p при энергии дейтрона 270 МэВ 2007 год, кандидат физико-математических наук Янек, Мариан

  • Тензорная анализирующая способность Ayy в реакциях A(d, p)x и A(d, d)x при 9 ГэВ/с и структура дейтрона на малых расстояниях 1998 год, кандидат физико-математических наук Ладыгин, Владимир Петрович

  • Изучение анализирующих способностей Ay, Ayy и Axx реакции дейтрон-протонного упругого рассеяния при энергиях 880 и 2000 МэВ 2010 год, кандидат физико-математических наук Курилкин, Павел Константинович

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Измерения тензорной анализирующей способности Т20 в реакции фрагментации дейтронов в пионы под нулевым углом и разработка программного обеспечения для систем сбора данных установок на поляризованных пучках»

В.1 Введение

В диссертационной работе представлены экспериментальные результаты измерений тензорной анализирующей способности Т20 в реакции фрагментации тензорно поляризованных дейтронов в кумулятивные (под-пороговые) пионы. Измерения проводились коллаборацией СФЕРА на пучке тензорно поляризованных дейтронов ускорительного комплекса Лаборатории высоких энергий Объединенного Института Ядерных Исследований (ЛВЭ ОИЯИ, Дубна, Россия). Изучение поляризационных наблюдаемых дает более детальную, по сравнению с реакциями с неполя-ризованными частицами, информацию о гамильтониане взаимодействия, механизмах реакции и структуре частиц, участвующих в реакции. К настоящему времени вопрос о свойствах ядер на расстояниях, меньших или сравнимых с размерами нуклона, изучен недостаточно как с экспериментальной, так и с теоретической точек зрения. Дейтрон из всех ядер представляет особый интерес: во-первых, это наиболее изученное ядро как с экспериментальной, так и с теоретической точек зрения. Во-вторых, для дейтрона, как для простейшего ядра, легче разобраться с механизмами реакции. В-третьих, дейтрон имеет нетривиальную спиновую структуру (спин, равный 1, и ненулевой квадрупольный момент), предоставляющую широкие экспериментальные возможности для изучения спиновых наблюдаемых. Программа измерений, в рамках которой получены представленные в диссертационной работе экспериментальные данные, является естественным продолжением исследований структуры атомных ядер в реакциях с рождением кумулятивных частиц при столкновении неполяризованных ядер, а также поляризационных наблюдаемых в реакции развала дейтрона. Экспериментальные данные, представленные в диссертационной работе, позволяют продвинуться в понимании спиновой структуры дейтрона на малых межнуклонных расстояниях и дополняют информацию о структуре дейтрона, полученную в экспериментах с лептонным пробником и при изучении реакции развала тензорно поляризованных дейтронов, а потому представляются актуальными. На сегодняшний день данные, представленные в диссертационной работе, являются единственными, поскольку для проведения подобного рода исследований необходимы пучки поляризованных дейтронов с энергией в несколько ГэВ, которые в настоящее время и в ближайшие несколько лет будут доступны только на ускорительном комплексе ЛВЭ ОИЯИ, где естественно продолжать исследования в указанном направлении. Упомянутые данные получены в составе международной коллаборации, докладывались на ряде международных конференций, а также опубликованы в реферируемых журналах.

Далее в данной главе приведем необходимые для дальнейшего изложения сведения о кумулятивных частицах, определения, используемые при описании поляризационных наблюдаемых, а также дадим краткий обзор известных в литературе результатов по реакции развала дейтронов.

В.2 Кумулятивные частицы

Исследования закономерностей рождения кумулятивных частиц ведутся с начала семидесятых годов XX века , , , , , , , , , , , , . Изучение реакций с рождением кумулятивных частиц интересно тем, что дает информацию о поведении высокоимпульсной (> 0,2 ГэВ/с) компоненты во фрагментирующих ядрах. Указанные большие внутренние импульсы соответствуют малым (< 1 ферми) межнуклонным расстояниям. На таких (меньших размера нуклона) расстояниях использование нуклонов как квазичастиц для описания свойств ядерной материи представляется необоснованным, и могут проявляться эффекты ненуклонных степеней свободы в ядрах , , , . В глубоконеупругом рассеянии лептонов упомянутый диапазон внутренних импульсов соответствует значениям переменной Бьоркена хъ > 1, где сечения становятся очень малыми .

Прежде всего определим, что будет в дальнейшем пониматься под термином "кумулятивная частица" (см., например, и ссылки в ней). Частица с, рожденная в реакции:

Аг + Ац.^с + Х, (1) называется "кумулятивной", если выполнены следующие два условия:

1. частица с рождена в кинематической области, недоступной при столкновении свободных нуклонов, имеющих тот же импульс на нуклон, что и ядра Ai и Ац в реакции (1);

2. частица с принадлежит области фрагментации одной из сталкивающихся частиц, т.е. должно быть выполнено либо

Ул, - Yc\ < \YAii - Ус| , (2) либо

YA„-Ye\

YA„ - Yc\ « - Ye\ = - Ye\ + \YAii - YAi\ . (4)

Из экспериментальных данных следует (см., например, , , , , , , , ), что для экспериментов на фиксированной мишени форма спектра кумулятивных частиц слабо зависит от энергии столкновения, начиная с энергий падающих частиц Ть > 3-И- ГэВ. Это утверждение иллюстрируется Рис. 1, воспроизведенным из работы , на котором показаны зависимости от энергии падающего протона: (Ь) отношения выходов пионов разных знаков 7г~/7г+ и (а) параметра обратного наклона спектра То для аппроксимации Eda/dp - С ехр(-Тж/То) сечения рождения кумулятивных пионов, измеренных под углом 180°. Это означает, что независимость формы спектров от первичной энергии начинается с разности быстрот сталкивающихся частиц \YAii - YAi\> 2.

Еще одной установленной закономерностью является независимость спектров кумулятивных частиц от вида частицы, на которой происходит фрагментация (см. Рис. 2).

Поскольку в диссертационной работе рассматриваются экспериментальные данные по фрагментации поляризованных дейтронов в кумулятивные пионы, то более подробно закономерности, установленные в реакциях с рождением кумулятивных частиц (зависимость от атомной массы фрагментирующего ядра, зависимость от сорта регистрируемой частицы и т.п.) обсуждаться не будут. При необходимости их можно найти в обзорах: , , , .

