Введение к работе
Настоящая работа посвящена анализу упругого рассеяния пионов в области низких энергий 1% < 50 МэВи рассеяния пионов на ориентированных ядрах при энергии "2 = 30 -240 МэВ в рамках оптического потенциала. Кроме того проведен анализ реакции однократной перезарядки пионов при энергиях выше области дельта-резонанса при Т„ > 300 МэВ методом диаграмм Фейнмана с учетом эффектов ядерного отклика. Рассмотрен широкий круг ядер ( А= 12-208 )и с реалистическими потенциалами вычислены различные характеристики взаимодействия (дифференциальные сечения, полные сечения, спектры рассеянных частиц и т.д.).
Целью исследования являлось использование уникальных свойств пиона в качестве пробной частицы для изучения свойств ядра с точностью, превышающей возможности изучения этих свойств с помощью других пробных частиц, а также исследование механизмов и способов описания взаимодействия пионов с ядрами.
Актуальность проблемы. В последние годы возрастает интерес к экспериментальному й теоретическому исследованию взаимодействия пионов с ядрами при промежуточных энергиях. Это связано как с расширившимися экспериментальными возможностями на работающих мезонных фабриках PSI, TRIUMF, LAMPF, пионными пучками КЕК, так и с возросшим пониманием роли пионов как пробных частиц. Исследование ядра с помощью электронов, мюонов и фотонов дает информацию о распределении заряженной компоненты ядерной структуры и главішм образом об электромагнитном взаимодействии, в то время как пионы взаимодействуют с незаряженной компонентой также, как с заряженной посредством сильного взаимодействия, что позволяет исследовать свойства нейтронной и протонной компоненты в ядрах.
В настоящее время энергетический диапазон, в котором особенно интенсивно исследуется взаимодействие пионов с ядрами ограничивается интервалом 100 - 300 МэВ. Однако, как показывают проведенные недавно экспериментальные и теоретические работы, вся область взаимодействия пионов с ядрами от самых низких до энергий порядка 1 ГэВ представляет большой интерес: область низких энергий с Т^ <100 МэВ, область энергий пионов в районе дельта резонанса 100< Т <300 МэВ и область относительно высоких энергий
пионов 300 < Т <1000 МэВ. Пион являетс5 уникальной частицей для исследования структуры ядра.
Наиболее характерной особенностью аион -нуклошшх сечений является ярко выраженная резонансная стр\ктура.
Для описания процесса рассеяния пионов на ядрах наиболее разработанным является метод- оптического потенциала. В теории многократного рассеяния Ватсона амплитуда пион-ядерного рассеяния представляется в виде ряда по амплитудам рассеяния пиона на связанном нуклоне ядра.
В области низких энергий пионов Т < 100 МэВ сечения взаимодействия пионов с нуклонами малы, что позволяет применять теорию многократного рассеяния к пион-ядерным взаимодействиям. Сечения взаимодействия сильно зависят от вида оптического потенциала, велика чувствительность к поправкам второго порядка. Отношение вероятностей возбуждения протонных и нейтронных состояний велико при больших углах рассеяния. Таким ооразом рассеяние пионов низких энергий на ядрах представляется чувствительным методом изучения ядерной структуры.
Однако существует проблема неоднозначности описания, т.к. различные виды оптического потенциала одинаково хорошо описывают данные упругого рассеяния пионов. Для устранения неоднозначности предлагается изучать рассеяние пионов на тяжелых деформированных ориентированных ядрах редкоземельной области, а также на делящихся ядрах. В области низких энергий пионов велика чувствительность сечений ориентированных ядер к виду оптического потенциала. Измерение сечений рассеяния пионов на ядрах в области Д -резонанса является чувствительным методом исследования мультипольних параметров деформации ядра.
Однако в области энергий пионов порядка 1 ГэВ представляется важным исследовать пион ядерные реакции, такие как поглощение и перезарядка пионов. Реакция однократной перезарядки пионов представляет собой важное средство исследования спин-изоспиновых возбуждений в ядрах. В последние годы активно изучается возбуждение Д -изобары в реакциях перезарядки адронов ( p,n ), (3He,t) и тяжелых ионов. Новым каналом возбуждения Д -изобары является однократная перезарядка пионов.
Таким образом во всех областях энергии пионов от самых низких до энергий порядка 1 ГэВ существуют проблемы, требующие
дополнительного экспериментального и теоретического исследования. Целью диссертационной работы является:
Т. В" области низких энергий пионов Тх < 100 МэВ исследовать возможность описания данных рассеяния пионов на ядрах в рамках полумикроскопического потенциала второго порядка с расчетными параметрами потенциальной части и параметрами поглощения, экстраполированными из данных по пи- мезоатомам.
2. Исследовать чувствительность полных и дифференциальных сечений
рассеяния пионов на ориентированных и неориентированных тяжелых
деформированных ядрах к параметрам плотности ядра, в частности к
параметрам протонной и нейтронной деформации.
3. Использовать данные' рассеяния и разности полных и
дифференциальных сечений на ориентированных и неориентированных
тяжелых ядрах для выбора вида оптического потенциала в области
энергий пионов Тх < 100 МэВ.
