Введение к работе
Диссертация представляет собой исследование поляризации и других зависящих от спина параметров в различных ядерных процессах при энергии 1 ГэВ. Диссертация является в основном экспериментальной работой. Вместе с тем, большое внимание в ней уделяется анализу полученных экспериментальных данных с помощью различных теоретических моделей. Выполнены измерения поляризации в упругом дифракционном рассеянии протонов на ядрах, в ква^иупругом и глубоко неупругом рассеянии протонов d заднюю полусферу (кумулятивная область). Особое место в диссертации занимает изучение структуры дейтрона pd —* ррп при энергии 1 ГэВ и dp -> ррп при энергии 1 ГэВ/нуклон с измерением поляризации вторичных протонов, тензорной и векторной анализирующей способности.
Все описанные в диссертации эксперименты были разработаны и поставлены автором на синхроциклотроне ПИЯФ в Гатчине и на ускорителе Сатурн в Центре ядерных исследований в Сакле (Франция). Все они связаны общей идеей - использование поляризационных наблюдаемых в качестне теста на механизм реакции.
Как показал нализ полученных экспериментальных данных, теория многократного рассеяния Глаубера - Ситепко способна адекватно описать поляризацию в упругом рассеянии протонов на ядрах. Найденные и результате анализа параме' ры сппн-орбиталыюн амплитуды оказались стабильными в широком интервале по А от углерода до свинца. Выяснено влияние спин-орбитального взаимодействия на параметры распределений плотности ядерной материи, извлекаемые из данных по дифференциальным сечениям упругого протон-ядерного рассеяния.
Выполненный в Сакле эксперимент но эксклюзивной фрагментации поляризованных дейтронов однозначно указывает на необходимость и к л точения эффектов перерассеяния при внутридейтронных импульсах, Смлыних 0.2 ГэВ/с. Этот вывод не зависит от вида используемой іюлііоіюґі функции дейтрона. Совокупность экспериментальных данных по кн.тшунрур'му
:!
развалу дейтрона, полученных в Гатчине и в Сакле, хорошо описывается с помощью теоретическоп модели, включающей перерассеяиие нуклонов и возбуждение Д- изобары с полным учетом спин-изоспшювой структуры элементарных нуклон-нуклопных амплитуд.
Актуальность проблемы. Поляризационные наблюдаемые являются важнейшими характеристиками взаимодействия элементарных частиц и ядерных реакций. Формально, измерение зависящих от спина параметров позволяет наложить дополнительные ограничения на механизм реакции и структуру изучаемого микрообъекта.
Ввиду трудности поляризационных экспериментов при средних п высоких энергиях это направление стало активно развиваться сравнительно недавно по мере совершенствования экспериментальной методики. В настоящее время почти все современные ускорители протонов, дейтронов и электронов имеют поляризованные пучки и, соответственно, программы поляризационных измерений. Активно разрабатываются мишени поляризованных протонов, дейтронов, 3Не и более тяжелых ядер. Совершенствуются используемые на накопительных кольцах газовые поляризованные мишени высокой плотности ( с накопительной ячейкой). Развивается техника трековых приборов, что позволяет строить эффективные н быстрые поляриметры. Вся эта индустрия делает сегодня доступными все более сложные поляризационные измерения.
Поляризационные измерения совершенно необходимы при средних энергиях для восстановления зависящих от .спина амплитуд NN- и irN-рассеяния. При высоких энергиях анализ экспериментов по глубоконеупру-гому рассеянию поляризованных электронов и мюонов на поляризованных нуклонах привел к проблеме т.н. "спиновогокризиса", затрагивающей фундаментальные аспекты КХД. В настоящее время трудно найти область ядерной физики и физики элементарных частиц, где поляризационные эксперименты не. играли бы заметной роли
В данной работе поляризация изучалась в различных ядерных процессах при энергии 1 ГэВ. По ядерным масштабам эта энергия является доста-ючно высокой, такой, что механизмы взаимодействия протонов с ядрами упрощаются. 'Гак,в стучае упругого рассеяния на ядрах,в принципе, начинает "работать"' теория многократного рассеяния Глаубера-Снтенко. Это положенно, однако, требует экспериментальной проверки. Поляризационный эксперимент выступает здесь как тест адекватности теории в смысле
распространения ее на область поляризационных наблюдаемых.
