ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2015, том 79, № 7, с. 958-962
УДК 539.172.3
ИЗМЕРЕНИЕ КОМПОНЕНТЫ ТЕНЗОРНОЙ АНАЛИЗИРУЮЩЕЙ СПОСОБНОСТИ T20 КОГЕРЕНТНОГО ФОТОРОЖДЕНИЯ НЕЙТРАЛЬНОГО ПИОНА НА ТЕНЗОРНО-ПОЛЯРИЗОВАННОМ ДЕЙТРОНЕ НА НАКОПИТЕЛЕ ВЭПП-3
© 2015 г. С. А. Зеваков1, В. В. Гаузштейн2, Р. А. Головин1, А. В. Грамолин1, В. Ф. Дмитриев1, 3, Р. Р. Дусаев2, Б. А. Лазаренко1, С. И. Мишнев1, Д. М. Николенко1, И. А. Рачек1, Р. Ш. Садыков1, В. Н. Стибунов2, Д. К. Топорков1, 3, Ю. В. Шестаков1
E-mail: S.A.Zevakov@inp.nsk.su
Описан эксперимент по измерению компоненты тензорной анализирующей способности Т20 реакции когерентного фоторождения нейтрального пиона на тензорно-поляризованной дейтериевой
мишени (у d ^ dn ). Измерения проводились в двух кинематических диапазонах: энергии фотонов
Е, = 200-500 МэВ и угле вылета нейтрального пиона ©7 = 100°-140°, Еу = 300-600 МэВ и ©7 =
1 п 1 п
= 40°-70°. В эксперименте используется сверхтонкая внутренняя газовая поляризованная мишень. Детекторы нейтрального пиона и дейтрона регистрируют эти частицы на совпадениях. Измерение степени поляризации мишени и светимости эксперимента проводились с помощью регистрации упругого рассеяния электрона на дейтроне при малом переданном импульсе. Предварительные результаты эксперимента сравниваются с некоторыми теоретическими предсказаниями.
DOI: 10.7868/S0367676515070285
Множество как экспериментальных, так и теоретических работ посвящено исследованиям взаимодействия дейтрона с электронами и фотонами [1—8]. Когерентное фоторождение нейтрального пиона на дейтроне — важный процесс в ядерной физике, который дает ценную информацию о структуре дейтрона, пион-нуклонного и нуклон-нуклонного взаимодействий. Наличие всего двух частиц в конечном состоянии упрощает расчеты и позволяет делать более определенные предсказания как об их взаимодействии, так и о промежуточных состояниях протон-нейтронной пары.
На фоне проведенных неполяризационных экспериментов по исследованию этой реакции количество поляризационных с измерением различных
поляризационных наблюдаемых очень мало. Есть лишь несколько измерений сигма-асимметрии [9, 10]. Измерения же тензорной анализирующей способности реакции полностью отсутствовали до появления наших данных [11], которые были получены из статистического материала эксперимента по фотодезинтеграции дейтрона [12]. Точность этих измерений была невысока из-за низкой эффективности регистрации пиона, так как детектор был оптимизирован на изучение процесса фотодезинтеграции дейтрона на протон и нейтрон.
Выражение для дифференциального сечения реакции фоторождения нейтрального пиона на поляризованном дейтроне записывается как
da _ da
dQ _ dQ
0J 1 - _Pzsin©HsinФнГц(Ey, ©Z) + .¡1P
2Pzz
3 COs ©H 1 T ( ET ©цм) -2-T20(Ey, ©п0 ) +
(1)
+ 3sin2©HCOSФнT21(Ey, ©Цм) + /3яп2©н^2ФнТ22(Ev ©Цм)
1Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерной физики имени Г.И. Будкера Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск.
2Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования национальный исследовательский томский политехнический университет.
3Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Новосибирский национальный исследовательский государственный университет.
Рис. 1. Кинематика когерентного фоторождения нейтрального пиона на тензорно-поляризованном дей-* 0
троне (уd ^ п ф. 1 — плоскость реакции, 2 — плоскость поляризации, 9н — угол между вектором поляризации и импульсом у-кванта, Фн — угол между плоскостью поляризации (содержит ось поляризации и импульс у-кванта) и плоскостью реакции (содержит импульсы дейтрона и пиона), Еу — энергия фотона,
®ц™ — угол вылета пиона, ку — импульс фотона,
п
кп» — импульс пиона, kd — импульс дейтрона, ^ — угол вылета дейтрона.
где ст0 — сечение реакции на неполяризованном дейтроне, ©н — угол между вектором поляризации и импульсом у-кванта (см. рис. 1), Фн — угол между плоскостью поляризации (содержит ось поляризации и импульс у-кванта) и плоскостью реакции (содержит импульсы дейтрона и пиона) (см. рис. 1); Рг (Р^) — степень векторной (тензорной) поляризации мишени, которая выражается через п+, п0, п— (заселенности состояний дейтрона с проекцией спина +1, 0, —1) следующим образом:
= п - п , ргг = 1 - 3 п
(2)
Векторная анализирующая способность Т11 и три компоненты тензорной анализирующей способности реакции Т2 есть функции энергии фотона и угла вылета пиона.
Выражение для тензорной асимметрии имеет следующий вид:
= 72-
+ -а - а
(3)
Р+а - Р-а
где ст+(а—) — сечение реакции с соответствующей поляризацией Р+г (Р—).
Рис. 2. Криогенный источник поляризованных атомов.
В данной работе были проведены измерения тензорной анализирующей способности Т20 реакции уd ^ пРй с улучшением точности и расширением кинематических параметров по сравнению с предыдущими нашими измерениями [11], а также были измерены дифференциальные сечения реакции.