Рис. 1: Зависимость от энергии падающего протона (Тр) (а) обратного параметра наклона То и (Ь) отношения выходов тт~/тт+, проинтегрированных начиная с энергии пионов 100 МэВ. Рисунок и данные, помеченные кружками, взяты из работы . Данные, помеченные треугольниками, процитированы в из работы .

В.З Описание поляризованных состояний частиц со спином 1

Для удобства дальнейшего изложения приведем краткий обзор понятий , , которые используются при описании реакций частиц со спином 1.

В обычных экспериментальных условиях ансамбль частиц со спином (пучок или мишень) описывается матрицей плотности р, основные свойства которой следующие:

1. Нормировка Sp(/5) = 1.

2. Эрмитовость р = р+.

Present experiment г Reference 6

Ч-1-1-1-1-Ь Ы f Present experiment

Т ▼ Reference 6

Л-С О - Си - РЪ ф д ш

Кумулятивная масштабная переменная хс

Рис. 2: Зависимость сечения рождения кумулятивных частиц от кумулятивной масштабной переменной хс (57) (см. параграф III.2) для фрагментации пучка дейтронов на различных мишенях в пионы под нулевым углом. Рисунок взят из работы .

3. Среднее от оператора О вычисляется как (О) = Sp(Op).

Поляризация ансамбля (для определенности - пучка) частиц со спином 1/2 характеризуется направлением и средней величиной спина. Что касается частиц со спином 1, следует различать векторную и тензорную поляризации. Термин "тензорная поляризация" означает, что описание частиц со спином 1 использует тензор второго ранга. Вообще, частицы со спином I описываются тензором ранга 21, так что для I > 1 следует различать параметры поляризации 2-го, 3-го рангов и т.д.

В 1970 году на 3-м Международном симпозиуме по поляризационным явлениям была принята так называемая Мэдисоновская конвенция , которая, в частности, регламентирует обозначения и терминологию для поляризационных экспериментов. При записи ядерной реакции А(а, Ь)В над частицами, которые вступают в реакцию в поляризованном состоянии или поляризационное состояние которых наблюдается, ставятся стрелки. Например, запись 3Н(с?,п)4Не означает, что неполяризованная мишень 3Н бомбардируется поляризованными дейтронами d и что наблюдается поляризация получающихся нейтронов.

Когда говорится об измерении поляризации частицы b в ядерной реакции, имеется в виду процесс А(а,Ь)В, т.е. при этом пучок и мишень не поляризованы. Параметры, описывающие изменения сечения реакции, когда либо пучок либо мишень (но не оба) поляризованы, называются анализирующими способностями реакции вида А(а, Ь)В. Таким образом, кроме специальных случаев, поляризации и анализирующие способности должны четко различаться, так как характеризуют различные реакции.

Реакции типа A (a, b)B, А(а,Ь)В и т.д. называются реакциями передачи поляризации. Параметры, связывающие спиновые моменты частицы b и частицы о, называются коэффициентами передачи поляризации.

Термин "спиновые корреляции" применяется к экспериментам по изучению реакций вида А (а, Ъ)В и А(а,Ь)В, причем в последнем случае поляризация обеих результирующих частиц должна измеряться в одном и том же событии.

В экспериментах с пучком поляризованных частиц (измерения анализирующих способностей) в соответствии с Мэдисоновской конвенцией ось z направляют по импульсу пучковой частицы kjn, ось у - по к{п х kout (т.е. перпендикулярно плоскости реакции), а ось х должна быть направлена так, чтобы полученная система координат была правовинтовой.

Поляризационное состояние системы частиц со спином / может быть полностью описано (21+1)2 - 1 параметрами. Таким образом, для частиц со спином 1/2 три параметра pi образуют вектор р, называемый вектором поляризации. Выражение в терминах оператора спина 1/2, обозначаемого сг, следующее:

Pi = fa) , i = x,y,z , (5) где угловые скобки означают усреднение по всем частицам ансамбля (в нашем случае - пучка). Абсолютная величина р ограничена < 1. Если мы некогерентно смешаем п+ частиц в чистом спиновом состоянии, т.е. полностью поляризованных в некотором данном направлении, и частиц, полностью поляризованных в противоположном направлении, поляризация составит р - , или p = N+-N- , (6) если под iV+ = и AL = п™+п понимать долю частиц в каждом из двух состояний.

Поскольку поляризация частиц со спином 1 описывается тензором, представление ее усложняется и становится менее наглядным. Поляризационные параметры являются некоторыми наблюдаемыми величинами оператора спина 1, S. Используются два различных набора определений для соответствующих поляризационных параметров - декартовы тензорные моменты Pi, pij и спиновые тензоры tkq . В декартовых координатах, согласно Мэдисоновской конвенции, параметры поляризации определяются как

Pi - (Si) (векторная поляризация), (7) 3 щ - -{SiSj + SjSi) - 25ij (тензорная поляризация), (8) где S - оператор спина 1, г, j - х, у, г. Поскольку = 5(5 + 1) =2 , (9) г имеем связь

Pxx+Pyy+Pzz = 0 . (10)

Таким образом, тензорная поляризация описывается пятью независимыми величинами (рхх, руу, рху, pxz, pyz), что вместе с тремя компонентами вектора поляризации дает восемь параметров для описания поляризованного состояния частицы со спином 1. Соответствующая матрица плотности может быть записана в виде:

Р = \{ 1 + + SjSi)} . (11)

Описание поляризационного состояния в рамках спиновых тензоров удобно, поскольку они проще, чем декартовы, преобразуются при вращениях системы координат. Спиновые тензоры связаны между собой следующим соотношением (см. ): tkq - N Y,{kiqik2q2\kq)ikiqiik2qz > (12)

9192 где q\k2q2\kq) - коэффициенты Клебша-Гордана, а N - нормировочный коэффициент, выбираемый так, чтобы выполнялось условие

Sp(MU) = (2S + l)6kkl6qqi . (13)

Низшие спиновые моменты равны:

Ю = 1 5 h о - Sz , h -1 = ^(Sx - iSy) .

