ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ ПАРАМЕТРЫ В УПРУГОМ рр-РАССЕЯНИИ В УГЛОВОМ ИНТЕРВАЛЕ 22.5°-42.5° ПРИ ЭНЕРГИИ 1 ГэВ И ФАЗОВЫЙ АНАЛИЗ ДАННЫХ
© 2004 г. В. А. Андреев, Н. А. Бажанов, В. Г. Вовченко, А. А. Жданов, А. И. Ковалев, Ф. Легар1), О. В. Миклухо, В. И. Мурзин, В. В. Поляков, А. Н. Прокофьев, Ю. М. Санжиев, В. Ю. Траутман, О. Я. Федоров, Ю. А. Честнов*, А. В. Шведчиков, Ю. А. Щеглов, В. А. Щедров
Петербургский институт ядерной физики РАН, Гатчина
Поступила в редакцию 14.04.2003 г.
Представлены результаты эксперимента, в котором в упругом до-рассеянии измерены параметр передачи поляризации Кп00п и поляризация Рп000 под углами 22.5°, 27.5°, 32.5° и 42.5° в с.ц.м. и анализирующая способность А000п под углами 22.5° и 27.5° в с.ц.м. В эксперименте использовался неполяризованный протонный пучок с энергией 1 ГэВ синхроциклотрона ПИЯФ, поляризованная протонная мишень и магнитный спектрометр высокого разрешения. Полученные данные анализируются и сравниваются с предсказаниями фазовых анализов.
1. ВВЕДЕНИЕ
Целью экспериментов по рассеянию протонов промежуточных энергий можно считать восстановление матрицы упругого рассеяния M, т.е. пяти ее комплексных амплитуд. Она может быть записана в форме
M(стl,ст2) = а + Ъа1п02и + (1)
+ с(а1и + ^2и) + е01т02т + ¡^11^21,
где аг — спиновые операторы (матрицы Паули) 1-го и 2-го протонов. Амплитуды а,Ь,е,в^ матрицы M являются функциями энергии Е и угла рассеяния в (далее в тексте в — угол в с.ц.м.).
Эффективным методом восстановления матрицы рассеяния является фазовый анализ, использующий разложение по полиномам Лежандра ее амплитуд в синглет-триплетном представлении. Коэффициентами разложения являются линейные комбинации парциальных амплитуд взаимодействия. Разные авторы используют различную форму записи парциальных амплитуд, т.е. разную параметризацию Б-матрицы. Мы будем придерживаться формы, использованной ранее в ОИЯИ (см., например, [1] и [2, 3]), в которой парциальные амплитуды состояний с полным спином Б, полным моментом 1 и орбитальным моментом Ь описываются фазовыми сдвигами ¿(25,+1 ЬJ), а для смешанных состояний с одинаковыми полными
1)DAPNIA/SPP, CEA/Saclay, Gif-sur-Yvette, France. E-mail: chestnov@mail.pnpi.spb.ru
моментами, но с разными орбитальными — также параметрами смешивания eJ. Фазовые сдвиги являются комплексными величинами с положительной мнимой частью, параметры смешивания — действительными величинами.
При энергии 1 ГэВ было выполнено несколько фазовых анализов (см. [3—6]). Различия в параметризации Б-матрицы, в числе и энергетическом диапазоне анализируемых экспериментальных данных, в способе их нормировки и т.д. приводят к тому, что решения разных анализов в сопоставимых параметрах различаются, хотя есть качественное согласие в описании основных особенностей взаимодействия (см. разд. 6).
К настоящему времени выполнена обширная программа исследования рассеяния протонов с полным набором ориентаций поляризаций протонов пучка и мишени. В области энергии около 1 ГэВ измерено более 17 независимых наблюдаемых (см. разд. 6), если отнести их к угловому интервалу 0° < в < 90° (ниже все экспериментальные данные сведены к этому интервалу). В основном они относятся к диапазону 40° < в < 90°. При малых углах в < 30° были измерены лишь дифференциальное сечение и поляризация (анализирующая способность). Можно ожидать (не принимая во внимание корреляции параметров в минимизируемом функционале, см. разд. 6), что недостаток экспериментальных данных под малыми углами приводит к заметной неопределенности искомых фазовых сдвигов с большими угловыми моментами.
Ранее авторами был измерен ряд поляризационных параметров в упругом рр-рассеянии при энергиях около 1 ГэВ в угловом интервале в > 30° [2, 3, 7—11]. К ним относились параметр деполяризации Бп0п0, измеренный на поляризованном протонном пучке синхроциклотрона ЛИЯФ, и параметр передачи поляризации Кп00п, измеренный на непо-ляризованном пучке и поляризованной протонной мишени.
Измерения поляризационных параметров в области малых углов требуют решения дополнительных экспериментальных проблем. Во-первых, протоны отдачи в этом угловом диапазоне имеют малую энергию, что создает трудности при выделении коррелированных рр-совпадений. Во-вторых, при использовании твердотельных поляризованных протонных мишеней, в которых содержание поляризуемых протонов составляет около 10% от полного числа нуклонов, под малыми углами растет вклад фона от сопутствующих каналов протон-ядерного взаимодействия.
При близких к 1 ГэВ энергиях параметры деполяризации и передачи поляризации ранее измерялись при 800 МэВ в диапазоне 4.8° < в < 23.8° в LAMPF с использованием поляризованного пучка и жидководородной мишени [12]. События упругого рр-взаимодействия под фиксированным углом выделялись по импульсу рассеянного протона.
