Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор теоретических моделей и экспериментальных результатов по корреляциям частиц в ион-ионных взаимодействиях 6
1.1 Ядерные реакции при промежуточных энергиях 6
1.1.1 Характерные масштабы энергии 6
1.1.2 Механизмы реакций 7
1.1.3 Вторичные частицы при промежуточных энергиях 8
1.2 Корреляции частиц при малых относительных импульсах 9
1.2.1 История корреляций в физике частиц 9
1.2.2 Данные о корреляциях 10
1.2.3 Особенности корреляций с участием легких ядерных фрагментов 17
1.3 Модель независимых одночастичных источников 20
1.4 Современный статус корреляционного метода 24
2 Методика эксперимента 26
2.1 Установка DEMON 26
2.2 Установка DEMON в эксперименте Е286 31
2.3 Геометрия установки DEMON в эксперименте Е286 35
2.4 Ускоритель, пучок, мишень, триггер 38
2.5 Идентификация частиц 40
2.6 Кинематические области 47
2.7 Корреляционная функция 51
2.8 Краткие выводы 54
3 Экспериментальные результаты 55
3.1 Общий взгляд на корреляционные функции различных отобранных пар 55
3.2 Корреляции в системах п 4Не и р 4Не 60
3.3 Корреляции в системах пТ и р 3Не 66
3.4 Корреляции п ъНе и рТ 69
3.5 Корреляции в системах d 3Не и dT 71
3.6 Краткие выводы 74
4 Анализ результатов 76
4.1 Учет кулоновского взаимодействия в корреляционной функции 76
4.2 Время излучения для системы п *Не и р 4Не 81
4.3 Время излучения для системы пТ и р 3Яе 85
4.4 Время излучения для системы рТ и п 3Яе 87
4.5 Время излучения для системы dT и d 3Не 91
4.6 Сравнение времен излучения различных частиц из данных о корреляциях 91
4.7 Краткие выводы 96
Заключение 98
Литература 101
- Особенности корреляций с участием легких ядерных фрагментов
- Геометрия установки DEMON в эксперименте Е286
- Корреляции в системах п 4Не и р 4Не
- Сравнение времен излучения различных частиц из данных о корреляциях
Введение к работе
Актуальность проблемы
С увеличением энергии ускорителей и включением ионов в набор ускоряемых частиц возрастает доля процессов множественного рождения вторичных частиц среди изучаемых реакций. Практическая невозможность детального описания процессов множественного рождения стимулировала развитие инклюзивного подхода, при котором измеряются характеристики одной или нескольких вторичных частиц. В общепринятом виде (спектры и угловые распределения одной из вторичных частиц) инклюзивный подход дает лишь общее представление о механизме реакции и оставляет большую свободу для различных модельных интерпретаций. Поэтому актуально развитие инклюзивного подхода с включением в него корреляций. С этой точки зрения весьма перспективным оказался метод измерения пространственно-временных параметров взаимодействия путем измерения корреляционных функций при малых относительных скоростях вторичных частиц, предложенный Копыловым и Подго-рецким. В данной работе метод модифицирован для изучения корреляций легких фрагментов, что актуально для измерения временных параметров взаимодействия ионов - одного из наименее изученных аспектов таких взаимодействий, требуемого для фиксации параметров существующих моделей.
Цели и задачи исследования
Исходя из изложенного выше, были поставлены и решены следующие задачи:
Обеспечить методические возможности измерения корреляций различных пар частиц, включая нейтроны, одно- и двухзарядные изотопы ядерных фрагментов.
Провести измерения, проанализировать полученные данные и определить корреляционные функции различных пар вторичных частиц при энергии 77 МэВ на нуклон во взаимодействии 40Лг +58 Ni.
Применить новый подход к исследованию корреляций при малых относитель- * ных скоростях, основанный на сравнении корреляций изосимметричных пар р *Не и п АНе, d 3Яе и d, р 3Яе и п, п 3#е и р. Это связано с отсутствием теоретических разработок в этой области, которыми реально можно было бы воспользоваться.
4. Получить данные о пространственно-временных характеристиках изучаемого * процесса. у Научная новизна и значимость работы ^ 1. Получены качественно новые данные: не изученные ранее корреляции комби- наций нейтральных, одно- и двухзарядных ядерных фрагментов.
Предложен качественно новый подход: сравнение изосимметричных пар.
Обнаружены качественно новые эффекты: деструктивные корреляции для пар пТир 3Яе.