Для спина I индекс к пробегает значения от 0 до 21, а |д| < к. Отрицательные значения q могут быть отброшены, поскольку имеется связь tk q = (-1)Ч*к + . Для спина 1 сферические тензорные моменты определяются как

Таким образом, векторная поляризация описывается тремя параметрами: действительный tw и комплексный £ц, а тензорная поляризация - пятью: действительный £20 и комплексные ^ь hi

Далее рассмотрим ситуацию, когда спиновая система имеет осевую симметрию относительно оси ((обозначение л оставим для системы координат, связанной с рассматриваемой реакцией, как описано выше). Такой частный случай интересен тем, что пучки от источников поляризованных ионов обычно обладают осевой симметрией. Представим такое состояние как некогерентную смесь, содержащую долю N+ частиц со спинами вдоль С, долю AL частиц со спинами вдоль и долю No частиц со спинами, равномерно распределенными по направлениям в плоскости, перпендикулярной к В этом случае только два поляризационных момента пучка отличны от нуля, t\o (или р^) и t2о (или р^). Направим ось квантования вдоль оси симметрии £ и заменим в обозначениях t на г и z на (. При этом очевидно, что (5^) просто равна N+ - N-, и в соответствии с (15) и (7):

15) векторная поляризация), t2i = -^((Sx.+ iSy)Sg.+ Sg(Sx+iSy)) , t22 = f((Sx + iSy)2) тензорная поляризация).

17) (N+ - N-) (векторная поляризация).

Из (16) и (8) следует, что

Т20 = ^=(1 - 3Nq) или РСС = (1-ЗАЬ) где использовано, что (N+ + N-) = (1 - No).

Если все моменты 2-го ранга отсутствуют (N0 = 1/3), говорят о чисто векторной поляризации пучка. Максимально возможные значения поляризации такого пучка тГ0акс- - у2/3 или (19) рмакс. 2/з (чисто векторная поляризация).

Для случая чисто тензорной поляризации (тю = 0) из уравнений (17) и (18) получаем

-\/5<Т2О<-7= ИЛИ (20) л/2

2 < рсс < +1 .

Нижняя граница соответствует No - 1, верхняя - АГ+ = AL = 1/2.

В общем случае ось симметрии £ поляризованного пучка от источника может быть ориентирована произвольным образом по отношению к системе координат xyz, связанной с рассматриваемой реакцией. Выразим спиновые моменты в этой системе. Если ориентация оси (задается углами /3 (между осями z и С) и ф (вращение на -ф вокруг оси z приводит ось С в плоскость yz), как это показано на Рис, 3, и в системе С поляризации пучка равны тю, Т20, то тензорные моменты в системе xyz равны:

Векторные моменты: Тензорные моменты:

10 = r10COS/3 , t20 = -7p(3cOS2/? - 1) , (21) itn = ^Lsin/fe4*-. t2l = sinPcosРе{ф, л/2 л/2

В общем случае инвариантное сечение a = Eda/dp реакции A(a, b)B записывается в виде: ст = ao(Etkqnq) . (22) k,q

Величины Tkq называются анализирующими способностями реакции. Мэдисоновская конвенция рекомендует обозначать тензорные анализирующие способности как Tkq (сферические) и A;, Лу (декартовы). Четыре анализирующих способности - векторная гТц и тензорные Тю, Т2\ и Т22

Рис. 3: Ориентация оси симметрии £ поляризованного пучка относительно системы координат xyz, связанной с реакцией, xz - плоскость реакции, (3 - угол между осями z (направление падающего пучка) и вращение на-ф вокруг оси z приводит ось £ в плоскость yz.

Являются действительными вследствие сохранения четности, а Тю = 0. С учетом этих ограничений уравнение (22) принимает вид: сг = <70-.

В декартовых координатах это же сечение записывается в виде:

3 1 2 1 а - сто tkq , (25) т.е. векторная анализирующая способность равна векторной поляризации в обратной реакции: гТи = г^рреакц- или Ау = , (26) но для тензорного момента Тц имеет место смена знака:

T2l = -^р.реакц. ^ (2?)

Для упругого рассеяния, когда реакция идентична своей обратной, векторная поляризация равна векторной анализирующей способности. Поэтому в некоторых работах по изучению рассеяния поляризованных частиц говорится об измерениях поляризации, когда, строго говоря, измерялась анализирующая способность. Тем не менее, для упругого рассеяния дейтронов необходимо различать анализирующую способность и поляризацию £21 из-за различия в знаке.

В.4 Краткий обзор данных по реакции фрагментации дейтронов в кумулятивные протоны

Кратко суммируем известные на настоящий момент результаты изучения реакции фрагментации дейтронов в протоны d(pd > 1 ГэВ/с) + А р{® = 0°) + X , (28) поскольку они потребуются при мотивации рассматриваемых в диссертационной работе измерений и обсуждении полученных результатов.

За двадцать лет исследований реакции (28) с поляризованными и неполяризованными дейтронами накоплен большой объем экспериментальных данных, которые инициировали появление целого ряда теоретических моделей, направленных на описание структуры дейтрона и механизма реакции. Данная реакция имеет самое большое, по сравнению с фрагментацией в другие адроны, сечение, и наглядную интерпретацию в рамках импульсного приближения. При этом основной вклад в сечение дает спектаторный механизм, который изображается диаграммой, приведенной на Рис. 4.

Рис. 4: Спектаторная диаграмма для фрагментации дейтрона в протон.

