Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 5
ГЛАВА I. Исследование амплитудных и временных характеристик спектрометров полного поглощения на основе больших кристаллов ШКЩж С$І(ГЄ), із I.I Спектрометр полного поглощения на основе
цилиндрического кристалла Wal(7) 14-
1.2 Годоскопическая система счетчиков полного поглощения на основе кристаллов Л/сг1(7~)
и Csl(re) 23
1.3 Использование СПП на основе кристаллов ?{аІ(Тв) и CsI(T?) для измерения спектров тормозного излучения электронов высоких энергий 27 1Л Расчет параметров спектрометров полного
поглощения по методу Монте-Карло 37
ГЛАВА П. Оборудование и установки для исследования
фоторождения ^-мезонов на поляризованных
фотонах 51
2.1 Когерентное тормозное излучение электронов
высоких энергий в кристаллах 51
2.2 Поляризация фотонов когерентного тормозно
го излучения 54
2,3 Пучок поляризованных фотонов 57
2Л Экспериментальные установки для исследования асимметрии сечения реакции ^p-*-pjT
2.5 Установка по исследованию асимметрии
сечения реакции ftp->pJT для области
энергий у- = ( 0.7 * 1.4) ГэВ и
61^= 60 в с.ц.м 65
2.6 Установка для исследования асимметрии се
чения реакции ^p->pJT при ^ =
0.7 - 1.3 ГэВ и &*= 40 - 50 72
2,7 Установка для измерения асимметрии се
чения реакции у/^-^Д^под углами
рождения 0ууг= 65 * 80 в энергетической
области -^= 700 * 1300 МэВ 76
ГЛАВА Ш. Экспериментальные исследования асимметрии
сечения реакции фоторождения Ж -мезонов
с поляризованными фотонами . 78
3.1<, Задача полного опыта в фоторождении
псевдоскалярных мезонов 78
3.2 Определение асимметрии сечения
реакции 79
3.3 Физические измерения 81
Стр.
ЪЛ Результаты экспериментальных
исследований и сравнение с
теоретическими предсказаниями 84-
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 96
Приложение № I. Розыгрыш энергии и длины пробега
частиц электронно-фотонного ливня . .98
Список литературы . 109
Введение к работе
Важным источником информации о электромагнитных свойствах нуклонных резонансов является изучение фоторождения пионов на нуклонах. Эта информация важна также и для изучения структуры адронов, уточнения их классификации и для изучения электромагнитного тока адронов.
Квантовые числа нуклонных резонансов, в основном, хорошо изучены в ЗЛУ -рассеянии. Однако анализ реакций фоторождения с целью исследования амплитуд переходов этих резонансов для изучения структуры адронов оказывается предпочтительней анализа реакций ЗтЫ -рассеяния, так как в реакциях фоторождения определяются не только величины амплитуд, но и их относительные знаки. Кроме того амплитуды N —> N7T » из-за взаимодействия фотона с одним кварком, непосредственно определяются из предсказаний кварковых моделей [1-4]» в т0 время как переходы с излучением мезонов, например |\f —^J\|^j- , определяются многокварковыми взаимодействиями и для получения амплитуд этих переходов привлекаются разные гипотезы, например, гипотеза о частичном сохранении аксиального тока (РСАС). Знание амплитуд фоторождения играет существенную роль в проверке применимости модели составных кварков [5 І » которая хорошо описывает мезонную и барионную спектроскопию, предсказывает знаки и величины произведений < "^N/N^N. 50.1г (< N*/jTfi/>) для резонансов принадлежащим мультиплетам
[56,0t[,[56,0+J2[56,2+J[?0,fJt^]- Дполнение молели составных кварков идеями квантовой хромодинамики позволило более точно
рассчитывать спектр масс резонансов и углы смешивания между ними, используя как параметр разность масс резонанса Д (1232) и нуклона f<5] .
- б -
Для определения амплитуд радиационных переходов с использованием экспериментальных данных, применяются различные феноменологические анализы. Эти анализы [0-44] проще всего проводить в области первого резонанса Ps$ (1232), где еще закрыты неупругие каналы в jrA/ - рассеянии и применима теорема Ватсона р5] о связи фаз амплитуд реакций jr/V-^>JTN и lfrN-+jrtf
При переходе во вторую и более высокие резонансные области, из-за неприменимости теоремы Ватсона, подобный анализ затруднен. В этих областях процессы фоторождения пионов описываются посредством изобарной модели, предложенной Волкером в 1969 году р,-77], в которой амплитуда реакции представляется в виде суммы трех членов: электрического борновского члена, суммы S -канальных резонансов, параметризированных по формуле Брейта-Вигнера и фона, который дает вклад, в основном, в реальные части амплитуд. Единственное условие, которое накладывается на фон при выборе параметров резонансов, заключается в том, чтобы он менялся плавно в зависимости от энергии v-, В дальнейшем, по методу Волкера, были выполнены анализы S#,19]C учетом новых экспериментальных данных и большего числа резонансов. Однако в этих работах есть большая свобода в выборе фона, что приводит к произволу в определении резонансных параметров.