Практическая полезность <, Разработан подход, основанный на сравнении корреляционных функций изосим- * \ метричных пар, который может быть использован в ИТЭФ, BNL, GSI, ОИЯИ, GANIL / и других исследовательских центрах при изучении пространственно-временных па- ^ раметров ион-ионного взаимодействия и параметров, характеризующих взаимодей- ствие частиц при малых относительных импульсах.
Полученные данные о времени протекания реакции могут быть использованы для фиксации параметров моделей ион-ионного взаимодействия при промежуточных энергиях.
На защиту выносятся:
Совместная идентификация нейтральных и заряженных частиц в рамках системы детекторов DEMON;
Оригинальный подход, позволяющий разделить различные вклады в корреляции;
3. Результаты измерения корреляционных функций, в частности: а.) Обнаружение подобия корреляционных функций; б.) Обнаружение эффекта деструктивных корреляции для пТ и р ъНе пар; в.) Определение времени протекания процессов.
Апробация и публикации
Результаты, изложенные в настоящей работе, были доложены: на рабочем совещании по эксперименту Е286 в Варшавском политехническом иституте в 1999 году, а также на семинарах рабочей группы эксперимента Е286 в Варшаве в 2000 году; на семинарах ИТЭФ по ядерной физике в 2001 и 2002 годах; в докладе на XVI Международном Балдинском семинаре по проблемам физики высоких энергий в Дубне в 2002 году (XVI International Baldin Seminar on High Energy Physics Problems); на региональной конференции STAR (STAR regional meeting in Dubna) в Дубне, в ноябре 2003 года.
Основные результаты, полученные в ходе работы по настоящей диссертации, были опубликованы в работах [1, 2, 3, 4, 5, б, 7, 8].
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения. Содержит 106 страниц текста, 33 рисунка, 12 таблиц и библиографию, включающую 111 наименований. Первая глава диссертации посвящена статусу данных и метода до эксперимента, обоснованию постановки задачи.
Во второй главе приводятся и обсуждаются методические вопросы (детекторы, компановка установки, ее характеристики, эксперимент, обработка первичной информации, процедура получения корреляционных функций, оценка систематики).
В третьей главе приведены экспериментальные данные о корреляциях отобранных пар вторичных частиц с участием легких фрагментов (р — 4іїе, п — АНе, п — Т, р — 3Яе, р — Т, п — 3Не, d — T и d —3 Не). Проведено сравнение корреляций, наблюдаемых в различных парах. Установлены общие закономерности в их поведении. Обсуждены вопросы равновесности процесса излучения различных частиц в исследуемом взаимодействии.
Четвертая глава посвящена анализу полученных данных в рамках модели независимых источников и определены пространственно-временные параметры процесса по анализу корреляционных функций различных пар вторичных частиц. Произведено сравнение полученных результатов с временами протекания процесса, сделанными в других работах другими методами.
В заключении диссертации перечислены основные результаты и следующие из них физические выводы.
Особенности корреляций с участием легких ядерных фрагментов
Историю корреляций в физике частиц часто связывают с работой Р.Ханбери-Брауна и Р.Твисса (по фамилиям авторов: НВТ-эффект), которые в начале 50-х годов для измерения угловых размеров звезд предложили использовать корреляции [21, 22] интенсивности счета двойных совпадений фотонов в зависимости от расстояния между детекторами. В начале 60-х годов появилось первое экспериментальное наблюдение корреляций подобной природы в физике частиц, которое состояло в наблюдении Г.Гольдхабером, С. Гольдхабером, В. Л и и А.Пайсом (GGLP-эффект) различий в распределениях по углам разлета между тождественными (ж+ж+, ж ж ) и разноименно заряженными пионами (тг+ж ), образовавшимися при аннигиляции антипротонов [23, 24]. Авторами было предложено описание этого корреляционного эффекта, основанное на принципах квантовой статистики (статистика Бозе-Эйнштейна).
В начале 70-х годов Копылов и Подгорецкий первыми обнаружили глубокую аналогию между измерением угловых размеров звезд в астрономии (НВТ-эффект) и измерением пространственно-временных характеристик в корреляционной фемто-скопии тождественных пионов. В 1971-1974 годах Копыловым, Подгорецким и сотрудниками [25, 26, 27], а также Коккони [28] был развит теоретический аппарат для определения пространственно-временных размеров области множественного рождения элементарных частиц из интерференционных корреляций. Именно этот цикл работ дал ясную цель для экспериментаторов и привел к "взрывному" росту корреляционных исследований в области физики частиц (пионов).