Для двухкомпонентной (S- и D-волны) волновой функции дейтрона (далее - "ВФД") дифференциальное сечение (Eda/dp) и тензорная анализирующая способность Т20 записываются следующим образом:

E~{p)^(u2(k)+w2(k)) , . , 2u(k)w(k) -w2(k)/V2 da u2(k) + w2(k)

Здесь p - импульс детектируемого протона, и и w - радиальные компоненты ВФД для S- и D-волны, соответственно. Из-за существенной роли релятивистских эффектов связь переменной к, играющей роль внутреннего импульса нуклона в дейтроне, с импульсом регистрируемого протона зависит от способа описания дейтрона. Это связано с принципиальной невозможностью разделить , движение центра масс и относительное движение в системе частиц, движущихся с релятивистскими скоростями. Вообще говоря, способ релятивизации ВФД, т.е. способ учета в ней релятивистских эффектов, является одним из основных отличий между теоретическими моделями, применяющимися для описания реакции (28). Поэтому при сравнении экспериментальных данных с теоретическими моделями конкретный способ релятивизации ВФД будет специально оговариваться, здесь же будем опираться на так называемую схему минимальной релятивизации. Схемой минимальной релятивизации называют рассмотрение ВФД в динамике на световом фронте с фиксированным выбором направления светового фронта (z + t = 0). Указанный подход, по-видимому, впервые был предложен в и широко использовался при описании составных релятивистских систем (см., например, , , , ). В таком подходе импульс р детектируемого протона и внутренний импульс к нуклона в дейтроне связаны соотношением: т, М - массы протона и дейтрона, р, d - их трехмерные импульсы. В качестве волновой функции используются нерелятивистские функции, зависящие от А; и умноженные на нормировочный коэффициент 1/(1 - а).

Сечение фрагментации неполяризованных дейтронов в протоны под нулевым углом исследовано в интервале от 2,5 до 17,8 ГэВ/с импульса первичных дейтронов в работах , , , , , , . В целом полученные экспериментальные спектры неплохо описываются спек

32) таторным механизмом с использованием общепринятых ВФД, например ВФД Рейда или Парижской .

0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 k. GeV/c

Рис. 5: Распределение нуклонов по относительным импульсам в дейтроне, извлеченное из экспериментальных данных для различных реакций с участием дейтрона. Рисунок взят из работы .

Так, из Рис. 5 видно, что находятся в хорошем согласии импульсные распределения нуклонов в дейтроне, извлеченные из данных для реакций: неупругого рассеяния электронов на дейтроне d(e,e")X , упругого протон-дейтронного рассеяния назад p{d,p)d , и развала дейтрона. За исключением интервала внутренних импульсов к от 300 до 500 МэВ/с данные описываются спектаторным механизмом с использованием Парижской ВФД . Для объяснения расхождения в указанной области привлекались дополнительные механизмы. В частности, учет вклада от перерассеяния пиона в промежуточном состоянии , , позволяет удовлетворительно описать данные. Однако неопределенность в расчетах составляет порядка 50 % из-за неопределенности в знании вершинной функции irN, которая, кроме того, при таких расчетах должна быть известна вне массовой поверхности. В работе для объяснения экспериментальных спектров учитывалось то обстоятельство, что для больших внутренних импульсов (т.е. малых межнуклонных рассто

0.4 1.2 2.0 2.В яний Inn - 0,2/к) могут проявиться ненуклонные степени свободы. В частности, в указанной работе вводилась примесь шестикварковой компоненты \6q), вероятность которой составляла ~ 4 %.

Таким образом, можно отметить, что в целом спектры протонов, полученные при фрагментации дейтронов в протоны под нулевым углом, удается описать вплоть до внутренних импульсов ~ 900 МэВ/с. При этом необходимо либо учитывать следующие после импульсного приближения диаграммы, либо модифицировать ВФД с учетом возможного проявления ненуклонных степеней свободы.

Поляризационные наблюдаемые для реакции развала дейтрона чувствительны к относительному вкладу компонент ВФД, соответствующих различным угловым моментам, поэтому эксперименты с поляризованными дейтронами дают дополнительную информацию о структуре дейтрона и механизмах реакции. В настоящее время имеются обширные экспериментальные данные по тензорной анализирующей способности Т20 для реакции развала тензорно поляризованных дейтронов. Соответствующее выражение в спектаторном механизме приведено выше, см. (30). Экспериментальные данные для Тад, полученные в работах , , , , , , , , , показаны на Рис. 6, откуда видно, что уже начиная с внутренних импульсов порядка 0,2 -f- 0,25 ГэВ/с данные не описываются общепринятыми двухкомпонентными ВФД.

Учет взаимодействия в конечном состоянии улучшает согласие с экспериментальными данными до импульсов порядка 0,3 ГэВ/с. Учет вклада шестикварковой компоненты в дейтроне , позволяет описать данные вплоть до внутренних импульсов порядка 0,7 ГэВ/с. Поведение Т20 для импульсов порядка 0,9 -f-1 ГэВ/с лучше всего согласуется с расчетами в рамках КХД по методу приведенных ядерных амплитуд , , учитывающем антисимметризацию кварков из различных нуклонов. Таким образом, суммируя вышеизложенное:

1. Экспериментальные данные для сечения фрагментации неполяризо-ванных дейтронов в протоны под нулевым углом удается описать в рамках нуклонной модели.

2. Данные для Т20 до настоящего времени описываются только с привлечением ненуклонных степеней свободы.

В.5 Цель и структура диссертационной работы

Целью данной диссертационной работы было получение экспериментальных данных о тензорной анализирующей способности Т20 реакции

Та, for df *12C-> p(O") + X

0 200 400 600 800 1000 к (MeV/c)

Рис. 6: Тензорная анализирующая способность Т2о реакции развала дейтрона. Рисунок взят из работы .

60) фрагментации тензорно поляризованных дейтронов в кумулятивные (подпороговые) пионы под нулевым углом на различных мишенях, а также создание программного обеспечения для систем сбора данных экспериментальных установок, проводящих поляризационные измерения на ускорительном комплексе ЛВЭ.

Структурно диссертационная работа состоит из введения, трех глав и заключения.