Анализы, основанные на использовании дисперсионных соотношений при фиксированном квадрате переданного импульса t* (FTDfC) [20~22]» на сегодняшний день, являются, с теоретической точки зрения, наиболее последовательными. В этих анализах, мнимая часть амплитуды реакции строится из вкладов S -канальных резонансов и нерезонансного фона в амплитуде Eq-*-, связанной с порогом рождения -мезона. Реальная часть амплитуды, при этом по-
лучается из дисперсионных соотношений. В отличии,от феноменологического анализа Волкера, здесь,свобода в выборе фона значительно меньше, но появляется неопределенность, связанная с высокоэнергетическим интегралом по области Е%*> 2 ГэВ (Е ^ - энергия фотона в л.с). Для учета вклада этих высокоэнергетических интегралов[23,24Дв мнимую часть амплитуды добавляются S - образные псевдорезонансы, а в 25,28] мнимая часть параметризиру-ется полюсами Редже.
В таком способе учета высокоэнергетических интегралов есть определенная трудность, поскольку зависимость амплитуд фоторож -дения от S и t при Е^-> 2 ГэВ может быть получена только из детального анализа высокоэнергетических данных, которые в настоящее время недостаточны для проведения такого анализа. Даже если предположить, что асимптотическое (реджевское) поведение амплитуд применено начиная с 2 ГэВ, зависимость амплитуд от S и t остается неопределенной , поскольку при описании фоторождения нельзя ограничиться вкладом полюсов Редже и необходимо учитывать вклад разрезов. Кроме этого асимптотическое поведение амплитуд фоторождения при |t|>0»5 - 0,7 ГэВ2 неизвестно.
В работе [27] рассмотрен иной подход к проблеме учета этих интегралов. С целью уменьшения числа подгоночных параметров и неопределенностей, связанных с высокоэнергетическими интегралами, было предложено провести вычитание в дисперсионном интеграле при энергии фотона Е =0,5 ГэВ, при которой амплитуды фоторождения достаточно хорошо известны из фазовых анализов [28^29J, проведенных в этой области без использования модельных представлений.
Отмеченные анализы [-16-19] имеют трудности [25,27], связанные с нарушением унитарности и расходимости парциально-волнового разложения используемого в FTDR . Этих трудностей лишен энергонезависимый анализ Берендеса и Донначи [303 во второй резонансной области, проведение которого стало возможным благодаря увеличению числа и качества экспериментальных данных. В своем анализе, они подтвердили существование резонансов S-и (1535), Ptf (1470) и Да (1520) в фоторождении пионов и обнаружили большой вклад фона в мультиполи Е2-и ^2" Извлекая из мультипольного анализа также и константы радиационных распадов Берендс и Донначи получили согласие (с учетом ошибок) между всеми своими спиральными амплитудами и амплитудами других анализов 19,37] , кроме амплитуды фотовозбуждения на протоне резонанса Ц (1520) со спиральностью 3/2. Это расхождение связано с наличием большого нерезонансного вклада в^л-иМо- который не учитывался в Й# 31І» ^аким образом, анализ [ЗО] указывает на необходимость более точного разделения фона и резонансных вкладов в парциальных амплитудах.
Проблеме разделения фоновых и резонансных амплитуд посвящена работа Ноелля [32] » основанная на условии многочастичной унитарности. В ней показано, что введение фона при низких энергиях восстанавливает условие унитарности, но при этом нарушается сходимость парциально-волнового анализа в нефизической области
при Е-*-^900 Мэв*
При сравнении значений амплитуд переходов резонансов, полученных с помощью различных феноменологических анализов экспериментальных данных, наблюдается их расхождение, особенно для малых значений амплитуд переходов. Для разрешения этих расхождений
и уточнения значений амплитуд необходимо проведение дальнейших исследований процессов фоторождения псевдоскалярных мезонов. В экспериментальном отношении исследование этих процессов сводится к измерению определенного набора наблюдаемых величин для каждого зарядового канала. В этот- набор наряду с дифференциальными сечениями d6/c|.Q. реакции с неполяризованными начальными частицами входят различные поляризационные величины характеризующие процессы с выделенным направлением спина как у начальных, так и у конечных частиц. К ним относятся: асимметрия сечения реакции с поляризованными фотонами - , поляризация нуклона отдачи - р , асимметрия сечения реакции на поляризованных нуклонах - Т и т.д.
Приведем обзор экспериментальных данных по измерению асимметрии сечения фоторождения ЗГ-мезона в резонансной области энергий.
