Введение к работе
Актуальность темы, В настоящее время достижения в области физики и техники электрон-позитронных накопителей, позволяющие проводить широкий спектр экспериментов в области физики высоких энергий, открывают новые возможности и в постановке ядерно-физических экспериментов на накопительных кольцах. Одной из таких возможностей является создание монохроматических и поляризованных пучков у-квантов высокой энергии и интенсивности, основанное на эффекте обратного комптоновского рассеяния (ОКР) световых фотонов на релятивистских электронах. Метод ОКР, предложенный в 1963 году, получил в последние 10-15 лет широкое распространение благодаря бурному развитию лазерной и ускорительной техники. Генерация и использование таких пучков на накопителях позволяет существенно расширить исследования электромагнитных взаимодействий ядер при промежуточных и высоких энергиях, особенно привлекательной является постановка корреляцонных экспериментов. Кроме того, привлечение спиновой информации в начальных состояниях несомненно дополяет знания об этих взаимодействиях на новом качественно более высоком уровне. Поэтому сейчас, в нескольких ведущих лабораториях мира, где проводятся исследования по соответствующей тематике, созданы или создаются установки, производящие монохроматические и поляризованные фотонные пучки методом ОКР.
В начале 80-х годов теоретически была показана возможность создания методом ОКР высокоэнергетических поляризованных встречных уу- и уе-пучков на основе лептонных линейных коллайдеров нового поколения. Такие пучки будут иметь принципиальное значение при экспериментальном исследовании целого ряда процессов образования промежуточных векторных бозонов, например, у+у => W +W , у+е > W~+i> , у+е~ =» e~+Z и других. Актульность создания встречных уу пучков методом ОКР признана во всем мире, и в этом году в Беркли (США)
планируется проведение первой международной конференции по проблеме гамма-гамма колайдеров.
В то же время, в ведущих физических центрах предложены и реализуются проекты по физике высоких энергий со встречными продольно-поляризованными пучками: установка LEP (CERN, Швейцария), HERA (DESY, Германия), ВЭПП-4М (ИЯФ, Россия). Постановка экспериментов с поляризованными частицами в начальных состояниях - важный источник информации о спиновых зависимостях фундаментальных взаимодействий, изучение которых, совершенно необходимо для создания полноценной теории элементарных частиц. Так, например, на накопителе ВЭПП-4М откроется возможность измерения вклада слабых взаимодействий в сечение Т-мезонных резонансов. Необходимым условием проведения таких экспериментов, является измерение и оперативный контроль направления и степени поляризации взаимодействующих пучков.
Исследования, составляющие основу диссертации, были выполнены автором в 1978-1993 годах. Актуальность их подтверждается неослабевающим интересом мировой научной общественности к этим проблемам, который обусловлен практической значимостью исследований и открывающимися новыми
экспериментальными возможностями.
і
Цель настоящей работы заключалась в исследовании и развитии метода ОКР на электрон-позитронных пучках в циклических и линейных коллаидерах, в создании на его основе экспериментальных установок на накопителях ВЭПП-2М, ВЭПП-3, ВЭПП-4, ВЭПП-4М и проведении на этих установках экспериментов по физике высоких энергий и фотоядерной физике, а также в разработке новых методов диагностики пучков.
Научная новизна.
1. Впервые наблюдался на встречных электрон-позитронных
пучках процесс ОКР ондуляторных фотонов (накопитель ВЭПП-2М).
Впервые проведено измерение радиационной поляризации встречных пучков с помощью сверхпроводящего спирального ондулятора (накопитель ВЭПП-2М).
2. Предложен и экспериментально проверен новый способ
измерения эммитанса электронного пучка методом ОКР (накопители
ВЭПП-3, ВЭПП-4).
Предложен новый способ измерения сверхмалых поперечных размеров пучков методом ОКР в электрон-позитронных коллаидерах на сверхвысокие энергии и светимости.
-
Установкой "Лазерный поляриметр" проведено измерение "картины" спиновых резонансов накопителя ВЭПП-4 в энергетическом диапазоне рождения Т-мезонных резонансов (4.6*5.3) ГэВ. Проведено абсолютное измерение энергии электронов в первом цикле экспериментов по прецизионному измерению массы Т(1Б)-мезона. Точность измерения массы мезона в этом эксперименте была улучшена в 15 раз по сравнению с табличным значением.
-
Создана установка РОКК-1, позволяющая получать
поляризованные монохроматических т-кванты с потоком
5 2.5-10 фотон/с в диапазоне энергий (0.1 + 1.4) ГэВ. На момент
создания эта установка являлась, единственной в стране и по
диапазону энергий полученных г-квантов на порядок превосходила
аналогичную установку LADONE (вторую в мире) во фраскати
(Италия).
Создана установка РОКК-2 с потоком поляризованных и монохроматических фотонов 3-10 фотон/с в диапазоне энергий (30+220) МэВ. На момент создания параметры установки являлись рекордными.
5.Впервые получены "меченные" по энергии комптоновские фотонные пучки. На установке РОКК-1 точность маркирования энергии фотонов в пучке составляла (2+4) в диапазоне энергий (120+850) МэВ, на установке РОКК-2 - (1.5+2) в диапазоне энергий (30+220) МэВ.