Похожие диссертационные работы по специальности «Физика атомного ядра и элементарных частиц», 01.04.16 шифр ВАК

  • Изучение угловой зависимости анализирующих способностей реакции dd→3Hp при энергии 200 МэВ 2010 год, кандидат физико-математических наук Курилкин, Алексей Константинович

  • Измерение тензорной и векторной анализирующих способностей неупругого рассеяния поляризованных дейтронов на протонах в области энергий возбуждения Роперовского резонанса и дельта-изобары 2001 год, кандидат физико-математических наук Малинина, Людмила Владимировна

  • Спектр масс уравнения Бете-Солпитера и релятивистские эффекты в протон-дейтронном рассеянии 2001 год, кандидат физико-математических наук Семих, Сергей Сергеевич

  • Изучение анализирующих способностей реакций dd→pX и d12C→pX при промежуточных энергиях 2011 год, кандидат физико-математических наук Киселев, Антон Сергеевич

  • Создание поляризованной водороднодейтериевой газовой мишени для эксперимента ANKE на внутреннем пучке накопительного кольца ускорителя COSY 2007 год, кандидат физико-математических наук Григорьев, Кирилл Юрьевич

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Исупов, Александр Юрьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Сформулируем основные результаты и выводы диссертационной работы:

1. Впервые измерена величина тензорной анализирующей способности Т2о в реакции d + А -7Г±(@ = 0°) + X фрагментации тензорно поляризованных дейтронов в кумулятивные пионы под нулевым углом в двух постановках:

При фиксированном импульсе пионов рп = 3,0 ГэВ/с для импульсов дейтронов pd в интервале от 6,2 до 9,0 ГэВ/с ;

При фиксированном импульсе дейтронов ра = 9,0 ГэВ/с для импульсов пионов Ртг в интервале от 3,5 до 5,3 ГэВ/с .

2. Измеренная величина тензорной анализирующей способности Т20 не зависит от атомной массы А ядра мишени в интервале А = 1-^-12.

3. Измеренная величина Т2о не зависит от знака регистрируемого пиона.

4. Измеренная величина Т20 даже качественно не описывается известными на данный момент теоретическими расчетами в импульсном приближении в нуклонной модели дейтрона.

5. Создана распределенная система сбора и обработки данных qdpb , предоставляющая основу для построения систем сбора данных экспериментальных установок.

6. На основе системы qdpb создана система сбора данных , DAQ СФЕРА, использовавшаяся к настоящему моменту в 8 сеансах на выведенном пучке Синхрофазотрона и Нуклотрона ЛВЭ.

7. На основе системы qdpb созданы системы сбора данных , , поляриметров ЛВЭ: высокоэнергетического на выведенном пучке, а также на внутренней мишени Нуклотрона - векторного поляриметра и впоследствии - векторно-тензорного поляриметра.

В заключение я хотел бы поблагодарить руководство Лаборатории высоких энергий и лично А.И.Малахова, а также персонал ускорительного комплекса и источника ПОЛЯРИС, многие годы обеспечивавших возможность проведения экспериментальных работ, результаты которых составили основу представленной диссертационной работы.

Приношу глубокую благодарность моим научным руководителям - А.ГЛитвиненко, без помощи которого в работе и поддержки в жизни данная диссертационная работа не была бы выполнена, и Л.С.Золину, инициировавшему как постановку описанных экспериментов, так и многие технические разработки, вошедшие в данную работу.

Считаю приятной необходимостью выразить искреннюю благодарность И.И.Мигулиной за моральную поддержку, которую невозможно переоценить, а также за многолетний труд в составе коллаборации СФЕРА, результаты которого существенно облегчили оформление диссертационной работы.

Считаю своим долгом поблагодарить моих коллег К.И.Грицая, С.Г.Резникова, В.Г.Ольшевского, С.В.Афанасьева, А.Ю.Семенова за многочисленные обсуждения и разнообразную помощь в различных аспектах данной работы и за многолетнее общение на профессиональные (и не только) темы, а также всех участников коллаборации СФЕРА в течение последнего десятилетия, ибо без них абсолютно невозможно было бы получение результатов, представленных в данной работе.

Отдельная благодарность автора - сотрудникам высокоэнергетического поляриметра ЛВЭ Л.С.Ажгирею и В.Н.Жмырову, а также ныне покойному Г.Д.Столетову за плодотворное сотрудничество, приведшее к созданию современного поляриметрического ПО.

Я благодарен Ю.К.Пилипенко, Н.М.Пискунову и В.П.Ладыгину, выступившим в разное время инициаторами части разработок, вошедших в диссертационную работу.

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Исупов, Александр Юрьевич, 2005 год

1. А.М.Балдин. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 8(3), 429, (1977).

2. А.В.Ефремов. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 13(3), 613, (1982).

3. В.С.Ставинский. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 10(5), 949, (1979).

4. В.К.Лукьянов и А.И.Титов. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 10(4), 815, (1979).

5. O.P.Gavrishchuk et al. Nuclear Physics A, A(523), 589, (1991).

6. И.М.Беляев, О.П.Гаврищук, Л.С.Золин и В.Ф.Переседов. Ядерная Физика, 56(10), 135, (1993).

7. N.A.Nikiforov et al. Phys.Rev.C, C(2), 700, (1980).

8. С.В.Бояринов и др. Ядерная Физика, 50(6), 1605, (1989).

9. С.В.Бояринов и др. Ядерная Физика, 54(1), 119, (1991).

10. К.В.Аланакян и др. Ядерная Физика, 25, 545, (1977).

11. L.Anderson et al. Phys.Rev.C, C28(3), 1224, (1983).

12. E.Moeller et al. Phys.Rev.C, C28(3), 1246, (1983).

13. A.M.Baldin. Nuclear Physics A, A(434), 695, (1985).

14. В.В.Буров, В.КЛукьянов и А.И.Титов. Сообщения ОИЯИ, Р2-10244, (1976).

15. A.M.Baldin. JINR Communications, Е2-83-415, (1983).

16. A.V.Efremov et al. In Proceedings of the Xlth International Seminar on High Energy Physics Problems, ISHEPP"92, page 309, Dubna, Russia, (1992). JINR, Dubna, 1994.

17. BCDMS Collaboration. JINR Communications, El-93-133, (1993).

18. A.G.Litvinenko, A.I.Malakhov, and P.I.Zarubin. Scale Variable for Description of Cumulative Particle Production in Nucleus-Nucleus Collisions. JINR Rapid Communications, l58]-93, 27-34, (1993).

19. L.S.Schreder. Phys.Rev.Lett., 43(24), 1787, (1979).

20. И.М.Беляев и др. Препринт ОИЯИ, Р1-89-463, (1989).

21. А.М.Балдин и др. Ядерная Физика, 20, 1201, (1979).