В общем случае корреляционный эффект является результатом интерференции, кулоновского и сильного взаимодействия в конечном состоянии. Форма и величина корреляционной функции зависит как от характеристик источника, так и от природы взаимодействия между испущенными частицами. Вклады в корреляции для разных пар частиц различны. Для бозонов (тождественных пионов, например) существенную роль играет интерференция. Между частицами с малыми относительными скоростями, подчиняющимися статистике Бозе-Эйнштейна, наблюдаются конструктивные корреляции. Сильное и кулоновское взаимодействие не играет существенной роли в этом случае.
Для корреляций барионов (как тождественных, так и нетождественных) оказывается существенным эффект сильного взаимодействия в конечном состоянии (FSI), который был описан в 1950-х годах Мигдалом [29] и Ватсоном [30]. Позднее, проявление этого эффекта с разных точек зрения затрагивалось многими авторами (см. например, работы Кунина [31] и Гьюлаши [32]). Учет взаимодействия в конечном состоянии при исследовании фоторождения пионов на дейтерии был разработан Бал-диным [33, 34, 35]. Важно отметить, что FSI-корреляции чувствительны, как и интер ферометрические корреляции чувствительны к размеру и форме области генерации частиц. В 1982 году Ледницким и Любошицем в работе [36] был выполнен учет сильного взаимодействия в конечном состоянии корреляционных функций двух нуклонов в рамках модели независимых одночастичных источников Копылова-Подгорецкого [37, 38, 39]. Влияние интерференции, которая в рамках статистики Ферми-Дирака дает деструктивный вклад в корреляции, для протон-протонных корреляций не играет существенной роли, так как сильное и кулоновское взаимодействие в конечном состоянии превалирует.
Таким образом, корреляции разных пар частиц в разной степени чувствительны к интерференции, кулоновскому и сильному взаимодействию в конечном состоянии, и правильный учет этих факторов позволяет определять пространственно-временную картину образования этих частиц.
Метод изучения корреляций для определения пространственно-временных характеристик процессов рождения частиц проявил себя как достаточно универсальный и надежный для лептон-лептонных, адрон-адронных, адрон-ядерных, электрон-ядерных и ядро-ядерных взаимодействиях (от энергий в несколько МэВ до ТэВ). Трудно охватить все существующие направления корреляционных ислледований в рамках короткого введения. В ряде обзоров [39, 40, 41, 42] отмечены основные направления и успехи развития корреляционных методов за последнее время. Здесь будут приведены лишь некоторые работы и данный выбор ни в коей мере не претендует на полноту освещения существующих экспериментальных и теоретических работ, а лишь показывает насколько разнообразен спектр исследований в физике корреляций частиц. Наибольшее количество существующих работ касается пион-пионных корреляций (например, см. работы коллабораций Е895 [43j, NA44 [44], NA49 [45], WA98 [46]). Одна из последних публикаций по двухпионной интерферометрии была сделана коллаборацией STAR (Solenoid Tracker At RHIC) [47]. В этой работе изучались корреляции двух тождественных 7г-мезонов (х+7г+ и 7г_х в Аи + Аи столкновении при рекордной энергии в системе центра масс -JSNN = 130 ГэВ. Корреляционная функция двух пионов фитировалась параметризацией Гольдхабера [24]: где Qinv — \/(pi — рг)2 — {Ei — Е2)2 -разность 4-импульсов, pi, рг и Е\уЕъ вектора импульсов и энергии 7г-мезонов; Rinv параметр, соответствующий радиусу обла » сти испускания пионов, параметр А (параметр хаотичности) учитывает "отклонение" от единой пространственно-временнбй области генерации (усреднение по прицельному параметру, вклад от распада промежуточных резонансных состояний, примесь ложных идентификаций частиц и т.д.). Оцененный радиус области генерации пионов, в общем соответствующий пространственно-временнбму размеру области генерации пионов, составил Rinv fa 6.3 фм (фемтометров). Изучение размеров области генерации пионов интересно с точки зрения образования кварк-глюонной плазмы. Авторы ряда работ (см. работы [41, 48, 49, 50, 51, 52, 53]) предлагают изучение НВТ-эффекта с целью поиска существенного увеличения времени эмиссии пионов, как одного из проявлений образования кварк-глюонной плазмы. Для более детального изучения источника пионов в работе была получена трехмерная корреляционная функция. Для этого разность импульсов пионов q была разложена по компонентам в предложенной Праттом и Бертчем схеме: gt - компонента, параллельная пучкам встречных ядер (long), q„ - компонета, перпендикулярная пучкам и вектору суммарного импульса пары (side) и q0 - компонента, перпендикулярная qi qa (out). Оптирование экспериментальных корреляционных функций проводилось трехмерным распределением Гаусса: где Ri (і = о, s, I) - так называемые длины области однородности. В гидродинамических моделях предсказывется, что отношение R0(Rt к образованию кварк-глюонной плазмы (для адронного сценария реакции R0/Rs 1.0 — 1.2, образование кварк-глюонной плазмы увеличивает это отношение R0/Ra га 1.5 — 10). В эксперименте не наблюдается значительного увеличения этого отношения.
