ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
ДИССОЦИАЦИЯ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЯДЕР ^ ПО КАНАЛУ
+ 4^ НА ПРОТОННОЙ МИШЕНИ
2015 г. Ю.А.Александров, Н. Г. Пересадько*, С.Г.Герасимов, В. А. Дронов, А. В. Писецкая, В. Н. Фетисов, С. П. Харламов, Л. Н. Шестеркина
Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия Поступила в редакцию 30.07.2014 г.; после доработки 10.10.2014 г.
Измерено дифференциальное сечение взаимодействия ядер 7Ве с протонами в области переданных импульсов до 0.5 ГэВ/с, при котором ядра 7Ве распадаются на фрагменты 3Не и 4Не без образования других заряженных частиц. В области переданных импульсов до ^100 МэВ/с, как и в случае диссоциации ядер 7Ы на протонной мишени по каналу 3Н + 4Не, наблюдается сильное подавление сечения. Полное сечение реакции равно 10 ± 4 мбн. Среднее значение переданных поперечных импульсов в наблюдаемых событиях равно 233 ± 6 МэВ/с с дисперсией распределения ^63 МэВ/с. Взаимодействия регистрировались в фотоэмульсии, облученной ядрами 7Ве, полученными перезарядкой ядер 7Ц ускоренных до импульса 1.7 А ГэВ/с на нуклотроне ОИЯИ.
DOI: 10.7868/80044002715020051
1. ВВЕДЕНИЕ
Для изучения механизмов ядро-ядерных взаимодействий и исследования структуры ядер используются данные по фрагментации релятивистских ядер. В ранних работах [1] при энергиях налетающих ядер несколько ГэВ на нуклон с использованием спектрометров и счетчиковой методики были получены сведения о каналах, полных сечениях и соотношении вкладов кулоновской и ядерной фрагментации. Сравнимые по величине вклады возникают от нуклонного распада гигантского резонанса в налетающем ядре, что представляет особый интерес для изучения коллективных возбуждений в радиоактивных ядрах. Более поздние исследования по фрагментации релятивистских ядер, выполненные на синхрофазотроне и нуклотроне ОИЯИ с пропановой камерой [2, 3] и фотоэмульсиями [4—8], были в основном направлены на регистрацию событий с вылетом протонов и легчайших ядер — дейтронов, трития, гелия-3 и а-частиц, во многом определяющих кластерную структуру легких ядер. Обширный обзор исследований по этой тематике представлен в работе [9]. Несмотря на невысокую статистику визуальных методов, с их помощью удается идентифицировать фрагменты по зарядам и массам, измерять их поперечные импульсы, а также по длине свободного пробега налетающего ядра для выделенного канала оценивать дифференциальные сечения.
E-mail: nat.peres@mail.ru
Весьма перспективными реакциями для проверки теоретических подходов являются каналы фрагментации, когда идентифицируются все частицы в конечном состоянии и измеряются их поперечные импульсы. Для этих процессов при исследовании электромагнитного и ядерного механизмов взаимодействий целесообразно измерять распределения событий по переданному поперечному импульсу Q. К таким реакциям следует отнести, например, диссоциацию ядер 6Ь1, 7Ь1 и 7Ве на пары легчайших ядер 2Н + 4Не, 3Н + 4Не и 3Не + 4Не, для которых существенно облегчается теоретический анализ данных по сравнению с многочастичными процессами. Сравнительно большое число этих событий, обнаруженных в ядерной эмульсии [6, 7, 10, 11], можно рассматривать как указание на большую вероятность двухкластерных компонент в волновых функциях исходных ядер. Эта идея нашла подтверждение при интерпретации результатов измерений зависимости от Q дифференциального сечения двухкластерной фрагментации ядра 7Ь1(3 А ГэВ/с) на ядрах фотоэмульсии [12, 13]. В рамках двухтельной модели 7Ь1 [14, 15] с использованием кластерного варианта дифракционной теории [16, 17], развитой по аналогии с теорией Ахиезера—Ситенко [18] расщепления дейтрона на нейтрон и протон, были получены дифракционные картины (в зависимости от переданного импульса) для канала диссоциации 7Ь1 ^ 3Н + 4Не на легких (С, Ы, О) и тяжелых (Ag, Вг) ядрах эмульсии. Для каждой группы ядер предсказы-
вается осциллирующая форма дифференциального сечения. Наложение двух групп дифракционных сечений дает приемлемое описание наблюдаемых нерегулярностей в распределении событий по Q. Вклад электромагнитной диссоциации на тяжелых ядрах составляет не более 10% с максимумом в области малых Q. Прямые доказательства предсказываемых дифракционных осцилляций сечений могли бы дать эксперименты с чистыми ядрами-мишенями, которые невозможно идентифицировать в фотоэмульсии. Единственной чистой ядерной мишенью в фотоэмульсии являются протоны. Поскольку вклад кулоновской диссоциации на протонах пренебрежимо мал, то весь процесс реализуется за счет ядерного взаимодействия. В работе [19] изучались события расщепления ядер ^(3 А ГэВ/с) по каналу ^ + 4Не при взаимодействии с протонами. Оказалось, что форма Q-зависимости дифракционного сечения реакции на протонах резко отличается от Q-зависимости сечения на сложных ядрах: при Q ^ 100 МэВ/с сечение почти полностью подавлено, при этом максимум сечения сдвинут в сторону большего значения Q относительно максимума сечения реакции на ядрах. Распределение событий по Q при диссоциации ^ на протоне имеет большее среднее значение Q и значительно меньшую дисперсию по сравнению с этими характеристиками на ядерных мишенях. Отметим, что данные по фрагментации на ядрах и протонах получаются в одном опыте — с одним и тем же блоком фотоэмульсий, облученных заданным пучком ядер. В настоящей работе анализируются события, в которых релятивистские ядра 7Ве, являющиеся компонентой изоспинового дублета 7Li—7Be, фрагментируют по каналу + 4Не при взаимодействии с протонами фотоэмульсии.
