ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2009, том 72, № 3, с. 486-492
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
ОБРАЗОВАНИЕ КУМУЛЯТИВНЫХ ДЕЙТРОНОВ В СОУДАРЕНИЯХ ЯДЕР КИСЛОРОДА С ПРОТОНАМИ ПРИ ИМПУЛЬСЕ 3.25 ГэВ/с НА НУКЛОН
© 2009 г. Х. К. Олимов*
Физико-технический институт Научно-производственного объединения "Физика—Солнце"
АН Республики Узбекистан, Ташкент Поступила в редакцию 01.08.2008 г.
Впервые в условиях 4^-геометрии изучено образование кумулятивных ядер 2Н в 16Ор-соударениях при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон. Определен параметр То, характеризующий наклон спектра инвариантных сечений кумулятивных дейтронов в 16Ор-взаимодействиях. В результате анализа импульсного распределения кумулятивных ядер 2Н был определен вклад в образование кумулятивных дейтронов от процессов распада «-кластеров при поглощении ими медленных пионов в ядрах. Оценки вклада этих процессов на основе сравнения средних множественностей частиц и фрагментов в кумулятивных и некумулятивных событиях находятся в хорошем согласии со значением вклада, определенным из импульсного распределения кумулятивных дейтронов.
PACS:25.10.+Б, 25.55.-е
ВВЕДЕНИЕ
Настоящая работа посвящена изучению образования кумулятивных ядер 2Нв 16Ор-соударениях при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон и является продолжением цикла исследований [1—6]. В работах [1—4] нами изучено образование кумулятивных протонов в п-C, рС, 4НеС, СС, 16Op и р20Ne-соударениях в интервале первичных энергий 3—300 ГэВ, кумулятивных п+ - и п--мезонов в рС, 4НеС и СС-соударениях в диапазоне первичных энергий 4—10 ГэВ на нуклон, а работы [5] и [6] посвящены изучению кумулятивного образования ядер 4He и ядер с A = 3 в 16Op-взаимодействиях при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон. Обзоры многочисленных работ по кумулятивным процессам, а также актуальность исследований кумулятивного образования частиц и ядер, в особенности необходимость анализа различных корреляций в выходе кумулятивных ядер и сопутствующих частиц и фрагментов для получения ценной информации о механизмах кумулятивного образования, приведены подробно в [7] и кратко в нашей недавней работе [5]. Для более полного анализа корреляций в выходе кумулятивных ядер и сопутствующих частиц и фрагментов, естественно, необходимы эксклюзивные эксперименты с регистрацией всех вторичных продуктов реакции и измерением с
E-mail: olimov@uzsci.net
высокой точностью их кинематических характеристик. Такие эксперименты проще проводить в случае легких ядер-снарядов [8].
В настоящей работе изучены спектры инвариантных сечений и импульсного распределения кумулятивных дейтронов, а также корреляции в выходе кумулятивных дейтронов и сопутствующих частиц и фрагментов в 16Ор-соударениях при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон с целью выявления особенностей кумулятивных событий и получения информации о механизмах образования кумулятивных ядер Экспериментальный материал получен с помощью 1-м водородной пузырьковой камеры ЛВЭ ОИЯИ, облученной релятивистскими ядрами 16О на Дубненском синхрофазотроне, и основан на анализе 8712 полностью измеренных 16Ор-событий при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон. Однородность мишени и низкая плотность рабочей жидкости камеры позволили однозначно идентифицировать заряды всех вторичных фрагментов и с высокой точностью измерить их импульсы. В настоящем эксперименте, когда используется пучок ядер, налетающих на протон-мишень, образовавшаяся кумулятивная частица (или ядро) является быстрой в системе покоя камеры и эффективность ее регистрации близка к 100%. Одно- и двух-зарядные фрагменты рассматривались с длинами их треков в рабочем объеме камеры, превышающими Ь = 35 см. При таком отборе средняя относительная погрешность определения импульсов
этих фрагментов не превышает 3.5%. При определении средних множественностей были учтены поправки на потерю фрагментов из-за взаимодействия с рабочей жидкостью камеры на длине Ь ^ ^ 35 см. Для фрагментов с зарядами Z ^ 3 такие ограничения на длину треков не накладывались, так как не проводилась идентификация их масс. Следует отметить, что на всем экспериментальном материале не было обнаружено ни одного события с суммарным зарядом многозарядных фрагментов ^ ^ 2), превышающим заряд фрагментирующего ядра кислорода.
В качестве протонов-фрагментов, ядер дейтерия и ядер трития принимались положительные однозарядные частицы в интервалах импульсов в л.с. системе координат соответственно 1.75—4.75, 4.75—7.75 и ^7.75 ГэВ/с. Такой отбор по импульсному интервалу позволяет идентифицировать изотопы однозарядных фрагментов с вероятностью ^96%. Двухзарядные фрагменты с импульсом <10.75 ГэВ/с рассматривались как ядра 3Не, а с импульсом ^10.75 ГэВ/с — как ядра 4Не. При этом примеси ядер 3Не и 6Не, отнесенные к ядрам 4Не, не превышают 4.0 и 0.5% соответственно. Более подробно методические особенности эксперимента освещены в работах [9—11]. Определенное стандартным образом неупругое сечение 16 Ор-соударений при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон оказалось равным 334 ± 6 мбн [11].
