Введение к работе
Актуальность проблемы.
I.После открнтия в начале 60-х годов новнх нестабильных частиц (резонансов) и выдвижения гипотезы о кварковой структуре адронов на ускорителях высоких энергий были начаты интенсивные исследования свойств резонансных состояний. Особое место в этих исследованиях занимает изучение процессов электромагнитного взаимодействия адронов, простейшими из которых являются реакции одиночного фоторождения пионов на нуклонах. Интерес к изучению процессов f N-*-N3f в области энергий до 2 + 3 ГэВ вызван прежде всего тем, что здесь основной вклад вносит механизм возбуждения нуклонных резонансов. Эти исследования позволяют получить информацию об электромагнитных свойствах пион-нуклонных резонансов и, в первую очередь, определить их электромагнитные константы связи на основе различных феноменологических анализов, что ванно для проверки предсказаний кварковой модели. В последние годы исследования процессов фоторождения пионов получили новый стимул благодаря развитию различных теоретических представлений, описывающих свойства нуклонных резонансов: кварковые модели бариояов с учетом одноглюонного обмена между кварками, правила сумм КХД, солитонные модели, в которых барио-ны могут быть возбуждениями пионного поля. Таким образом, в настоящее время тлеются предсказания различных теоретических моделей для амплитуд фстовоябуждения нуклонных резонансов. Практически единственным источником экспериментальной информации о радиационных распадных амплитуд этих резонансов являются процессы фоторождения одиночных пионов на*нуклснах. Как известно, процессы у N -* М7Г описываются четырьмя комплексными амплитудами, являющимися фикциями двух кинематических перемек-ных. Наблюдаемые в эксперименте величины связаны с амплитудами процессов билинейными сооткоиениями. Поэтому в экспергаленталь-ном отнесении задача восстаноатения амплитуд фотороядения сводится к измерению определенного набора наблюдаемых величин. В общем случае для однозначного определения амплитуд процесса необходимо измерение девяти экспериментальных величин для фиксированных угла вылета пиона и энергии фотона. Набор эксперимен-
тов, который минимально необходим для восстановления амплитуд, носит название "полного опыта". Выполнение программы "полного опыта" связано с созданием специальной экспериментально? техники: линейно и циркулярно поляризованных пучков f - квантов, поляризованных нуклоншх мишеней, анализаторов поляризации вторичных частиц (поляриметров) и измерением в широком диапазоне кинематических переменных различных поляризационных НабЛЮДае-М'-'Х.
3 настоящее время для определения амплитуд процессов Фото-рокдения пионов в резонансной области энергий применяются различные феноменологические анализы. Результаты существующих анализов по радиационным распадным амплитудам для отдельных резо-нансоЕ не всегда согласуются между собой, что связано с недостатком экспериментальных данных, прежде всего поляризационных, б области энергий фотонов выше 0,8 ГэВ, где могут возбуждаться десятки резонансов. Для получения надежных оценок этих амплитуд необходимо расширение набора данных из поляризационных экспериментов в различных каналах фоторождения пионов. Важная роль в поляризационных исследованиях отводится использованию поляризованных пучков и 'дппенен. Ценность данных по поляризационным параметрам существенно увеличивается, если они получены в одном эксперименте, т.е. обладают лучшей совместимостью. Такая возможность реализуется в рамках дважды поляризационных экспериментов типа "пучок-мишень", которые обеспечивают следующие преимущества: одновременное измерение нескольких наблюдаемых и сведение к минимуму возможных систематических ошибок.
Вышеизложенные соображения и стиглу лир овали развитие нового направления по исследованию поляризационных параметров реакций У*Р -* РЛ, П3[* в простых и дважды поляризационных экспериментах типа "пучок-мишень" и создание аппаратуры поляризованной мишени.
