Измерение полного сечения фотообразования пи0-мезонов на ядрах Ве, С, О и Al в области энергии фотонов Егамма= (0, 18-1, 0) ГэВ без заряженных частиц в конечном состоянии

Эксперименты по фоторождениюмезонов начиная с.

1950 года, интенсивно проводились как зарубежными, так и советскими группами. Исследовались сечение фотообразованиямезонов под различными углами, Язависимость сечения для некоторых углов образования «-мезонов в области энергии.

Л (3/2, 3/2) резонанса. Особый интерес представляло исследование упругого фоторождения 4Т" -мезонов. Сечение упругого фоторождения 37″ ° -мезонов в электромагнитном поле ядра использовалось для определения времени жизни «-мезонов, а упругое ядерное рождение ЗГ°-мезонов — для изучения распределения ядерной материи. Результаты серии советских и зарубежных работ показали, что определенное таким путем распределение ядерной материи соответствует распределению заряда, полученному из экспериментов по рассеянию электронов.

Фоторождение «-мезонов на нуклонах в резонансной области энергии по аналогии с пион-нуклонным взаимодействием, в основном происходит через возбужденное барионное состояние и является одним из основных способов изучения статических характеристик этих резонансов.

Взаимодействие как пионов, так и фотонов с ядрами в резонансной области энергии в изобарных моделях приводит к возбуждению связанных нуклонов и образованию состояния изобара-дырка (Л h). Поведение состояния (л h) в ядре определяется взаимодействием г! -изобары с ядром. Поэтому, анализ экспериментальных результатов по полному сечению пион-ядерного взаимодействия в рамках изобарно-дырочного формализма позволил получить информацию о (Д/V) потенциале. Когерентное взаимодействие монохроматических фотонов с ядрами, то есть упругое рассеяние фотонов и когерентное фоторождение ^/" «-мезонов, рассмотренное в рамках изобарно-дырочного формализма, дополняет пион-ядерное взаимодействие и позволяет получить информацию о поведении различных A hпарциальных состояний.

Эти интересные возможности изучения д N взаимодействия инициировали проведение новых исследований фоторождения.

— мезонов на ядрах в резонансной области энергии. Были проведены эксперименты как на непрерывном пучке тормозных фотонов (Томск, Бонн), так и на меченом фотонном пучке (Ереван, Бонн).

Разделение когерентного фотообразования ^Г^-мезонов от некогерентного осуществлено как регистрацией ядра отдачи, так и выбором кинематической области, где некогерентным фотообразованием можно пренебречь.

Особый интерес представляет измерение полного сечения фотообразованиямезонов на ядрах в резонансной области энергии фотонов. Его величина вследствии резонансного характера взаимодействия дает прямую информацию об операторе рождения резонанс ов в ядерной среде и о взаимодействии рожденных пионов с ядром в конечном состоянии. Одним из проявлений влияния ядерной среды является отличное от единицы значение параметра экранирования, определяемое изучением JJзависимости полного сечения fT°-мезонов на ядрах. Измерение энергетической зависимости полного сечения фотообразования <$Г° -мезонов является также независимым методом определения когерентного фотообразования ч/Гмезонов, так как в области энергии фотонов -5- 250 МэВ полное сечение определено в основном когерентным взаимодействием, а при ^г^ 250 МэВ является суммой двухкогерентного и некогерентного взаимодействий и имея сечение некогерентного образования W° -мезонов, легко оценить сечение когерентного фотообразования* С другой стороны, полное сечение фотообразованиямезонов совместно с полным сечением заряженных адронов составляет полное сечение фотообразования адронов, непосредственное измерение которого, особенно в области 300 МэВ связано с большими экспериментальными трудностями*.

Настоящая работа посвящена измерению полного сечения фотообразованиямезонов на ядрах.

Зе. С, О. Яв в области энергии (0,18 — I) ГэВ. Работа выполнена на созданном нами меченом фотонном пучке на основе разреженного выведенного электронного пучка Ереванского синхротрона.

В данной диссертационной работе описывается получение разреженного (вторичного) выведенного электронного пучка, проектирование и создание меченого фотонного пучка и экспериментальной установки, методика проведения эксперимента, обработка и обсуждение полученных результатов.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка цитируемой литературы*.