В работе коллаборации NA49 [54] изучались корреляции 7г+тг+ и 7Г 7Г в РЬ + РЬ-взаимодействиях. Эксперимент был проведен в ЦЕРНе (CERN SPS). Ядра свинца с энергией 158 ГэВ/нуклон взаимодействовали с покоящейся свинцовой мишенью. Анализировались пары адронов с одинаковым зарядом (h+h+ и h h ), среди которых доминировали пары заряженных пионов 7г+тг+ и тг-7г . Был представлен многомерный анализ корреляционной функции в двух различных параметризациях (параметризация Бертча-Пратта [52, 55] и параметризация Копылова-Подгорепкого[39]) для разных областей быстрот и поперечных импульсов пары. Результаты анализа подтвердили важность изучения формы источника пионов. Оба подхода показали, что размеры источника пионов в направлении оси пучка (продольном) сильно изменяются в зависимости от быстроты и поперечного импульса пары. В рамках гидродинамической модели, описывающей расширение источника, продольный размер источника означает длину области однородности [56], которая определяется как:
Геометрия установки DEMON в эксперименте Е286
На втором месте по количеству публикаций после тгтг- корреляций находятся данные о протон-протонных корреляциях, особенно в ядро-ядерных взаимодействиях.
В работе [62] изучались протон-протонные корреляции в реакции ЗбAr +45 Sc при энергии налетающего ядра 80 МэВ на нуклон. Эта работа может служить примером использования одной из транспортных моделей (BUU-модель [12]). Экспериментальная корреляционная фунция двух протонов исследовалась в зависимости от поперечной энергии (Et = ) Eisin2{Qi)i ЕІ И в» кинетическая энергия и полярный угол і-той частицы в лабораторной системе), от суммарного импульса пары протонов и от относительного угла между вектором суммарного импульса и вектором относитель ного импульса двух протонов. Для всех трех случаев сравнение экспериментальных корреляционных функций с расчетами BUU-модели оказалось удовлетворительным. v BUU-модель удовлетворительно описывает наблюдаемую импульсную зависимость корреляционной функции двух протонов, усредненную по всем углам вылета для центральных столкновений (малый прицельный параметр) ионов. В то же время, модель не описывает корреляционную функцию, соответствующую переферическим столкновениям ионов. Экспериментальная импульсная зависимость высоты рр корреляционной функции в области эффекта (относительный импульс двух протонов масштаба 40 МэВ/с) не описывается BUU-моделью. В работе также исследовалась пространственно-временная форма области, из которой вылетают протоны. Эмиссия частиц долгоживущими источниками приводит к "вытягиванию" фазового объема в направлении суммарного импульса пары частиц Рі2 = р[ + Р2 в системе покоя источника этих частиц. Величина этого удлинения может быть оценена по формуле Рі2т/2тп, где г - средний временнйй интервал между моментами испускания частиц. Двухпротонная корреляционная функция чувствительна к направлению вылета про ч тонов. В поперечном направлении фермионы с близкими импульсами находятся на меньших расстояниях. Вероятность вылета двух фермионов с близкими импульсами в поперечном направлении (по сравнению с продольным) подавлена из-за принципа Паули. Описание рр корреляционных функций было сделано с учетом интерференции, сильного и кулоновского взаимодействия в конечном состоянии. Для простран-ственной параметризации источника частиц использовалось распределение Гаусса ехр(—г2 До) с Го = 4.7 ± 0.3 фм. Среднее время жизни источника было т = 25 ± 15 фм/с (здесь, и далее для временнбго параметра будет использоваться размерность - фемтометры, деленные на скорость света, которая соответствует и 0.33 Ю-23 секунд) [63]. В заключении авторы этой работы отмечают, что варьирование многих параметров модели (например, параметров, отвечающих за нуклон-нуклонные сечения взаимодействия в ядерной среде или за уравнение состояния ядерной среды) может улучшить описание измеряемой корреляционной функции двух протонов.