Первые измерения асимметрии сечения реакции ТР~^ РЪГ [ръ^^мп углов рождения «77"-мезона 60, 90 и 120 в с.ц.м., в области первого резонанса, были выполнены на пучке линейно поляризованных фотонов в Стенфорде, на линейном ускорителе, используя метод угловой селекции тормозного излучения в тонких аморфных радиаторахГзбЗ Ими же были выполнены измерения асимметрии сечения этой же реакции^Зб] и в области "второго" резонанса для углов вылета 5Г-мезона 60 и 90 в с.ц.м. и энергий Е-*- =426-918 МэВ. Экспериментальные результаты сравнивались с предсказаниями анализа Волкера[і] и наблюдалось удовлетворительное согласие. . Работы по измерению асимметрии сечения реакции "У р -> р1Г были выполнены на синхротроне во Фраскати [37] на линейно-поляризованном пучке фотонов, полученных при когерентном тормозном
излучении электронов с энергией I ГэВ на кристалле алмаза. Из
мерения были выполнены для угла вылета^7*-мезона 90 в с.ц.м.
и энергий фотона Е-^= 230-380 МэВ. Полученные эксперименталь
ные результаты сравнивались с предсказаниями различных мульти
польних анализов [44—^,16,2#,23;38-4гі}. В начале 70-х годов с соз
данием поляризованного пучка фотонов на линейном ускорителе в
Харькове (ХФТИ) были начаты систематические исследования фото
рождения «7~-мезонов в области энергий П и Ш резонансов. В рабо
тах ХФТИ [42-45J приведены результаты для области энергий Е »
= 250-650 МэВ и углов вылета ^~-мезона 60-135 в с.ц.м., ко
торые вошли в основу мультипольного анализа .
,о
диапазоне энергий Е^= 1,15-2,25 ГэВ и углов вылета Ж -мезонов 30-ІІ0 в с.ц.м.
Из обзора [58] видно, что на сегодняшний день, основной
-Измерение асимметрии сечения фоторождения 7/ -мезонов в области высоких энергий систематически начали проводиться после 1973 г., до этого имелась только одна работа [4$] для угла вылета ^-мезонов 90 в с.ц.м. и энергий Ev-= 0,82-1.8 ГэВ. В это время на Ереванском синхротроне был получен пучок поляризованных квазимонохроматических фотонов, на котором начались исследования асимметрии сечения реакции їїР-rpJs в области Ш и ІУ резонансов для углов рождения «у7~-мезонов 40-130 и энергий Е^ = = 0.7-1.7 ГэВ [40-55] Вместе с нашими результатами появились и другие экспериментальные результаты. В Стенфорде [5в]измерили величину асимметрии для угла вылета JT -мезонов І0-І70 в с.ц.м. при энергии Ev*= 700-900 МэВ на рассеяном лазерном пучке, в 82-х дюймовой пузырьковой камере. В Дарсбери[57}на электронном синхротроне, получены данные по асимметрии сечения в
-о
- II -
объем экспериментального материала по асимметрии сечения фоторождения JT -мезонов в области Ш и ІУ резонанса составляют данные Еревана и Дарсбери.
-Основная цель настоящей работы заключается в следующем:
Разработка и создание спектрометров полного поглощения на основе кристаллов Af
Исследование амплитудных и временных характеристик кристаллов А/а1(Т) и CsI(T) в широкой энергетической области (Е=20-3500 МэВ).
Создание экспериментальных установок для исследования асимметрии сечения реакции tfP-^ PJ7~ с поляризованными фотонами в области энергии фотонов в л.с. Е =(0,7 -: 1,3) ГэВ и углов вылета JT -мезонов 40-65 в с.ц.м.
4-. Получении пучка поляризованных фотонов для экспериментов по фоторождению и измерении степени его поляризации.
Получении экспериментальных данных о величине асимметрии сечения реакции 1^р-^р71ъ области углов вылета ^""-мезонов 40-65 в с.ц.м. и энергии Е^ = (0,7 * 1,3) ГэВ.
Проведение сравнений полученных экспериментально энергетических и угловых зависимостей величины асимметрии с предсказаниями различных теоретических анализов.
Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложения.
В первой главе диссертации описываются спектрометры полного
поглощения на основе кристаллов . Приво-
дятся результаты исследований их амплитудных и временных характе-
ристик в широкой энергетической области. Приведены результаты расчета основных параметров спектрометров полного поглощения (энергетическое разрешение, эффективность регистрации и т.д.) по методу Монте-Карло.
Во второй главе описывается создание поляризованного пучка фотонов для экспериментов по фоторождению и приводятся результаты измерения степени его поляризации. Представлен комплекс экспериментального оборудования созданного для измерения асимметрии сечения реакции ур->РЛ~ с поляризованными фотонами,
В третьей главе диссертации приводится методика измерения асимметрии сечения реакции Xp-^PJT0 с поляризованными фотонами. Проводится сравнение полученных экспериментальных данных с предсказаниями различных теоретических анализов.
В заключении сформулированы основные результаты работы.
- ІЗ -