Основные результаты, полученные в стадиях подготовки, проведения и анализа эксперимента и вошедшие в диссертационную работу, следующие:

1. На основе электронного пучка медленного вывода Ереванского синхротрона сформирован вторичный, разреженный пучок электронов с энергией (4,3+0,039) ГэВ и (1,65+0,028) ГэВ в двух разных циклах эксперимента. Интенсивность вторичного пучка /Уе= 6*КГ^/И? для энергии Е^ - 4,3 ГэВ и /Ve = Ю-3 А/о для = 1,65 ГэВ, где А4- интенсивность первичного электронного пучка. Вертикальный и горизонтальный профили пучка в цикле с Ее — 4,3 ГэВ перед магнитом системы мечения 0,5 см и I см, а в цикле с энергией Ее= 1"65 ГэВ на расстоянии от радиатора системы мечения 3,5 м — 0,6 см и.

2 см соответственно.

Угловая расходимость пучка 2 мрад и 4 мрад для циклов.

Е&- - 4,3 ГэВ и Ее~ 1,65 ГэВ соответственно.

2. Сформирован пучок меченых фотонов, позволяющий определить энергиюквантов в области (0,25 — 1,0) ГэВ для Ее = 4,3 ГэВ и Ет = (0,15 — 0,8) ГэВ для Ее = 1,65 ГэВ. Интенсивность фотонного пучка при токе циркулирующих электронов в ускорителе^1,5 мА. — /Ц- = 1,6*I04 фот/с для Ее = 4,3 ГэВ и Afr = 2-I03 фот/с — = 1,65 ГэВ.

Энергетическое разрешение меченого фотонного пучка определено как расчетным путем, так и экспериментально — для цикла Ее = 1,65 ГэВ.

3. Впервые в широком угловом интервале рассчитано угловое распределение тормозных '/'-квантов с учетом углового распределения фотонов в элементарном акте излучения и многократного рассеяния электронов в радиаторе.

Показано, что угловое расхождение меченого фотонного пучка в основном определяется характеристиками электронного пучка и уменьшение толщины радиатора, использованного для получения меченых фотонов, не приводило бы к улучшению характеристик фотонного пучка. Результаты вычислений показали необходимость применения в эксперименте охранных счетчиков JJ^ и Яч и позволили определить оптимальные размеры их отверстий.

4. Впервые вычислена конверсионная эффективность Ттелескопической системы в зависимости от энергии и угла попадания 6 — (0 — 85)° Т'-квантов на конвертер различных толщин. Вычисления проведены для порогов регистрации заряженных частиц, обусловленных толщиной использованных в^{-телескопе} сцинтилляторов, (1,5 — 15) МэВ. Показано, что учет обратно рассеянных частиц существенно влияет на конверсионную эффективность при углах попадания^{-квантов} на конвертер & > 60°, но с увеличением порога регистрации заряженных частиц влияние обратно рассеянных частиц на конверсионную эффективность уменьшается.

5. Создана программа вычисления эффективности регистрации ^" «-мезонов 4-детектором с учетом геометрической эффективности и конверсионной эффективности ^» -квантов, попадающих на Ф-телескоп под различными углами.

Вычисления проведены для: а) когерентного фотообразованиямезонов в области Еу = (0,2 — 1,0) ГэВ с равномерным угловым распределением и с использованием экспериментально измеренного углового распределения ft «-мезонов в области Ет < 400 МэВ. б) процесса некогерентного фотообразования ^Г°-мезонов в энергетической области = (0,2 — 0,4) ГэВ. в) процесса фотообразованиямезонов на свободном нуклоне с использованием равномерного углового распределения в области энергии фотонов Ef- (0,2 — 1,0) ГэВ.

Показано, что характер углового распределениямезонов на 5%, а характер процесса (когерентный или некогерентный) — на ^ 15% влияют на эффективность регистрации ^°-ме-зоновдетектором.

6. С учетом проведенных расчетов спроектирована ж собрана экспериментальная установка, состоящая из 12-канального годос-копа системы мечения, -детектора, охранных счетчиков и ливневого детектора.

7. Проведены два цикла измерений полного сечения фотообразования {#~°-мезонов без заряженных частиц в конечном состоянии на ядрах, 12С, 16 О при Ее= 4,3 ГэВ и на 12С «16О и 2V.