В работе [64] экспериментальные данные по рр-корреляциям, измеренные в реакции Z6Ar +4S Sc при 80 МэВ/нуклон [62], изучались с точки зрения влияния кулонов-ского взаимодействия ядра-остатка с протонами. Для усиления эффектов времени жизни источников и для исключения протонов, образовавшихся на ранних стадиях реакции, были выбраны события с относительно медленными протонами (импульсный диапазон 400 — 600 МэВ/с). Экспериментальная корреляционная функция двух протонов была проанализирована в рамках трехчастичной квантовой модели, которая учитывает кулоновское взаимодействие частиц с их источником. Для сравнения с двухчастичным описанием был проведен анализ протон-протонных корреляций в рамках подхода Кунина-Пратта [65] и Ледницкого-Любошица [36]. Различие в двухчастичных подходах заключалось в выборе формы ядерного потенциала. В подходе Кунина-Пратта использовался потенциал Рейда с мягким кором, а в подходе Ледницкого-Любошица использовался потенциал в виде прямоугольной ямы. Сравнение этих двухчастичных подходов подтвердило нечувствительность протон-протонной корреляционной функции к форме ядерного потенциала (пока параметры потенциала позволяют воспроизвести длину рассеяния и эффективный радиус двух-протонной системы) при среднеквадратичных размерах источника более 2 фм. В данном случае параметризация источника распределением Гаусса приводит к размеру го = 4.5 фм и среднему времени жизни т = 25 фм/с, что находится в полном согласии с результатами работы [63]. В рамках трехчастичной квантовой модели было проанализировано влияние третьего тела (ядра-остатка) на форму корреляционной функции двух протонов для Го = 4.5 фм и т = 25 фм/с. Корреляционные функции были посчитаны для двух зарядов ядра-остатка (Z=20 и Z=39, заряд полной системы 36Ar +45 Sc). Влияние третьего тела привело к уменьшению корреляций между двумя протонами. Высота пика в области максимального эффекта (относительный импульс протонов 20 МэВ/с) уменьшилась на 15 % (9 %) для заряда Z=39 (Z=20). Кроме того, влияние кулоновского взаимодействия ядрагостатка с протонами меняет форму корреляционной функции двух протонов в области относительных импульсов 30-80 МэВ/с. Для двухчастичной корреляционной функции в этой области корреляции отсутствуют (плато), в то время как трехчастичный расчет приводит к заметным антикорреляциям в этой области. Предсказания трехчастичной квантовой модели были проверены на экспериментальных данных. Используя критерий х2» были подобраны параметры источника протонов для трехчастичного подхода. Для Z=39 (Z=20) подобранные параметры составили: г0 = 3.0 фм и т = 30 фм/с (г0 = 3.5 фм и т = 30 фм/с). Таким образом, учет влияния третьего тела уменьшает извлекаемый размер источника. Но надо отметить, что трехчастичные вычисления существенно хуже описывают форму экспериментальной функции. Экспериметальные данные не проявляют корреляций в области средних относительных импульсов (30-80 МэВ/с), в то время как трехчастичный анализ предсказывает в этой области деструктивные корреляции. При высоких энергиях также изучаются корреляции двух протонов. В работе коллаборации NA49 измерялись [66] протон-протонные корреляции в области малых относительных импульсов при энергии налетающего ядра 158 ГэВ на нуклон (РЬ + РЬ, центральные столкновения, ЦЕРН, SPS). Высота корреляционного пика составила 1.24 ± 0.07 после учета всех коррекций и поправок. Из сравнения теоретических вычислений, основанных на учете Ферми-статистики, сильного и кулонов-ского взаимодействия в конечном состоянии в рамках подхода Кунина-Пратта [65] был извлечен эффективный размер области образования протонов для статического гауссовского источника ге// = 3.85 ± 0.15 (стат. J+oJg (систем.) Фм Из данных по пионной интероферометрии известно, что размеры источников пионов увеличиваются с ростом множественности, которая в свою очередь растет с увеличением энергии столкновения ионов. Ожидалось, что благодаря большому пион-нуклонному сечению взаимодействия размеры области генерации протонов будут близки к размерам для пионов. Авторы отмечают, что настоящие измерения в сравнении с экспериментами в GSI [67] (Дармштадт, Германия, Е=50-200 МэВ/нуклон и Е=1 ГэВ/нуклон) и в AGS [68] (Brookhaven National Laboratory BNL, США, E=11.5, 14.6 ГэВ/нуклон) показывают отсутствие увеличения размера области генерации протонов с увеличением энергии сталкивающихся ионов. По мнению авторов отсутствие энергетической зависимости для извлекамых размеров означает, что размеры области генерации протонов в столкновении тяжелых ионов одного масштаба в очень широком диапазоне энергий.
