МАТЕРИАЛЫ ЬХШ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОНФЕРЕНЦИИ "ЯДРО-2013" "Фундаментальные проблемы ядерной физики и атомной энергетики" (ЬХШ Международная конференция по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра) (Москва, октябрь 2013)
Председатель Оргкомитета ЬХШ Международной конференции "ЯДРО-2013" "Фундаментальные проблемы ядерной физики и атомной энергетики" (ЬХШ Международная конференция по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра) академик В.А. Матвеев
Материалы ЬХШ Международной конференции "ЯДРО-2013" "Фундаментальные проблемы ядерной физики и атомной энергетики" (ЬХШ Международная конференция по ядерной спектроскопии и структуре атомного ядра) под общей редакцией д-ра физ.-мат. наук Н.С. Зеленской
ИЗВЕСТИЯ РАН. СЕРИЯ ФИЗИЧЕСКАЯ, 2014, том 78, № 5, с. 522-526
УДК 539.17
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЙТРОН-НЕЙТРОННЫХ И ПРОТОН-ПРОТОННЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ В МАЛОНУКЛОННЫХ СИСТЕМАХ В РЕАКЦИЯХ С ДВУМЯ НУКЛОНАМИ В КОНЕЧНОМ СОСТОЯНИИ
© 2014 г. Е. С. Конобеевский1, В. И. Кукулин2, С. В. Зуев1, В. М. Лебедев2, М. В. Мордовской1, А. В. Спасский2
E-mail: konobeev@inr.ru
Сильные расхождения между теорией и экспериментом, обнаруженные в nd- и pd-взаимодействи-ях, указывают на необходимость продолжения исследования механизмов различных процессов в малонуклонных системах. Для изучения nn- и рр-корреляций в ядрах 3He и 3H планируется исследование реакций d + 3H ^ 3He + (nn) и 3He + d ^ 3H + (pp). На дейтроном пучке НИИЯФ МГУ проведены тестовые измерения в реакции d + 2H ^ 2He + (nn), подтвердившие методическую возможность проведения планируемых экспериментов.
Б01: 10.7868/80367676514050159
ВВЕДЕНИЕ
Основной целью физики малонуклонных систем на протяжении последних 40 лет ее развития была попытка строго количественно описать разнообразные процессы в малонуклонных системах на основе современных высокоточных 2Ы- и 3Ы-взаимодействий с использованием строгих уравнений Фаддеева. На начальном этапе этих исследований указанная цель казалась весьма далекой. Со стороны теории — по причине огромной трудоемкости полного решения уравнений Фаддеева (УФ) с учетом всей сложности реалистических 2Ы- и 3Ы-сил и очень высоких требований к производительности используемых для этой цели компьютеров и суперкомпьютеров. Со стороны эксперимента — из-за трудностей в проведении прецизионных измерений сечений реакций с тремя частицами в конечном состоянии. Однако, благодаря достигнутому в последние годы большому прогрессу как в экспериментальной технике, так и в численном решении УФ на больших суперкомпьютерах, главные цели, провозглашенные еще в 60-х годах прошлого века, стали вполне достижимыми.
В итоге в последние годы было выполнено множество экспериментов, в которых были весьма точно измерены как сечения упругого ЫА N=
1 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт ядерных исследований Российской академии наук, Москва.
2 Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего профессионального образования Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова Научно-исследовательский институт ядерной физики имени Д.В. Скобельцына.
= р, п)-рассеяния в широком интервале энергий, так и сечения трехчастичного развала N + ё ^ N+ + п + р в различных геометриях. Эти точные экспериментальные данные затем были подвергнуты тщательной проверке на основе детальных расчетов на основе УФ, и оказалось, что во многих случаях наблюдаются сильные расхождения полученных экспериментальных данных с результатами наиболее полных и точных на сегодня фаддеевских расчетов, причем истинные причины этих расхождений до сих пор остаются неясными, несмотря на огромные затраченные усилия.
В частности, сильные расхождения между теорией и экспериментальными данными обнаружены в реакции трехчастичного развала п + ё ^ п + п + р в кинематике нейтрон-нейтронного квазисвободного рассеяния (КСР). Экспериментальные сечения пп-КСР были получены при исследовании реакции пё-развала при энергии падающих нейтронов Еп = 26 МэВ [1] и Еп = 25 МэВ [2]. Оказалось, что экспериментальные сечения превышают теоретические оценки на ~ 18%. При этом теория хорошо описывает сечения пр-КСР, полученные при Еп = 26 МэВ [1], измеренные в той же кинематике КСР. Теоретический анализ, проведенный в [3], показал, что теоретические результаты почти не зависят от выбора типа стандартных ЫЫ-потенциалов. Кроме того, включение современных 3Ы-сил также не приводило к улучшению согласия эксперимента и теории для сечений пп-КСР.
Так как в сечении КСР при низких энергиях доминирует синглетная ^-составляющая, авторы [3] пришли к выводу, что именно этот вклад
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЙТРОН-
Рис. 1. Зависимость расчетной энергии динейтронно-
го состояния от параметра X.