2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА
Вторичный пучок ядер 7Be был сформирован на нуклотроне ОИЯИ путем перезарядки ядер ускоренных до импульса 1.7 А ГэВ/с [20]. Ядрами 7Be облучалась эмульсионная камера, собранная из 15 слоев фотоэмульсии БР-2. Слои эмульсии имеют толщину около 600 мкм и линейные размеры 10 х 20 см. При облучении слои фотоэмульсии были расположены параллельно направлению пучка. Поиск взаимодействий релятивистских ядер 7Be с ядрами фотоэмульсии проводился на микроскопе МПЭ-11 прослеживанием следов пучковых ядер и по площади. Двухзарядные релятивистские фрагменты ядер 7Be определялись визуально по плотности ионизации следов. Направление следа релятивистского ядра до взаимодействия определялось по координатам нескольких точек на следе. Направления вылета релятивистских фрагментов
определялись по координатам вершины взаимодействия и координатам точек на следах, измеренных на расстояниях 500 и 1000 мкм от вершины. За результаты измерения принимались средние значения из нескольких измерений. Точность измерения пространственных углов вылета релятивистских фрагментов f относительно направления импульса ядра 7Ве составляет около 0.5 мрад, разброс в значениях азимутальных углов фf следов фрагментов составляет около 3°—5°. Массы релятивистских фрагментов оценивались методом многократного кулоновского рассеяния фрагментов в фотоэмульсии в горизонтальной плоскости. Для определения среднего угла рассеяния вдоль следа на расстояниях t последовательно измерялись Y-координаты следа [10, 19, 21]. Вторые разности Y-координат D характеризуют отклонения следа в горизонтальной плоскости, а отношение D/t характеризует угол рассеяния на длине t. При многократном кулоновском рассеянии распределение углов рассеяния и распределение вторых разностей Y-координат имеют нормальное распределение. Среднее значение (|D|) на ячейке длиной t определяется выражением (|D|) = KZft3/2/(pßc), где Zf, p, ßc — заряд, импульс и скорость частицы. Для константы рассеяния использовалось стандартное значение K = 28.5. Такая связь между (|D|) и величиной (pßc) позволяет оценить импульсы частиц и разделить фрагменты с одинаковым зарядом по их массе. В распределении двухзарядных фрагментов по величине (pßc) за минимальное значение (pßc) для а-фрагментов принята величина 5.4 ГэВ [10]. При диссоциации ядер 7Be на 3Не + 4He на протонной мишени кроме релятивистских фрагментов наблюдается протон отдачи. По пробегу и углу вылета протона относительно направления первичного ядра 7Ве определяются полный и поперечный переданные импульсы. Для изучения дифференциального сечения реакции при малых значениях переданного импульса особенно ценным является низкий энергетический порог регистрации протонов в фотоэмульсии. Можно принять, что в фотоэмульсии заряженная частица может быть надежно зарегистрирована, если ее пробег превышает 2 мкм. Импульс протона с таким пробегом равен примерно 25 МэВ/c. Низкий порог регистрации протонов с помощью фотоэмульсии позволяет идентифицировать диссоциацию ядра на протонах в области малых значений переданных импульсов, что трудно исследовать другими методами регистрации заряженных частиц. Так, в пропановой пузырьковой камере [2] протоны регистрировались только с импульсами, превышающими 150 МэВ/c.
ДИССОЦИАЦИЯ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЯДЕР 395
Таблица 1. Характеристики событий 7Ве + р ^ 3Ие + 4Ие + р, в которых протоны отдачи останавливаются в фотоэмульсии
Протон отдачи 3Не + 4Не Фя - ФР, град д-ды, МэВ/с
Пробег, мкм в(р), град Р{р), МэВ/с Pt(p), МэВ/с 6Я, град д, МэВ/с
1713 81.6 191 189 0.894 175 175 -14
10027 77.6 318 310 1.448 283 170 -27
430 83.5 128 127 0.696 136 -178 9
5791 78.1 271 265 1.414 276 175 И
3726 82.1 239 237 1.173 229 -172 -8
573 82.1 140 139 0.835 163 179 24
1293 82.6 176 174 0.876 171 168 -3
1950 80.6 198 195 0.978 191 -173 -4
2230 81.3 206 204 1.024 200 168 -4
12576 75.6 342 329 1.697 332 176 3
2032 80.0 200 197 1.102 215 -176 18
2337 80.7 209 206 1.057 204 -174 -2
2049 77 Л 207 202 1.061 207 -177 5
Среднее значение 80.2 217 213 1.10 214 174 ±13
Таблица 2. Характеристики событий 7Ве + р ^ 3Ие + 4Ие + р, в которых протоны отдачи не останавливаются в фотоэмульсии (значения Q вычислены с использованием импульса ядер 7Ве, равного 1.6 А ГэВ/с)
Протон 3Не + 4Не фс} -фр, град
Пробег, мкм 6{р), град Р(р), МэВ/с Рфр), МэВ/с 0(<2), град д, МэВ/с
>1642 79.6 >189 >186 1.056 204 -174
>3725 73.8 >238 >228 1.485 287 -171
>3101 69.4 >226 >212 1.366 264 177
>5549 77.0 >268 >261 1.564 302 175
>3067 76.6 >226 >220 1.852 357 175
Среднее знач. 75.3 1.46 283 173
3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ Р
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.