22. Ю.С.Анисимов, ., А.Ю.Исупов и др. Изучение зависимости сечений фрагментации релятивистских дейтронов в кумулятивные 7г~-мезоны от атомного веса ядра мишени. Ядерная Физика, 60(6), 1070-1077, (1997).

23. W.Haeberli. Ann. Rev. Nucl. Sci., 17, 373, (1967).

24. Л.ИЛапидус. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 15(3), 493, (1984).

25. H.H.Barshall and W.Haeberli. In Proc. 3rd Int. Symp. Polarization Phenomena Nucl. Reactions, page XXV, Madison, USA, (1970). Univ. of Wisconsin Press, Madison, 1971.

26. LJ.B.Goldfarb. Nucl.Phys., 7, 622, (1958).

27. W.Lakin. Phys.Rev., 98, 139, (1955).

28. D.M.Brink and G.R.Stachler. Angular Momentum. Oxford Claredon Press, (1968).

29. G.R.Satchler. Nucl.Phys., 8, 65, (1958).

30. L.C.Biedenharn. Nucl.Phys., 10, 620, (1959).

31. Л.ДЛандау и Е.М.Лифшиц. Теория поля. Наука, М., 7-ое изд., (1988).

32. В.А.Карманов. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 19(3), 525, (1988).

33. P.A.M.Dirak. Rew.Mod.Phys., 21(3), 392-399, (1949).

34. Л.А.Кондратюк и М.В.Терентьев. Ядерная Физика, 4, 1044, (1980).

35. L.L.Frankfurt and M.I.Strikman. Phys.Rep., 76, 215, (1981).

36. A.P.Kobushkin. J.Phys.G.: Nucl.Part.Phys., 12, 487, (1986).

37. Г.ИЛыкасов. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 24(1), 140, (1993).

38. В.Г.Аблеев и др. Письма в ЖЭТФ, 37, 196, (1983).

39. V.G.Ableev et al. Nuclear Physics A, A(393), 491, (1983).

40. V.G.Ableev et al. Nuclear Physics A, A(411), 541e, (1983).

41. А.М.Балдин и др. Препринт ОИЯИ, Р1-11168, (1977).

42. V.G.Ableev et al. JINR Rapid Communications, l52]-92, 10, (1992).

43. V.V.Glagolev et al. Z.Phys.A, A(357), 608, (1997).

44. R.V.Reid. Ann.Phys. (N.Y.), 50, 411, (1968).

45. M.Lancombe et al. Phys.Lett.B, B(101), 139, (1981).

46. A.P.Kobushkin. In Proceedings of the International Symposium DEUTERON"93, DEUTERON"93, Dubna, Russia, (1993). JINR, Dubna, 1994.

47. P.Bosted. Phys.Rev.Lett., 49, 1380, (1982).

48. P.Berset et al. J.Phys.G.: Nucl.Part.Phys., 8, Llll, (1982).

49. М.А.Браун и В.В.Вечернин. Ядерная Физика, 28, 1446, (1978).

50. М.А.Браун и В.В.Вечернин. Ядерная Физика, 46, 1579, (1986).

51. М.А.Игнатенко и Г.ИЛыкасов. Ядерная Физика, 48, 1080, (1987).

52. A.Kobushkin and L.Vizireva. J.Phys.G.: Nucl.Part.Phys., 8, 893, (1982).

53. C.F.Perdrisat. Phys.Rev.Lett., 59, 2840, (1987).

54. V.Punjabi et al. Phys.Rev.C, C39, 608, (1989).

55. В.Г.Аблеев и др. Письма в ЖЭТФ, 47, 558, (1988).

56. V.G.Ableev et al. JINR Rapid Communications, 443]-90, 5, (1990).

57. N.T.Cheung et al. Phys.Lett.B, B(284), 210, (1992).

58. V.Kuehn et al. Phys.Lett.B, B(334), 298, (1994).

59. T.Aono et al. Phys.Rev.Lett., 74, 4997, (1995).

60. L.S.Azhgirey et al. Phys.Lett.B, B(387), 37, (1996).

61. L.S.Azhgirey et al. JINR Rapid Communications, 377]-96, 23, (1996).

62. M.G.Dolidze and G.I.Lykasov. Z.Phys.A, A(335), 95, (1990).

63. M.G.Dolidze and G.I.Lykasov. Z.Phys.A, A(336), 339, (1990).

64. A.P.Kobushkin. J.Phys.G.: Nucl.Part.Phys., 19, (1993).

65. S.J.Brodsky and J.R.Hiller. Phys.Rev.C, C(28), 475, (1983).

66. Л.С.Ажгирей и др. Приборы и техника эксперимента, 1, 51, (1997).

67. Ю.С.Анисимов,., А.Ю.Исупов и др. Поляриметр для внутреннего пучка Нуюготрона. Письма в ЭЧАЯ, 1(1 118]), 68-79, (2004).

68. Ю.С.Анисимов, ., А.Ю.Исупов и др. Измерение тензорной анализирующей способности реакции фрагментации тензорно-поляризованных дейтронов с импульсом от 6,2 до 9,0 ГэВ/с в кумулятивные пионы. Краткие сообщения ОИЯИ, 573]-95, 3M0,1995).

69. S.Afanasiev,., A.Yu.Isupov, T.Iwata, et al. Tensor Analyzing Power T20 for Cumulative Pion Production from Deuterons in the GeV Energy Region. Nuclear Physics A, A(625), 817-831, (1997).

70. S.V.Afanasiev, A.Yu.Isupov, et al. Fragmentation of Tensor Polarized deuterons into cumulative pions. Phys.Lett.B, B(445), 14-19, (1998).

71. K.I.Gritsaj and A.Yu.Isupov. A Trial of Distributed Portable Data Acquisition and Processing System Implementation: the qdpb Data

72. Processing with Branchpoints. JINR Communications, E10-2001-116, 1-19, (2001).

73. A.Yu.Isupov. Data acquisition systems for the high energy and Nuclotron internal target polarimeters with network access to polarization calculation results and raw data. Czech. J. Phys. Suppl., A55, A407-A414, (2005).