В настоящем эксперименте на неполяризован-ном протонном пучке и поляризованной протонной мишени в упругом рр-рассеянии при энергии 1 ГэВ измерялись параметр передачи поляризации Кп00п и поляризация Рп000 под углами (л.с.) 9°, 11°, 13° и 17°, что соответствует 22.5°, 27.5°, 32.5° и 42.5° в с.ц.м., и анализирующая способность А000п под углами 22.5° и 27.5° в с.ц.м. Выделение упругого канала рассеяния на фоне других каналов осуществлялось по импульсу рассеянного протона, который измерялся магнитным спектрометром высокого разрешения МАП [13]. На входе спектрометра были установлены пропорциональные камеры для восстановления точки взаимодействия в мишени. Основная трудность эксперимента состояла в том, чтобы исключить влияние на измеряемые параметры фона протонов, рассеянных на нуклонах ядер поляризованной мишени. Проблема была решена за счет высокого импульсного разрешения спектрометра и выбора оптимального алгоритма обработки экспериментальных данных.
2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
Подробное описание экспериментальной уста-
новки и методика обработки экспериментальных
данных представлены в [14]. Схема установки при-
ведена на рис. 1. Пучок протонов синхроцикло-
трона ПИЯФ с энергией 1 ГэВ, сформированный
Рис. 1. Схема экспериментальной установки: К — коллиматор, ДЛ — дуплет квадрупольных линз, М — магнит, С — сцинтилляционные счетчики, ПК — пропорциональные камеры, МА — мишень-анализатор, ММ — мишень монитора. Показаны оси координат.
системой квадрупольных линз и коллиматоров, направлялся на поляризованную протонную мишень (ППМ) на основе пропандиола [15]. Мишень работала в режиме "замороженного" спина. Интенсивность пучка ~108 с-1 выбиралась из оценки времени релаксации поляризации (200—300 ч), которое снижалось из-за нагрева вещества мишени вследствие ионизационных потерь протонов пучка. Величина поляризации мишени Рт в эксперименте находилась в пределах 0.6—0.8. В дальнейшем положительная и отрицательная ориентации вектора поляризации мишени относительно направления вектора нормали к плоскости рассеяния обозначаются индексами и и Б соответственно.
Для определения вклада протонов, рассеянных на сложных ядрах поляризованной мишени, проводились измерения с эквивалентным по тормозной способности углеродным образцом — фоновой мишенью (ФМ).
Упругое рассеяние на протонах мишени выделялось по импульсу рассеянного протона, измерен-
ному магнитным спектрометром, угловое положение которого устанавливалось с точностью ±0.05°. Траектории рассеянных протонов, прошедших магнитное поле ППМ, восстанавливались по измеренным координатам треков в пропорциональных камерах ПК01 и ПК02, траектории протонов после магнитного поля спектрометра — по координатам в пропорциональных камерах ПК12 и ПК34.
Сигнал совпадения сцинтилляционных счетчиков Ci, C2 и C3 являлся триггером для системы считывания информации с пропорциональных камер. С помощью счетчика C3 выделялась центральная часть пучка для анализа поляризации. Сигнал от сцинтилляционного счетчика C11, регистрировавшего протоны отдачи, участвовал в формировании триггерного сигнала только в измерениях под углами 32.5° и 42.5°.
Протоны после мишени-анализатора (МА) регистрировались двумя пропорциональными камерами ПК5 и ПК6. В качестве мишени-анализатора использовался углеродный блок толщиной 17 см (29 г/см2).
Контроль интенсивности пучка осуществлялся сцинтилляционными счетчиками Cmi, Cm2 и Cm3, регистрировавшими протоны, рассеянные в вертикальной плоскости на полиэтиленовой мишени монитора (ММ).
3. ВОССТАНОВЛЕНИЕ ТРАЕКТОРИЙ ПРОТОНОВ
Прямолинейные пространственные траектории протонов после прохождения магнитного поля спектрометра рассматриваются в декартовой системе координат, в которой ось Z направлена по импульсу протонов, ось X лежит в горизонтальной плоскости (рис. 1), а ось Y направлена вверх. Проекции траекторий на горизонтальную и вертикальную плоскости восстанавливались независимо. Параметры этих прямых находились методом наименьших квадратов по четырем координатам в плоскостях камер ПК 12 и ПК34. Пространственная траектория описывалась четырьмя параметрами: a, x0 (плоскость XZ) и в, y0 (плоскость YZ), где a, в есть наклоны прямых, xo, yo — их координаты при z = 0. Траектории протонов после мишени-анализатора восстанавливались по координатам, измеренным камерами ПК5 и ПК6. Наклоны траекторий а56 и в56 вычислялись как отношение разности координат в камерах ПК5 и ПК6 к расстоянию между соответствующими плоскостями камер.
По найденным параметрам траекторий до и после мишени-анализатора находились: координаты точки анализирующего рС-рассеяния, значение
минимального расстояния между траекториями, полярный $ и азимутальный р углы рассеяния:
tg2$ = Да2 + Дв2, tg р = Ав/Аа, (2) Да = a56 - а, Дв = в5б - в.
Если в одной из плоскостей камер ПК5 и ПК6 (например, в XZ-плоскости координатной системы) отсутствовала координата трека, углы рассеяния восстанавливали, используя Z-координату рассеяния в другой плоскости (в YZ-плоскости). Из анализа исключались события, в которых: а) камерами ПК5 и ПК6 регистрировалось более одной частицы, б) точка рассеяния выходила за пределы мишени-анализатора (менее 5% событий), в) минимальное расстояние между траекториями превышало 4.5 мм (ме
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.