Корреляции в системах п 4Не и р 4Не
Изучение корреляций частиц при малых относительных скоростях (импульсах) для двух пионов, каонов, протонов успешно ведется уже много лет, имеет солидную теоретическую базу, и дало много для понимания механизмов изучаемых реакций. Распространение метода на изучение корреляции других частиц: нейтронов, легких ядерных фрагментов сулит получение новых сведений об изучаемых процессах, но связано с рядом как методических (особенно в случае корреляций с участием нейтронов), так к теоретических (при анализе корреляций ядерных фрагментов) проблем. Хотя корреляции таких пар, как pd, dd, pt и tt изучались еще в 1990 году группой ИТЭФ [74], данные о корреляциях легких ядерных осколков остаются фрагментарными, и надежно извлечь пространственно-временные характеристики их процесса рождения достаточно трудно. Наибольшую трудность при описании корреляций с участием легких фрагментов вызывает учет сильного взаимодействия в конечном состоянии. Для корреляций с участием легких ядерных фрагментов важно также учитывать вклад от резонансных состояний - возбужденных состояний легких ядер, в состав которых входят эти фрагменты. В ряде работ [75, 76, 77, 78, 79] изучались экспериментальные корреляционные фукции с участием легких ядерных фрагментов, и в корреляционных функциях наблюдались пики, соответствующие связанным состояниям этих фрагментов.
В большинстве существующих экспериментальных работ, посвященных корреляциям ядерных фрагментов, время эмиссии оценивалось по корреляционной функции смешанных фрагментов средней и тяжелой массы (см. например, [70, 71, 72, 73, 80, 81]). Вероятно, это связано с тем, что при изучении корреляций легких фрагментов учет сильного взаимодействия становится существенным (для средних и тяжелых фрагментов вклад в корреляционную функцию в основном определяется кулонов-ским взаимодействием между двумя фрагментами и между каждым из фрагментов и ядром-остатком). В качестве исключения можно привести работу [75]. В этой работе изучались двухчастичные корреляционные функции с участием протонов, дей тронов, тритонов, а-частиц и ядер лития (Li), рожденных в реакции 40Ar +197 Аи при энергии налетающего ядра (40Лг) 25 МэВ/нуклон. Из сравнения экспериментальных корреляционных функций относительно легких ядерных фрагментов (pd, dd, tt и Li Li) с теоретическими расчетами были оценены средние времена эмиссии этих частиц. Для выбранных пар ядерных фрагментов в экспериментальных корреляционных функциях не наблюдается пиков, соответствующих связанным состояниям этих фрагментов. Теоретические расчеты корреляционных функций pd, dd, tt и Li Li пар были проведены с использованием компьютерного кода MENEKA. Кулоновские корреляционные функции двух частиц вычислялись с учетом влияния кулоновского поля ядра-остатка. Исследование зависимости среднего времени эмиссии от суммарной кинетической энергии пары показало, что время излучения частиц уменьшается от 300 фм/с до 100 фм/с с увеличением их кинетической энергии. Время эмиссии легких ядер лития, оцененное по корреляционной функции Li Li, составило около 450 фм/с. Авторы работы делают вывод, что полученные результаты для времен излучения соответствуют последовательному и сравнительно медленному развалу возбужденной ядерной системы, образовавшейся в столкновении ядра аргона с энергией 25 МэВ/нуклон с ядром золота. В экспериментальных корреляционных функциях пар частиц при малых относительных импульсах были обнаружены проявления связанных состояний этих частиц.
Мы надеялись, что сопоставляя данные о корреляциях в системах, состав которых имеет элементы подобия, можно отдельно исследовать различные вклады в корреляции: кулоновский и сильное взаимодействие в конечном состоянии. Это дало бы нам возможность определить пространственно-временные параметры, опираясь на наиболее надежно теоретически интерпретируемый вклад - кулоновское взаимодействие.
Среди имевшихся к началу эксперимента данных можно найти сведения о корреляциях в подобных системах, состоящих, например, из двух нуклонов рр, пр, пп (см. например, [17]). Корректным, с точки зрения разделения вкладов, является сравнение рр и пп, отличающихся только кулоновским взаимодействием. Пары пп и пр отличаются как интерференционным вкладом, так и сильным взаимодействием, поскольку система пр может иметь изоспин как 0 так и 1, а пп - только изоспин 1. Пары рр а пр отличаются всеми тремя вкладами.