8. Определены необходимые поправки к полнощ сечению фотообразования °-мезонов, связанные с ослаблением фотонного пучка в воздухе и в мишени, потереймезонов, образованных под малыми углами, вкладомпар, образовавшихся под большими углами, эффектом толщины мишени,.

9. Впервые получены значения полного сечения фотообразования <$Г° -мезонов на кислороде в области энергии /fy = (0,18 — 0,75) ГэВ без заряженных частиц в конечном состоянии,.

10, Впервые получены значения полного сечения фотообразования <$ГС> -мезонов на ядрах бериллия, углерода и алюминия в области энергии Ег- (0,18 — 1,0) ГэВ без заряженных частиц в конечном состоянии, хорошо согласующиеся с аналогичными сечениями, полученными одновременно с нами в Бонне в области Ej.-= (0,2 — 0,45) ГэВ.

11, Проведен анализ Язависимости полного сечения фотообразования <0Г° -мезонов для легких ядер (J? = 9 + 27). Получена энергетическая зависимость параметра экранирования в области (0,2 — 0,7) ГэВ. Показано, что параметр экранирования в области лрезонанса остается постоянным =0,6+0,1), затем несколько увеличивается. В области Арезонанса величина с/, удовлетворительно согласуется с аналогичным значением, полученным в Бонне.

12. Для кислорода и бериллия получено полное сечение фотообразования адронов путем добавления к измереннощу наш сечению фотообразованиямезонов сечения фотообразования заряженных адронов в области энергии Е-г- (0,2 — 0,45) ГэВ, измеренного в Бонне. Оно значительно ниже сечения, полученного в Бонне добавлением к сечению фотообразования заряженных адронов сечение фотообразования нейтральных адронов, вычисленное методом Монте-Карло.

Для кислорода полученное нами сечение согласуется с теоретическим предсказанием изобарно-дырочного формализма.

13. Получены полные сечения когерентного фотообразования.

ФГмезонов на углероде и кислороде в области энергии.

0,45 ГэВ. Результаты сравниваются с различными теоретическими предсказаниями, а для углерода — также и с измеренным в Бонне сечением когерентного фотообразования ^7″ °-мезонов. Наши результаты существенно ниже предсказания модели импульсного приближения и близки к предсказанию изобарно-дырочного формализма.

14. Получено сечение фоторасщепления углерода и соответствующее ещ число Левинджера. Оно находится в удовлетворительном согласии с другими данными, полученными в последние годы.

Результаты и материалы диссертационной работы докладывались на научных семинарах ЕрФИ, на сессии отделения ядерной физики АН СССР (Москва, 1982 г.), на сессии научного совета по физике электромагнитных взаимодействий (Ереван, 1982 г.), на втором Всесоюзном совещании по вторичному электронному излучению (Ленинград, 1983 г.), опубликованы в виде препринтов и статей в отечественных журналах /61,63,72,76,78,81,84,86/, а также представлены на Международную конференцию по физике высоких энергий и элементарных частиц (Лейпциг, 1984 г.).

Выражаю искреннюю благодарность кандидату физ.-мат. наук Г. Л. Баятяну, под руководством и при активном участии которого была выполнена настоящая работа.

Считаю своим долгом выразить благодарность профессорам А. Ц. Аматуни, Г. А. Вартапетяну за постоянное внимание и поддержку, а также кандидату физ.-мат. наук Маргарину А. Т. за многократные обсуждения и помощь в работе.

Хочу выразить особую благодарность сотрудникам подр. 127 Аракеляну Е. А., Вартаняну Г. С., Григоряну Н. К., Марикяну Г. Г., Симоняну С. Г., Степаняну С. С., Оганесяну Э. М. и Шахазизяну С. Р. за помощь при выполнении настоящей работы.

Очень признательна коллективу ускорителя и группе вывода, обеспечивающих стабильность работы во время ускорительных сеансов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Настоящая работа является экспериментальным исследованием полного сечения фотообразования УГмезонов на ядрах ^ Зо, 12 Г,^О и в области энергии фотонов = (0,18 — 1,0) ГэВ без заряженных частиц в конечном состоянии.