74. L.Zolin, A.Litvinenko, and P.Rukoyatkin. The Study of the Tensor Analyzing Power in Cumulative Particle Production on a Polarized Deuteron Beam at the Dubna Synchrophasotron. JINR Rapid Communications, 1 69]-95, 53, (1995).

75. Н.С.Амелин и Г.ИЛыкасов. Ядерная Физика, 33, 100, (1981).

76. S.L.Belostozky et al. Phys.Lett.B, B(124), 469, (1983).

77. СЛ.Белостоцкий и др. Ядерная Физика, 42, 1427, (1985).

78. O.P.Gavrishchuk et al. Phys.Lett.B, B(255), 327, (1991).

79. I.M.Belyaev et al. JINR Rapid Communications, 228]-88, (1988).

80. О.П.Гаврищук, Л.С.Золин и И.Г.Косарев. Сообщения ОИЯИ, Р1-91-528, (1991).

81. L.S.Azhgirey et al. JINR Communications, El-94-155, (1994).

82. A.A.Nomofilov et al. Phys.Lett.B, B(325), 327, (1994).

83. I.M.Sitnik et al. In Proceedings of the Xlth International Seminar on High Energy Physics Problems, ISHEPP"92, page 443, Dubna, Russia, (1992). JINR, Dubna, 1994.

84. L.L.Frankfurt and M.I.Strikman. Nuclear Physics A, A(407), 557, (1983).

85. M.V.Tokarev. In Proceedings of the International Workshop DEUTERON"91, volume E2-92-25 of DEUTERON"91, page 84, Dubna, Russia, (1991). JINR, Dubna, 1992.

86. I.B.Issinsky et al. Acta Phys. Polonica, 25, 673, (1994).

87. A. A.Belushkina et al. In Proc. of the 7-th Int. Symp. on High Energy Spin Physics, volume 2, page 215, Protvino, USSR, (1986). IHEP, Serpukhov, 1987.

88. Л.С.Золин, А.Г.Литвиненко, Ю.К.Пилипенко, С.Г.Резников, П.А.Рукояткин и В.В.Фимушкин. Мониторинг тензорной поляризации дейтронных пучков высокой энергии. Краткие сообщения ОИЯИ, 288]-98, 27-36, (1998).

89. V.G.Ableev et al. Nucl.Instr.and Meth.in Phys.Res., A(306), 73, (1991).

90. Ю.Е.Борзунов и др. Приборы и техника эксперимента, 3, 31, (1984).

91. С.А.Аверичев и др. Сообщения ОИЯИ, Р1-85-512, (1985).

92. R.Brun et al. GEANT Users Guide., volume Entry W5013 of CERN Program Library. CERN, Geneva, Switzerland, (1994).

93. А.М.Балдин и др. Сообщения ОИЯИ, 1-82-28, (1982).

94. И.Х.Атанасов и И.Р.Русанов. Препринт ОИЯИ, Р13-2000-123, (2000).

95. Maurice J. Bach. The design of the UNIX operating system. Prentice-Hall Corp., New Jersey, (1986).

96. U. Vahalia. UNIX internals: the new frontiers. Prentice-Hall Corp., New Jersey, (1996).

97. D.Burckhart et al. Review and Prospects of the CASCADE Data Acquisition System at CERN. In Proc. of the Conf on Real-Time Applications of Computers in Nuclear, Particle and Plasma Physics, East Lansing, Michigan, USA, (1995).

98. В.Г.Ольшевский и В.Ю.Помякушин. Использование ОС UNIX на управляющей ЭВМ установки МЮСПИН. Сообщения ОИЯИ, Р10-94-416, 1, (1994).

99. К.И.Грицай и В.Г.Ольшевский. Программный пакет для работы с КАМАК в операционной системе FreeBSD. Сообщения ОИЯИ, Р10-98-163, 1, (1998).

100. I.Churin and A.Georgiev. Microprocessing and Microprogramming, 23, 153, (1988).

101. В.А.Антюхов, Н.И.Журавлев, С.В.Игнатьев, Г.Крайпе, А.В.Малышев, Т.Опалек, В.Т.Сидоров, А.Н.Синаев, А.А.Стахин и И.Н.Чурин. Цифровые блоки в стандарте КАМАК (выпуск XVIII). Сообщения ОИЯИ, Р10-90-589, 20, (1990).115116117118119120121122123124

102. B.А.Антюхов, Н.И.Журавлев, С.В.Игнатьев, Г.Крайпе,

103. A.В.Малышев, Т.Опалек, В.Т.Сидоров, А.Н.Синаев, А.А.Стахин и И.Н.Чурин. Цифровые блоки в стандарте КАМАК (выпуск XVIII). Сообщения ОИЯИ, Р10-90-589, 16, (1990).

104. C.Н.Базылев, В.М.Слепнев и Н.А.Шутова. Контроллер крейта КАМАК ССРС4 на базе полнокомплектного IBM PC. Труды XVII Международного симпозиума по ядерной электронике; NEC"1997, стр. 192, Varna, Bulgaria, (1997). JINR, Dubna, 1998.http://afi.jinr.ru/ccpc .

105. Valerie Quercia and Tim O"Reilly. Volume Three: X Window System User"s Guide. O"Reilly & Associates, (1990).

106. R.Brun, N.Buncic, V.Fine, and F.Rademakers. ROOT. Classes Reference Manual. CodeCERN, (1996). See also http://root.cern.ch/.

107. R.Brun and F.Rademakers. ROOT An Object Oriented Data Analysis Framework. In Proc. of the AIHENP"96 Workshop, volume A(389) of Nucl.Instr.and Meth.in Phys.Res. (1997), pages 81-86, Lausanne, Switzerland. See also http://root.cern.ch/.

108. R.Brun, N.Buncic, V.Fine, and F.Rademakers. ROOT. Overview. CodeCERN, (1996). See also http://root.cern.ch/.

109. R.Brun and D.Lienart. HBOOK Users Guide., volume Entry Y250 of CERN Program Library. CERN, Geneva, Switzerland, (1987).

110. N.G.Anishchenko et al. In Proc. of the 5-th Int. Symp. on High Energy Spin Physics, volume 95 of AIP Conf, page 445, Brookhaven, New York, (1982). AIP, New York, 1983.