На конференции CORINNE 90 была представлена работа [17] по измерению пп и рр корреляционных фукции в области малых относительных импульсов в реакциях 20Ne + С и 20Ne + Со при энергии налетающего ядра 30 МэВ/нуклон. Авторами работы было замечено, что корреляционные функции пп и рр п&р различны главным образом благодаря отсутствию кулоновского отталкивания для корреляционной функции двух нейтронов. Пространственно-временные параметры были получены в рамках подхода Кунина [31], т.е. было учтено влияние эффекта сильного и кулоновского взаимодействия в конечном состоянии на корреляции нуклонов при малых относительных импульсах. Авторы работы [17] приводят оценку наблюдаемого размера источника 5-6 фм, сделанную по пп- и рр-корреляциям, при нулевом времени испускания, отмечая, что пп корреляционная функция может содержать методиче ски ложные корреляции.
В работе [16] была измерена нейтрон-протонная корреляционная функция при малых относительных импульсах в реакции 40Ar +197 Ащи С, СЛ2 при энергии 30 МэВ/нуклон. Также были измерены для сравнения корреляционные функции пп- и рр- пар. Эксперимент был выполнен на циклотроне SARA, в Гренобле (Франция). Частицы регистрировались "толстыми" сцинтилляционными счетчиками (жидкий сцинтиллятор Bicron ВС-501), расположенными под углом около 45" к оси пучка. Регистрировались нейтроны с энергией более 3 МэВ и протоны с энергией более 8 МэВ. Авторы отмечают, что корреляции для нейтрон-протонной пары существенно меньше, чем для протон-протонной и нейтрон-нейтронной в случае "тяжелой" мишени 197Аи. Исследовалась также энергетическая зависимость пр корреляционной функции. Показано, что с увеличением энергии пр-пары их корреляции усиливаются. Авторы связывают это с влиянием кулоновского поля ядра на протон, которое разрушает пр корреляции. Альтернативное объяснение слабой пр корреляционной функции авторы связывают с возможным искажением соотношения спиновых состояний нейтрон-протонной пары. Идея состоит в том, что синглетное состояние пр дает позитивные (корреляционный эффект больше единицы) корреляции при нулевом относительном импульсе, а триплетное - негативные (корреляционный эффект меньше единицы). Для нормального квантового соотношения спиновых состояний высота пика в корреляционной функции гср-пары должна быть масштаба половины высоты пика для тт-пары.
Из данных настоящего эксперимента (Е286) известно, что пары частиц пп [6] и рр (не опубликовано) дали положительные корреляции. В то время как пара пр (не опубликовано) почти не дают корреляций. Было предложено объяснение этого факта, связанное с тем, что кулоновское взаимодействие протона с ядром-остатком увеличивает его импульс и тем самым разрушает начальные корреляции [16]. Критика этой интерпретации основывается на том, что сильное взаимодействие между нейтроном и протоном превалирует над кулоновским на малых расстояниях (при малых относительных скоростях), и нейтрон "вытягивает" протон из ядра-остатка и тем самым корреляции должны сохраняться [82]. В этой работе [82] показано, что для времен испускания масштаба 100 фм/с учет кулоновского взаимодействия протона с ядром (Z = 51) приводит к 10 % подавлению пр корреляционной фукции пр в области малых относительных импульсов (масштаба 10 МэВ/с) при импульсах частиц масштаба нескольких сотен МэВ/с.
Сравнение времен излучения различных частиц из данных о корреляциях
Общеизвестно, что корреляционный метод испытал бум экспериментальных работ после пионерских публикаций Копылова и Подгорецкого, поддержанных другими авторами. Основанием этого повышенного интереса к изучению корреляций при малых относительных скоростях была достаточно прозрачная идея этих работ -возможность изучения пространственно-временных параметров взаимодействия. Логика экспериментального развития и уточнение теоретических моделей привело к расширению набора пар вторичных частиц, корреляции которых изучаются. Это, в частности, связано с тем, что вторичные эффекты перерассеяния различны для, например, каонов и пионов; условия формирования разных частиц различны и т.п. В настоящее время обозначился интерес к корреляционным экспериментам с совершенно новой стороны: для тех пар частиц, для которых прямые данные о взаимодействии недоступны из-за нестабильности обеих частиц (например, ES), их можно в принципе получить из корреляционных измерений. Принципиально это возможно, так как измеряется не одно число, а зависимость корреляционной функции от относительного импульса и, следовательно, одновременное фитирование нескольких параметров (например, размер источника и длина рассеяния) корректно с математической точки зрения. Тем не менее, практически эта задача не столь проста. Существующие теоретические подходы к описанию корреляций относительно безмодельны только в случае сравнительно больших систем (радиус существенно больше радиуса нуклона) и большой множественности, когда предположение о независимых источника реалистично [36]. Такие условия типичны для столкновений тяжелых ионов при высоких энергиях. Но в этом случае, вследствие больших размеров области генерации частиц корреляционные эффекты довольно слабые и узкие. Кроме того, переходы между различными сортами частиц из-за распадов, слияния и т.п. ставят вопрос об остаточных корреляциях или отражения корреляций для одного сорта частиц в корреляциях других сортов частиц [87, 88]. Все это существенно влияет на точность измерения параметров, особенно если они коррелированны (как в случае размеров и длины рассеяния).