4. В реакции однократной перезарядки пионов на ядрах с энергией
пионов порядка 1 ГэВ исследовать механизмы рождения дельта- изобары
в ядрах, коллективные ядерные эффекты при высоких энергиях
возбуждения, а также свойства дельта-изобары в ядерном веществе.
Научная новизна и практическая ценность работы:
В диссертации впервые показано, что в рамках оптического потенциала второго порядка удается хорошо описать экспериментальные данные по рассеянию пионов ядрами до энергии И% =50 МэВ. Предлагается методика учета влияния ядерной среды на параметры потенциала, вычисляемые из фаз свободного пион-нуклонного рассеяния. При этом предлагается использовать параметры поглощения из данных по пи - мезоатомам.
Новой областью пион-ядерной физики является рассеяние пионов на ориентированных ядрах. В диссертации проведены расчеты полных и дифференциальных сечений пионов на тяжелых деформированных ориентированных ядрах 165Но и 235U. Показана чувствительность разности сечений к параметрам деформации ядра и к виду оптического пион-ядерного потенциала.
В экспериментах по однократной перезарядке пионов на ядрах с энергией пионов порядка 1 ГэВ впервые наблюдалось высоковозбужденное состояние ядра с энергией возбуждения порядка 300 МэВ. Эти состояния интерпретируются как возбуждение дельта-изобары в ядерной среде. Наблюдается сдвиг положени пика в
сторону меньших энергий возбуждения на величину 50 - ТО МэВ. В диссертации проводится расчет сечений перезарядки ( методом диаграмм Фейнмана ) на нуклонах и ядрах. Обсуждается возможный механизм реакции. Предлагается программа инклюзивных и эксклюзивных экспериментов по перезарядке пионов на ядрах для уточнения количественно данных о возбуждении дельта- изобары в ядре и получения данных о величинах UN, й и шг взаимодействий в ядерной среде.
На защиту выносятся следующие основные положения:
-
В рамках полумикроскопического оптического потенциала второго порядка разработана процедура расчета параметров потенциальной части оптического потенциала по фазам свободного пион -нуклонного рассеяния с учетом возбуждения ядерной среды, определяемого одним свободным параметром Д.
-
Показано, что используя параметры поглощения из пи - мезоатомных данных и параметры потенциала, вычисленные по фазам свободного пион - нуклонного рассеяния с учетом ядерной среды, удается описать экспериментальные данные по рассеянию пионов на- ядрах с Т% до 50 МэВ.
-
На основе анализа данных по рассеянию р, d, а на ядрах и кулоновскому возбуждению ядер сделан вывод о различии параметров деформации протонов и нейтронов в области редкоземельных ядер.
-
Рассчитаны полные и дифференциальные сечения рассеяния пионов на ориентированных ядрах с различными видами оптического потенциала. Показана чувствительность в области Т^ < 100 МэВ к виду оптического потенциала. Показано, что в резонансной области, где отсутствует чувствительность сечений к виду оптического потенциала, разность сечений составляет величину порядка нескольких процентов от полного сечения, пропорционально параметрам деформации и ее измерение доступно экспериментальному исследованию.
-
Рассчитаны спектры я-мезонов в реакции однократной перезарядки пионов с возбуждением дельта -изобары для импульсов пионов порядка 1 ГэВ/с. Показано, что в предположении доминирующей роли диаграммы с обменом р - мезоном в t - канале положение максимума спектра совпадает с положением экспериментального максимума спектра %-мезонов в перезарядке я+ мезонов на водороде с возбуждением дельта- изобары. Учет влияния ядерной среды в приближении бесконечной ядерной материи методом случайных фаз (RFA) с
суммированием нуклонных и изобарных петель приводит к сдвигу максимума расчетного спектра к большим энергиям возбуждения ядра.
Апробация работы и публикации. Результаты, положенные в основу диссертации, докладывались на семинарах ИЯИ РАН, лаборатории теоретической физики ОИЯИ, лаборатории теоретической физики Университета г.Турина (Италия), на II-V Всесоюзных семинарах по программе исследований на мезонной фабрике ИЯИ АН СССР (Звенигород, 1981, 1983, 1985, 1987 гг.), на Международном семинаре по программе исследований на мезонной фабрике INES-89 (1989), на Международной конференции по экстремальным состояниям ядерных систем, Дрезден (1980), на XXXI Совещании по ядерной спектроскопии и теории атомного ядра , г.Самарканд (1981), на XXXIV Совещании по ядерной спектроскопии и теории атомного ядра, г.Алма-Ата (1984), на Международной конференции "Избранные вопросы структуры ядра", ОИЯИ, г.Дубна (1989), на Международной конференции по малонуклонным системам, Чехословакия (1989), на Международной конференции PANIC -89 (1989), на XXXVII Совещании по ядерной спектроскопии' и теории атомного ядра, г.Алма- Ата (1992), на Рабочем Совещании Совета пользователей ЛВЭ ОИЯИ, г.Дубна (1993) и опубликованы в 10 - ти работах, список публикаций приведен в конце автореферата.
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и списка цитируемой литературы. Изложена на 125 страницах, включая 20 рисунков, 3 таблицы и список литературы, в который входит 125 наименований.