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ДАННЫЕ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
На рис. 1 представлены экспериментальные инвариантные сечения / (Т) = Её3а/ё3р дейтронов, вылетающих в заднюю полусферу > 90о) в
зависимости от их кинетической энергии в системе покоя ядра кислорода в 16Ор-соударениях при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон. Как видно из рис. 1, в спектре инвариантного сечения дейтронов прослеживаются две области, в которых характер спектра различен: Т <ТС — "спектатор-ная" область и Т > ТС — кумулятивная область. Наблюдаемое различие в поведении спектра частиц в "спектаторной" и кумулятивной областях является общеизвестным фактом [7]. Изменение наклона спектра для кумулятивных протонов отмечалось, например, в работах [12, 13]. Дифференцируя спектр инвариантного сечения дейтронов, мы определили значение ТС ж 40 МэВ как точку перехода спектра из "спектаторной" в кумулятивную область. Значение ТС ж 40 МэВ (порядка энергии ферми-движения ядер 2Н в ядре 16О), полученное для кумулятивных дейтронов в 16Ор-соударениях при импульсе 3.25 ГэВ/с на
EdЗa/d3р, мбн ГэВ 2 с3 ср 1
0.04
0.08
0.12 Т, ГэВ
Рис. 1. Инвариантные сечения Ев3а/в3р дейтронов (•), вылетающих в заднюю полусферу > 90о), в зависимости от их кинетической энергии в системе покоя ядра кислорода в 16 Ор-взаимодействиях при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон. Прямая — результат аппроксимации экспериментальных данных в кумулятивной области Т > 40 МэВ функцией / = = Ас ехр(-Т/То).
нуклон, оказалось близким к соответствующему значению ТС ж 30—40 МэВ для кумулятивных ядер 2Н в 4Нер-взаимодействиях при импульсе 5 ГэВ/с [14] и совпало со значением ТС для кумулятивных дейтронов в 4Нер-взаимодействиях при импульсе 8.6 ГэВ/с [15, 16]. Статистика событий с образованием кумулятивных дейтронов в интервале кинетических энергий Т = 40—120 МэВ в системе покоя ядра кислорода составила 121 событие. Экспериментальный спектр / (Т) дейтронов в кумулятивной области Т > 40 МэВ аппроксимировался функцией / = А0 ехр(—Т/Т0) с параметром Т0 (или температурой), характеризующим наклон спектра в кумулятивной области и являющимся одним из важных характеристик кумулятивного образования. Сплошная прямая на рис. 1 — результат такой аппроксимации, а полученные значения параметров аппроксимации приведены в табл. 1. Значение Т0 = 23.0 ± 1.5 МэВ для кумулятивных дейтронов,
Таблица 1. Параметры аппроксимации / = = А0 ехр(—Т/Т0) инвариантных сечений кумулятивных дейтронов с Т > 40 МэВ, вылетающих в заднюю полусферу ($а1аЬ > 90°) в системе покоя ядра кислорода в 16Ор-взаимодействиях при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон
А0, мбн ГэВ-2 с3 ср-1 Т0, МэВ X2/ст. св.
424 ± 94 23.0 ±1.5 1.02
0
dNd/dP, (ГэВ/c)-1 103
102 г
101 г
0.6
P, ГэВ/c
Рис. 2. Импульсное распределение ¿Иа/¿Р дейтронов (•), вылетающих в заднюю полусферу > 90о), в системе покоя ядра кислорода в 16Ор-взаимодействиях при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон. Сплошная кривая — результат аппроксимации функцией Ь(Р) = Ао ехр(—ВоР2) импульсного распределения кумулятивных дейтронов с Р > 389 МэВ/с вне области 500 < Р < 640 МэВ/с, содержащей нерегулярность.
образованных в 16Ор-взаимодействиях при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон (что соответствует кинетической энергии протонов Tp ж 2.5 ГэВ в системе покоя ядра кислорода), оказалось выше значения T0 = 19 ± 1 МэВ для кумулятивных дейтронов, образованных в 4Нер-взаимодействиях [14] при импульсе 5 ГэВ/с (Tp ж 0.62 ГэВ) и значения T0 = = 17 ± 1 МэВ для кумулятивных дейтронов в 4Нер-взаимодействиях [15, 16] при импульсе 8.6 ГэВ/с (Tp ж 1.4 ГэВ). Этот результат не удивителен и согласуется с общей тенденцией уменьшения параметра T0 с падением первичной энергии в полном соответствии с гипотезой предельной фрагментации (ядерного скейлинга), сформулированной Лек-синым [7, 14]. Большее значение параметра T0 для кумулятивных дейтронов по сравнению со значениями T0 для кумулятивных ядер с A = 3 (T0 = 17 ± ± 1 МэВ [6]) и ядер 4Не (To = 12.2 ± 0.5 МэВ [5]) в 16Ор-соударениях при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон согласуется с известной закономерностью [7, 14]: с увеличением массы кумулятивного ядра уменьшается параметр T0. Недостаточно хорошее описание спектра f (T) кумулятивных дейтронов функцией f = A0 exp(—T/T0), как видно из рис. 1 и значения х2 в табл. 1, связано с нерегулярностью, выраженной в заметном превышении спектра f (T) кумулятивных дейтронов над кривой фита в области T ж 70—90 МэВ. Более четко эта нерегулярность выражена в области P ж 0.52—0.62 ГэВ/с
импульсного распределения дейтронов, вылетающих в заднюю полусферу > 90о) в системе покоя ядра кислорода в 16Ор-соударениях при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон (см. рис. 2).
Ранее в экспериментальном распределении всех дейтронов по кинетической энергии в системе покоя ядра кислорода в 16Ор-соударениях при импульсе 3.25 ГэВ/с на нуклон была обнаружена нерегулярность, проявляющаяся в четко выраженном "плече" в области Т ж 70—90 МэВ [17], которая отсутствовала в распределении дейтронов по каскадно-фрагментационной испарительной модели [18]. Интересно отметить, что резонанснопо-добная нерегулярность в спектре дейтронов выделялась явно в топологиях с суммарным зарядом многозар
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.