Цель работы.Основная цель настоящей работы заключается в следующем:
I. Получение систематической экспериментальной информации по асимметрии сечения Z. процессов фоторокдения 3\ и JT -мезонов на протоне линейно-поляризованными фотонами в области энергий третьего и четвертого ЯЫ -резонансов при
углах вылета пиона в с.ц.м. Q - по0, 130 и 0 += 40, 60, соответственно. П. Разработка экспериментальной аппаратуры поляризованной протонной мишени и ввод в действие ППМ ХФТИ с вертикальной ориентацией поляризации протонов на фотонном канале Ереванского синхротрона для поляризационных исследований процессов фоторождения пионов. Ш. Разработка и экспериментальное исследование поляризованной протонной мишени СПИН с горизонтальным направлением магнитного поля, предназначенной для измерения новых наблюдаемых (Q-, Н ) в процессах Зюторождения пионов. ІУ.Получение экспериментальных данных по поляризационным параметрам "Z. , Т и Р реакции ур-+РЯ в дважды поляризационном эксперименте типа "пучок-мишень" в области энергий третьего' и четвертого пион-нуклонного резонансов при углах вылета пиона в с.ц.м. Q - 115,120,125 и сравнение с различными модельными предсказаниями. Для реализации вышеуказанной программы исследований необходимо :
1. Разработать и создать измененный вариант магнитного спектро
метра для регистрации протонов и JT -мезонов в диапазоне
импульсов 0,8 -!- 1,8 ГэВ/с с импульсным разрешением ± 5 %
и работы в условиях больпого электромагнитного фона.
-
Разработать и создать программы расчета методом Монте-Карло поляризационных экспериментов по фоторожденига пионов, в том числе на поляризованной мииени с произвольной ориентацией вектора поляризации протонов.
-
Разработать и создать комплекс программ для расчета топографии Магнитного попя сверхпроводящей магнитной системы и трассирования в нем заряженных частиц.
-
Разработать методику измерения асимметрии сечения Z. линейно-поляризованными фотонами в реакциях ^ Р -* PJT* Н JT*
-
Разработать методику проведения дважды поляризационных экспериментов типа "пучок-мипень" для одновременного измерения поляризационных параметров X , Р , Т и 6, Н в реакциях фоторождения пионов.
-
Разработать методику определения дифференциального сечения исследуемого процесса на основе экспериментальных данных
измерений и результатов расчета Монте-Карло.
-
Выполнить исследования фоновых условий в експериментах с поляризованной протонной мишенью, имеющей вертикальное или горизонтальное направление магнитного поля.
-
Разработать и создать сверхпроводящую магнитную систему (установка СПИН) с горизонтальным направлением магнитного поля с напряженностью 2,7 Тл и однородностью + 2 х 10
в объеме до 50 см .
9. Разработать и создать источник электропитания сверхпроводя
щих соленоидов с системами обнаружения нормальной проводи
мости и защиты соленоидов.
10.Разработать и создать газовую схему поляризованной мишени с системами циркуляции ^е, подачи и откачки %е для эффективного охлаждения криостата непрерывного потока %е - Не с хладопроизводительностью 200 мВТ при Т = 0,5 К. II.Разработать спектрометр ЯМР-поглощения на линии с ЭВМ для измерения степени поляризации протонов с точностью не хуже + 6,5 %. 12.Разработать и создать комплекс электронного оборудования для автоматизации системы измерения поляризации и источника тока сверхпроводящих соленоидов. 13.Разработать технологию приготовления рабочих веществ для поляризованной протонной мишени на основе I,2-пропиленгликоля с использованием стабильного радикала НМВА- C/*v и методику заполнения аппендикса криостата ППМ жидким водородом. Научная новизна работы. Впервые выполнены измерения асимметрии сечения Z. реакции у?-*РЯ линейно-поляризованными фотонами в области энергий 0,9-1,65 ГэВ для углов рождения ЗГ-МЭООНОБ Qjjo = 110 и 130 в с.ц.м.