-
Разработана методика фотоядерных корреляционных экспериметов на меченных т-пучках, полученных методом ОКР на электронных накопителях. На пучках установок Р0КК-1 и РОКК-2 проведены эксперименты по изучению физики деления тяжелых ядер.
-
Впервые измерены вероятности симметричного и асимметричного деления ядер урана на пучке меченных фотонов с энергией (60+220) МэВ, а также измерены вероятности вылета легких заряженных частиц в совпадении с осколками деления, которые подтверждают основную роль каскадного механизма в
фотопоглощении тяжелых ядер.
Практическая ценность проведенных исследований.
-
Созданная установка "Лазерный поляриметр" позволяла достаточно быстро, надежно, без возмущения движения частиц в накопителе проводить измерения степени и направления поляризации электронов в накопителе ВЭПП-4.
-
Созданные установки РОКК-1, РОКК-2 и РОКК- 1М на накопителях ВЭПП-4, ВЭПП-3 и ВЭПП-4М позволяют проводить широкий круг ядерно-физических экспериментов с использовнием монохроматических и поляризационных свойств r-пучков этих установок; эффективно проводить корреляционные эксперименты по регистрации совпадений продуктов ядерных реакций. Практически полное отсутствие нейтронного и радиационного фонов существенно способствует постановке поисковых экспериментов на этих пучках.
3.Предложенная и опробированная на накопителях ВЭПП-4 и ВЭПП-3 методика измерения эмиттанса электронного пучка может быть использована в ускорительной практике.
4. Предложенный новый метод измерения сверхмалых размеров пучков может быть использован в настоящее время, как единственный адекватный способ измерения, на строящихся и проектируемых электрон-позитронных коллайдерах на сверхвысокие энергии и светимости.
5.Результаты измерения поляризации встречных электрон -позитронных пучков с использованием ондулятора позволяют распространить поляриметрию методом обратного комптоновского рассеяния в область энергий ниже 1 ГэВ. Эта методика может быть рекомендована для использования на электронных накопителях соответсвующих энергий.
6.Разработанная методика и опыт проведения фотоядерных корреляционных экспериметов на электронных накопителях может быть распространен и успешно использован при проведении экспериментов по этой тематике.
Результаты диссертационной работы уже использованы в ИЯФ им. Г. И. Будкера СО ран на новой установке РОКК- Ш на накопителе ВЭПП-4М. Опыт создания и работы установок РОКК-1 и РОКК-2 в настоящее время распространен и используется на создаваемой в РНЦ "Курчатовский институт" (г.Москва)
аналогичную установку на накопителе Сибирь-2. Результаты диссертации могут быть также рекомендованы к использованию в Харьковском физико-техническом институте АН Украины (г.Харьков), а так же при создании встречных уу пучков на линейном коллайдере сверхвысоких энергий - проект ВЛЭПП в ИФВЭ ( г. Протвино).
Апробация диссертационной работы. Основные научные результаты, полученные в диссертации, докладовались и обсуждались на: Всесоюзных совещаниях по ускорителям заряженных частиц высоких энергий (Дубна, 1982, 1985, 1989, 1992); Международной конференции по ускорителям частиц высоких энергий (Батавия, США, 1983), Всесоюзных совещания по использованию синхротронного излучения (Новосибирск, 1982,1 1984); Международных семинарах по спиновым явлениям в физике высоких энергий (Серпухов, 1982, 1985); Годичном собрании Отделения ядерной физики АН (Москва 1983); Международном симпозиуме по спиновым явлениям в физике высоких энергий (Протвино, 1986); Международных семинарах по электромагнитным взаимодействиям ядер при низких и средних энергиях (Москва, 1985, 1988, 1991); Международной конференции по делению ядер (Ленинград, 1989); Всесоюзной школе по ядерной физике (Киев, 1990); Международных школах по ядерной физике (Фраскати, Италия, 1983, Лакуила, Италия, 1990, 1992) ; Международном симпозиуме по ядерной физике (Гайсинг, Германия, 1988); зимней школе ПИЯФ по физике частиц и атомного ядра (Зеленоград, 1993); Международной конференции по частицам и ядрам (Перуджа, Италия, 1993), а также, обсуждались на научных семинарах Института ядерной физики им. Г. И. Будкера СО РАН, Харьковского физико-технического института и института ядерных исследований АН Украины. Института ядерных исследований РАН, Института атомной энергии им. Курчатова, Брукхевенской национальной лаборатории (США), Национальной лаборатории CEBAF (США), лаборатории Бейтса Нассачусетского технологического института (США), университета Дюка (США), Иллинойском университете (США), Гарвардском университете (США), лаборатории им. Ферми (США), университете Дж. Вашингтона (США), Национальном институте стандартов и технологий (США), Римском университете,
Национальной лаборатории Фраскати, Национальной лаборатории
GRANSASO (Италия), лаборатории DESY, в институтах им. М. Планка
в Гейдельберге и Штудгарте (Германия) и в других.
Публикации. По материалам диссертации опубликованно более 40
работ.
Структура работы. Текст диссертации состоит из введения,
восьми глав, четырех приложений и заключения и содержит 256
страниц машинописного текста, включая 88 рисунков и списка
литературы из 194 наименований.