В данной работе предлагается модификация метода, которая может радикально улучшить ситуацию: допустим, мы имеем два измерения корреляционных функций, например, для Е+Е и для Е Н . Эти пары изотопически симметричны и неизвест ное сильное взаимодействие в конечном состоянии, как и размер области взаимодей ствия, можно ожидать практически одинаковым. Различие измеряемых корреляци онных функций таких пар в хорошо известном кулоновском взаимодействии. Таким образом, мы имеем два измерения (уравнения) для двух неизвестных - размера обла сти испускания частиц и параметров сильного взаимодействия в конечном состоянии. В идеальном случае факторизации сильного и кулоновского взаимодействия молено из отношения измеряемых корреляционных функций определить размеры, а затем с известными размерами определить из Е+Е корреляционной функции параметры сильного взаимодействия. Конечно и изотопсимметрия и особенно факторизация мо гут быть верными лишь до некоторой степени точности. Тем не менее, использование двух независимых измерений дает возможность определять оба параметра с более высокой точностью в условиях, когда неизвестно сильное взаимодействие в конечном состоянии, а размеры практически одинаковы. с Чтобы убедиться в работоспособности такого подхода, важно показать, что для изотопсимметричной пары с неизвестным сильным взаимодействием в конечном состоянии можно, опираясь на различие корреляционных функций, связанное с куло новским взаимодействием, определить пространственно-временные параметры (т.е. показать, что определенные таким образом параметры совпадают с измеренными традиционным способом). Таким образом, локальная задача определения пространственно-временных параметров конкретного взаимодействия оказывается важной для развития корреляционного метода в гораздо более широких приложениях.
Установка DEMON (французская аббревиатура: DEtecteur MOdulaire de Neutrons) [1, 89] была разработана и сконструирована для регистрации нейтронов с целью изучения ядерных реакций. На таких ускорителях тяжелых ионов, как CYCLONE (Лавиан-Ланов), GANIL (Кан) и VIVITRON (Страсбург) были проведены самые разнообразные эксперименты с использованием этой установки при энергиях от кулонов-ского барьера до 100 МэВ на нуклон. Установка DEMON задумывалась как набор отдельных модулей, способных регистрировать вторичные частицы независимо от других модулей. Идея состояла в том, что такая установка будет модульной, и это позволит собирать ее в тех геометрических конфигурациях, которые требуются для конкретного эксперимента.
Основу модуля составляет сцинтилляционный детектор DEMON, в котором сцив тиллятором является органический жидкий сцинтиллятор NE213. Этот сцинтилля-тор залит в алюминиевый цилиндр общим объемом 4 литра. На рисунке 2.1 он обозначен штриховой линией, а на рисунке 2.2 заштрихованным кругом. Внутренний диаметр цилиндра составляет 16 см и его длина 20 см. Изнутри цилиндр покрыт ТіОі для уменьшения поглощения света. Со стороны входного торца толщина цилиндра составляет 6.35 мм, боковые стенки имеют толщину 21.5 мм. Задний торец цилиндра выполнен из стекла толщиной 10 мм, к которому примыкает быстрый фотоумножитель ХРІ512В с диаметром фотокатода 130 мм. Этот фотоумножитель снабжен заземленным анодным делителем и обеспечивает усиление около 5 106 при рекомендованном напряжении 1700 В.
В настоящее время органические сцинтилляторы являются наилучшим инструментом регистрации нейтронов несмотря на то, что их эффективность далека от 100% [90]. Эффективность регистрации нейтронов при помощи сцинтиллятора ІУІ?213 складывается из эффективности регистрации заряженных частиц (a = p,d,t,a и т.д.),