недооценен, и эта недооценка и является причиной несовпадения экспериментальных и расчетных сечений. Чтобы как-то исправить ситуацию они предложили ввести фактор усиления X син-глетного ^-потенциала V следующим образом: VmCSo) = XVcBBonn(1S0). Это означает, что эффективное nn-взаимодействие в 3^-системе как-то усиливается за счет неясных причин. Значение X = 1.08 дает согласие теории и эксперимента как для np-, так и для nn-КСР, но приводит к уменьшению значения эффективного радиуса nn-взаи-модействия от ref = 2.75 до rejj = 2.41 фм. Такое перенормированное значение эффективного радиуса сильно нарушает зарядовую симметрию и зарядовую независимость ядерных сил, что не поддерживается современной теорией киральных взаимодействий. Значения X > 1 приводят к серьезным изменениям расчетной длины nn-рассе-яния и даже к изменению ее знака и существованию связанного "динейтрона" (см. рис. 1).
Данную кризисную ситуацию можно также проиллюстрировать сравнением экспериментальных и теоретических данных для трехнуклонного развала в системах n + d ^ n + n + p и p + d ^ ^ p + p + n в так называемой "Space Star''-кине-матике [4]. Хорошо видно (см. рис. 2), что экспериментальные данные для pd- и nd-развала сильно отличаются друг от друга, тогда как теоретические сечения развала оказываются почти одинаковыми и не совпадают с экспериментальными данными, т.е. вклад кулоновских эффектов в теории оказывается почти пренебрежимым, тогда как экспериментально эти эффекты оказываются весьма сильными. При этом модификация 1S0 nn-силы не позволяет сблизить расчеты и экспериментальные данные.
И ПРОТОН-ПРОТОННЫХ КОРРЕЛЯЦИЙ 523
d3a/8n18n2dS, мб ■ ср-2 ■ МэВ1
Рис. 2. Экспериментальные данные и результаты расчета для nd- и pd-развала в "Space Star'-кинематике. Эксперимент: nd-развал: • — [4], О — [5]; pd-развал: ■ — [6], □ — [7]; теоретические расчеты [8]: штриховая линия — pd-развал, сплошная линия — nd-развал.
1. ПОСТАНОВКА ЭКСПЕРИМЕНТА И РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ
Возможное объяснение этой загадки, которое кажется весьма правдоподобным, предложено авторами дибарионной модели ядерных сил [9] — это предположение, что в ядре 3Н (система п + п + р) дополнительная корреляция двух нейтронов, индуцированная протоном, приводит к появлению эффективного "слабосвязанного состояния" двух нейтронов в поле протона, а в ядре 3Не (система р + р + п) появляется околопороговое состояние двух протонов в поле нейтрона. Но при слабой связи двух нейтронов в 3Н замена их на два протона в 3Не и дополнительное кулоновское взаимодействие в рр-паре может кардинально изменить весь механизм такой парной корреляции. В частности, вместо "связанной" пп-пары получается резонансная рр-пара, и динамика ее распада будет совсем иной, чем динамика распада "эффективного пп-связанного состояния". Тут следует подчеркнуть, что указанные корреляционные эффекты целиком основаны на гипотезе об образовании в парах пп и рр на малых расстояниях промежуточного дибариона [10], вероятность рождения которого сильно зависит от среднего расстояния между соответствующей парой нуклонов. Такой тип зависимости возникает только в таких моделях сил, где два нуклона могут сливаться в промежуточную нестабильную частицу, т.е. в случае «-, а не 1-ка,-нального обмена.
524
КОНОБЕЕВСКИЙ и др.
70
80
90 ©п, град
Рис. 3. Двумерная диаграмма Е*(пп) — ©п.
Уместно напомнить тут, что в обычных мезон-обменных моделях ядерных сил №¥-взаимодей-ствие носит ¿-канальный характер с особенностями по переданному импульсу. Такой характер взаимодействия приводит с необходимостью к статическому (или почти статическому) потенциалу ^^-взаимодействия.
Идея предлагаемых нами экспериментов состоит в том, что если из 3Н быстро удалить протон, а из 3Не — нейтрон, то наблюдаемый характер импульсных распределений "оставшихся" пп- и рр-пар не должен измениться, так как ди-нейтронная и дипротонная пары являются в таком эксперименте "спектаторами". Они быстро вылетают из зоны реакции без сильных искажений того состояния, которое эта пара имела первоначально, поэтому предлагаемая нами серия экспериментов направлена как раз на исследование исходных парных пп- и рр-корреляций в 3Н и 3Не соответственно. В результате на основе качественных аргументов, приведенных выше, можно ожидать, что измеренные нами пп- и рр-корреля-ции, в частности извлеченные в эксперименте эффективные длины рассеяния и энергии квазисвязанной пары, окажутся совсем не те, которые присущи свободным пп- и рр-системам.
Нами предлагается исследование реакций подхвата протона (нейтрона) из ядра 3Н (3Не) в реакциях
D + 3Н ^ 3Не + (пп), (1)
3Не + 2Н ^ 3Н + (рр). (2)
Применяемые методы и подходы будут рассмотрены на примере реакции (1). Различия при исследовании реакции (2) в основном будут связаны с использованием пучка 3Не и дейтериевой мишени (вместо дейтронного пучка и тритиевой мишени в реакции (1)) и детектированием вто-
ричного протона вместо нейтрона. Проведенное кинематическое моделирование двух реакций показало, что отличия в методике измерений и качестве получаемых данных несущественны.
Основным условием эксперимента (1) является детектирование в совпадении заряженной частицы (3Не) и нейтрона. Будут использованы пучок дейтронов с энергией 20—30 МэВ и тонкая ти-тан-тритиевая мишень. Углы регистрации будут соответствовать кинематике двухчастичной реакции ё + 3Н ^ 3Не + 2
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.