Впервые выполнены измеретш асимметрии сечения Z. реакции ^ Р-+fl.JT+ линейно-поляризованными фотонами в области энергий 0,9 - 1,65 ГэВ для углов рождения 5Т+-мезона
0Г*= 40 и 60 в с.ц.м. я*
Бпервне разрйотана и создана установка СПИН для поляризации протонов в плоскости реакции и исследования в широком диапазоне кинематических переменных новых наблюдаемых в рамках программы полного опыта по 'оторождению пионов. ^
Впервые на фотонном канате Ереванского синхротрона введены
з действие установки с ІШМ ХФТІІ и СПІШ ЕрІ'И для проведения дважды поляризационных экспериментов типа "поляризованный пучок-поляризованная гашень".
Впервые разработаны и созданы комплекс экспериментальной аппаратуры поляризованной мишени на линии связи с ЭВМ, в том числе цифровой регистратор ЯМР-сигналов и программно-управляемая система ввода-вывода тока в CMC на основе шаговых двигателей, а также газовая схема с системами циркуляции "%е, подачи и откачки Не4 для эффективного охлаждения криостата ШЕЛ.
Впервые разработана методика проведения на синхротроне дважды поляризационных зкспериментов по измерению параметров X . Р» Т и , Н в реакциях фоторовдения пионов,используя двухплечевую установку для выделения канала реакции.
Впервые выполнены измерения поляризационных параметров Z, Р, Т в дважды поляризационном експеримент* по фоторожде-нив П - мезонов в области энергий фотонов 0,9 -1,5 ГзВ для углов рождения пиона = II50fI20,I250 в с.ц.м.
Практическая ценность. Экспериментальные данные по поляризационным параметрам Z. Р, Т в реагцяи f? -*РП могут быть использованы при проведении феноменологических анализов процессов фоторовдения пионов на нуклонах. Они обладают лучшей совместимостью, так как получены в одном експерименте. Результаты по асимметрии сечения Z реакций /ІР-»ИІ, пІГ1" использованы в феноменологических анализах различных групп как у нас в стране (Азнаурян и др.) так и за рубежом (Девениш и др., Феллер и др., Барбоур и др.).
Методические разработки, программы расчетов и моделирования могут быть использованы при исследовании новых наблюдаемых в дважды поляризационных экспериментах по программе полного опыта в фоторождении пионов также на других ускорителях.
Комплекс экспериментальной аппаратуры ЇЇІГ.Ї в настоящее время используется в создаваемой мишени поляризованных дейтронов для изучения взаимодействия фотонов с поляризованными ядрами.
Цифровой регистратор ЯМР-сигналов может быть применен для решения широкого круга експериментальних задач, требующих ввода аналоговых сигналов в ЭВМ.
Прецизионный источник тока может быть использован для
работы со сверхпроводящими магнитами, а программно-управляемая система ввода-вывода тока в CMC на основе шаговых двигателей в настоящее время используется для автоматизации поляризованной мишени.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертационной работы были представлены и доложены на Международных симпозиумах по взаимодействиям лептонов и фотонов высоких энергий (Стэнфорд, 1975г.)»(Батавия,1979г.).(Стэнфорд,1989г.).Международной конференции "Структура адронов" (Братислава,1979г.), Международных симпозиумах по спиновой физике высоких энергий (Протвино,1986г.),(Бонн,1990г.),Всесоюзном рабочем совещании по поляризованным мишеням (Гатчина,1988г.),Всесоюзном рабочем совещании по электромагнитным взаимодействиям адронов и ядер при промежуточных энергиях (Нор-Амбёрд, 1990г.), а также на сессии Отделния ядерной физики и МГУ (Москва,1979г.) и на ежегодных сессиях Совета'АН СССР по электромагнитным взаимодействиям (Москва, 1975г.),(Харьков,1985г. и 1989г.). ' -
Материалы изложенные в диссертации опубликованы виде статей в журналах "Ядерная физика", "Physics LettetS ", "Письма в 2ЭТФ",'"Приборы и техника * эксперимента", "Вопросы атомной науки и техники", '"Известия АН РА,препринтах-ЕрФИ и ОИЯИ. '
Структура и объем диссертации.Диссертация изложена на 270 страницах машинописного текста, включая 78 рисунков и 13 таблиц. Она состоит из введения, десяти глав,заключения, и списка литературы, содержащего 199 наименований.