Эксперимент проводился с использованием методики сверхтонкой поляризованной внутренней мишени [13—15] в электронном накопителе ВЭПП-3.
Для получения тензорно-поляризованной дейтериевой мишени в эксперименте использован криогенный источник поляризованных атомов (рис. 2), разработанный в ИЯФ [16] и обеспечивающий интенсивность 8 • 1016 ат • с-1. На выходе источника атомы дейтерия имели степень тензорной поляризации близкую к предельным величинам —2 и +1 (см. формулу (2)), а степень векторной поляризации Рг была близка к нулю (не более 2%). Степень тензорной поляризации атомов, поступающих из источника, регулярно контролировалась в ходе набора данных "Брейт— Раби"-поляриметром. Переключение знака тензорной поляризации происходило каждые 30 секунд, что позволило снизить систематическую ошибку измерений. Источник, совместно с охлаждаемой (до температуры жидкого азота) накопительной ячейкой (рис. 3), позволяет получать толщину поляризованной мишени 5 • 1013 ат • см-2. В данном эксперименте направление магнитного поля совпадало с направлением движения электронов и, следовательно, с направлением квазиреального фотона (см. рис. 1), т.е. ©н = 0. В таких условиях тензорная асимметрия, согласно формулам (1) и (3), ат = Т20.
960
ЗЕВАКОВ и др.
Рис. 3. Накопительная ячейка.
Система регистрации эксперимента (рис. 4 и 5) ориентирована на детектирование следующих двух процессов.
Первый процесс: когерентное фоторождение нейтрального пиона. Фотоны от распада нейтрального пиона регистрируются электромагнитным №!/С8!-калориметром. Калориметр состоит из
Рис. 4. Схема эксперимента: 1 — электронный пучок накопителя ВЭПП-3; 2 — накопительная ячейка тен-зорно-поляризованной дейтериевой мишени; 3 — сцинтилляторы дейтронного плеча детектора с центральным полярным углом 25 градусов. Электромагнитный калориметр: 4 — кристаллы CsI, 5 — кристаллы Nal; 6 — пластмассовые сцинтилляторы антисовпадений заряженных частиц; 7 — дрейфовые координатные камеры; 8 — сцинтиллятор дейтронного плеча LQ-поляриметра; 9 — электронное плечо LQ-поляриметра; 10 — сцинтиллятор дейтронного плеча детектора с центральным полярным углом 70 градусов.
152 кристаллов CsI, установленных на 14 специально изготовленных подставках — "линейках", и 14 кристаллов Nal. Он перекрывает полярный угол ©у = 50—150 градусов. Размеры кристаллов: CsI — 60 х 60 х 150 мм, Nal - 55 х 115 х 300 мм. Суммарная толщина кристаллов составляет 10 радиационных длин. Перед калориметром установлены пластмассовые сцинтилляционные счетчики для отбраковки заряженных частиц. Дейтроны регистрировались в двух диапазонах полярных углов с центральными углами ©d = 25 и 70 градусов дрейфовыми камерами и пластмассовыми сцинтилля-ционными счетчиками.
Второй процесс: упругое ed-рассеяние на малые углы (LQ-поляриметр). Эта хорошо изученная реакция используется для измерения поляризации мишени [17] и светимости эксперимента. Поляриметр состоит из детекторов электронов и дейтронов отдачи. Детектор электронов — секционированный сэндвич с центральным полярным углом 10 градусов. Дейтроны регистрируются дрейфовыми камерами и пластмассовыми сцин-тилляторами, при этом центральный угол вылета дейтронов отдачи ©d = 80 градусов. Детекторы регистрируют эти частицы на совпадениях. В обеих реакциях система регистрации эксперимента перекрывает азимутальный угол 60 градусов.
Набор статистики данного эксперимента продолжался 8 недель, при этом суммарный интеграл тока пучка электронов ВЭПП-3 составил 154 кКл (набранный интеграл светимости ~30 пб-1).
Средняя толщина мишени, измеренная LQ-поляриметром, составила 3.3 • 1013 ат • см-2, а средняя степень поляризации мишени P+z = 0.379 ± ± 0.011 ± 0.01, где первая ошибка статистическая,
Рис. 5. Детектор, установленный на накопителе ВЭПП-3. 1 — сцинтиллятор дейтронного плеча LQ-поляриметра, 2 — сцинтиллятор дейтронного плеча детектора с центральным полярным углом 70 градусов, 3 — дрейфовые координатные камеры.
d
3
4
вторая — систематическая (модельная). Отношение степеней поляризации принято:
Р-/Р+ = -2.
На рис. 6 представлены первые предварительные результаты по измерению компоненты тензорной анализирующей способности Т20. На графике показана зависимость Т20 от угла вылета пиона в диапазоне энергий фотона Еу = 230—290 МэВ, а также приведено несколько теоретических предсказаний. Здесь использована часть статистики, которая относится к диапазону углов вылета пиона
©Т = 100°—140° для событий реакции с дейтро-
п
нами, остановившимися в первом тонком (2 см.) сцинтилляторе дейтронного плеча детектора на средние углы (требуемое условие: отсутствие сигнала в следующем слое сцинтиллятора). Для каждой точки показана статистическая ошибка.
Наибольший вклад в систематическую ошибку измерения Т20 вносят погрешности измерения степени поляризации мишени. Систематическая ошибка измерения Т20 из-за этой погрешности составила 3.9%.
Возникает вопрос о вкладе других процессов, продукты которых могут дать в детекторе (^у)-совпадения. Согласно работе [11], это, например, такие реакции фоторождения, как yd ^ я0
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.