111. B.С.Барашенков и Н.В.Славин. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 15(5), 997, (1984).

112. Л.С.Ажгирей и др. Дифференциальное сечение, тензорная Ауу и векторная Ау анализирующие способности реакции 12C(d, р)Х при 9 ГэВ/с и угле испускания протонов 85 мрад. Препринт ОИЯИ, Р1-98-199, 1-31, (1998).

113. М.А.Браун и М.В.Токарев. Физика элементарных частиц и атомного ядра, 22, 1237, (1991).

114. A.Yu.Illarionov, A.G.Litvinenko, and G.I.Lykasov. Czech. J. Phys. Suppl., A51, A307, (2001).

115. A.yu.Illarionov, A.G.Litvinenko, and G.I.Lykasov. Polarization Phenomena in Fragmentation of Deuterons to Pions and Non-nucleon Degrees of Freedom in the Deuteron. Eur. Phys. J., A(14), 247, (2002).

116. А.Ю.Илларионов, А.Г.Литвиненко и Г.И.Лыкасов. Теоретический анализ тензорных анализирующих способностей в реакции фрагментации дейтронов в пионы. Ядерная Физика, 66(2), 1-14, (2003).

117. R.Machleidt, K.Holinde, and Chelster. Phys.Rep., 149, 1, (1987).

118. W.W.Buck and F.Gross. Phys.Rev., D20, 2361, (1979).

119. F.Gross, J.W.VanOrden, and K.Holinde. Phys.Rev., C45, R1909, (1990).

120. A.Yu.Umnikov. Z.Phys., A357, 333, (1997).

121. А.В.Ефремов и др. Ядерная Физика, 47, 1364, (1988).

Обратите внимание, представленные выше научные тексты размещены для ознакомления и получены посредством распознавания оригинальных текстов диссертаций (OCR). В связи с чем, в них могут содержаться ошибки, связанные с несовершенством алгоритмов распознавания. В PDF файлах диссертаций и авторефератов, которые мы доставляем, подобных ошибок нет.

Дейтрон - ядро, состоящее из одного протона и одного нейтрона. Изучая свойства этой простейшей ядерной системы (энергию связи дейтрона, спин, магнитный и квадрупольный моменты) можно подобрать потенциал, описывающий свойства нуклон-нуклонного взаимодействия.

Волновая функция дейтрона ψ(r) имеет вид

является хорошим приближением для всей области изменения r.
Так как спин и четность дейтрона 1 + , нуклоны могут находиться в s-состоянии (L = 0 + 0), а их спины должны быть параллельны. Отсутствие у дейтрона связанного состояния со спином 0, говорит, что ядерные силы зависят от спина.
Магнитный момент дейтрона в S-состянии (см. Магнитный момент ядра) μ(S) = 0.8796μ N , близок к экспериментальному значению. Различие можно объяснить небольшой примесью D-состояния (L = 1 + 1) в волновой функции дейтрона. Магнитный момент в D-состоянии
μ(D) = 0.1204μ N . Примесь D-состояния составляет 0.03.

Наличие примеси D-состояния и квадрупольного момента у дейтрона свидетельствуют о нецентральном характере ядерных сил. Такие силы называются тензорными. Они зависят от величины проекций спинов s 1 и s 2 , нуклонов на направление единичного вектора , направленного от одного нуклона дейтрона к другому. Положительный квадрупольный момент дейтрона (вытянутый эллипсоид) соответствует притяжению нуклонов, сплюснутый эллипсоид - отталкиванию.

Спин-орбитальное взаимодействие проявляется в особенностях рассеяния частиц с ненулевым спином на неполяризованных и поляризованных мишениях и в рассеянии поляризованных частиц. Зависивость ядерных взаимодействий от того, как направлены орбитальный и спиновый моменты нуклона друг относительно друга, можно обнаружить в следующем эксперименте. Пучок неполяризованных протонов (спины с одинаковой вероятностью направлены условно говоря "вверх" (синие кружки на рис. 3) и "вниз" (красные кружки)) падает на мишень 4 He. Спин 4 He J = 0. Так как ядерные силы зависят от относительной ориентации векторов орбитального момента и спина , при рассеянии происходит поляризация протонов, т.е. налево с большей вероятностью рассеиваются протоны со спином "вверх" (синие кружки), для которых ls, а направо большей вероятностью рассеиваются протоны со спином "вниз" (красные кружки), для которых ls. Количество протонов рассеянных направо и налево одинаково, однако при рассеянии на первой мишени происходит поляризация пучка - преобладание в пучке частиц с определенным направлением спина. Далее правый пучок в котором преобладают протоны со спином "вниз" падает на вторую мишень (4 He). Также как и при первом рассеянии протоны со спином "вверх" преимущественно рассеиваются налево, а со спином "вниз" преимущественно рассеиваются направо. Но т.к. во вторичном пучке преобладают протоны со спином "вниз", при рассеянии на второй мишени будет наблюдаться угловая асимметрия рассеянных протонов относительно направления пучка, падающего на вторую мишень. Количество протонов, которые регистрируются левым детекторов будет меньше количества протонов, регистрируемых правым детектором.
Обменный характер нуклон-нуклонного взаимодействия проявляется при рассеянии нейтронов высоких энергий (несколько сот МэВ) на протонах. Дифференциальное сечение рассеяния нейтронов имеет максимум при рассеянии назад в с.ц.м., что объясняется обменом заряда между протоном и нейтроном.

Свойства ядерных сил

  1. Малый радиус действия ядерных сил (a ~ 1 Фм).
  2. Большая величина ядерного потенциала V ~ 50 МэВ.
  3. Зависимость ядерных сил от спинов взаимодействующих частиц.
  4. Тензорный характер взаимодействия нуклонов.
  5. Ядерные силы зависят от взаимной ориентации спинового и орбитального моментов нуклона (спин-орбитальные силы).
  6. Ядерное взаимодействие обладает свойством насыщения.
  7. Зарядовая независимость ядерных сил.
  8. Обменный характер ядерного взаимодействия.
  9. Притяжение между нуклонами на больших растояниях (r > 1 Фм) сменяется отталкиванием на малых (r < 0.5 Фм).

Нуклон-нуклонный потенциал имеет вид (без обменных членов)