Ранее в серии экспериментов по изучению дифференциальных сечений упругого рассеяния протонов с энергией 1 ГэВ на ядрах исследовались распределения плотности ядерной материн. Анализ производился без учета вклада спин-орбитального взаимодействия. Малость поправок, связанных со спин-орбитальным взаимодействием, была строго нами доказана лишь после измерения поляризации.
Важность поляризационных измерений демонстрируется в диссертации также на примере изучения структуры дейтрона. Измерение одного только импульсного распределения нуклонов в дейтроне (неполяризонанный дейтрон) не позволяет сделать однозначного вывода о механизме реакции и, как следствие, оставляет возможность подгонки импульсного распределения под эксперимент путем модификации волновой функции дейтрона на v малых расстояниях. Анализ измеренных нами в Сакле поляризационных параметров (в частности, тензорной анализирующей способности) однозначно указывает на іеобходимость учета поправок к импульсному приближению независимо от вида волновой функции дейтрона.. Совместный анализ гатчинского и Сакле экспериментов позволяет сделать заключение о том, что структура дейтрона может быть описана, в рамках традиционного подхода с помощью парижской (боннской) волновой функции вплоть до весьма больших ішутрешшх импульсов (500 МэВ/с).
Цель работы. Основные задачи, которые решались н диссертации, перечислены ниже.
-
Производилась экспериментальная проверка применимости теории Глаубера - Сптепко для описания поляризации в упругом дпфрак-циопном рассеянии.
-
Производилась прс ерка теоремы Левинтова - Келлера, т.е. контролировалась стабильность извлекаемых нз данных по поляризации спин-орбитальных параметров в широком интерпале по А. Производилось сравнение этих параметров с данными NN- фаадвш о миа.чи >а.
-
Определялись поправки к средне-квадратичным радиусам рапіра делений плотности ядерной материи, связанные с учугом спин орбитального взаимодействия.
-
Для большого числа ядер мишеней изучалась поляризация прщкмоп. рассеянных в заднюю полусферу (кумулятивная'ifviaci ь)
-
Определялось, до каких внутридейтронных импульсов работает импульсное приближение в эксклюзивной реакции фрагментации поляризованных дейтронов.
-
Определялось, до каких внутрндейтронных импульсов (межнуклон-ных расстояний) структура дейтрона может быть описана с помощью классической парижской (боннской) волновой функции.
Новизна работы
-
Разработана методика измерения поляризации в упругом дифракционном рассеянии протонов, выведенных из синхроциклотрона, на основе метода временной привязки к моменту вывода пучка с помощью прецизионного спектрометра, катушки-компенсатора и поляриметра.
-
Впервые измерена поляризация в упругом дифракционном рассеянии в области применимости глауберовской теории ( при энергии 1 ГэВ).
-
Впервые продемонстрирована применимость теории Глаубера-Ситенко для описания поляризации в упругом протон-ядерном рассеянии.
-
Экспериментально показано, что поправки к средне-квадратичным радиусам ядерной материи, обусловленные спин-орбитальным взаимодействием малы.
-
Выиолне: ы детальные измерения поляризации кумулятивных протонов при первичной энергии 1 ГэВ. Впервые надежно показано, что поляризация кумулятивных протонов мала.
-
Разработана и практически реализована методика эксклюзивного эксперимента по измерению поляризационных параметров в реакции кназнупругого развала поляризованных дейтронов на укорителе Сатурн в Сакле.
-
Впервые в эксклюзивном варианте измерен полный набор поляризационных параметров в реакции фрагментации поляризованных дейтронов.
(І
Научная и практическая ценность результатов работы. В диссертации продемонстрирована важность и необходимость измерения поляризационных наблюдаемых в качестве теста на механизм реакции. Заложенное в диссертации направление исследований нашло свое продолжение в новых экспериментах на синхроциклотроне ПИЯФ (изучение эффективной поляризации на ядрах с помощью двухплечевого магнитного спектрометра), а также на накопительном кольце COSY в Германии, где автором предложена программа поляризационных исследований на основе газовой поляризованной м:тшени с накопительной ячейкой. Эта программа ( ее техническая часть) находится в настоящее время в стадии реализации.
Получен большой экспериментальный материал. Данные по поляризации в дифракционном рассеянии протонов на ядрах важны для проверки теории многократного рассеяния Глаубера. Данные по поляризации кумулятивных протонов фактически исключили возможность больших спиновых эффектов в кумулятивных реакциях при промежуточных энергиях. При более высоких эг*-ргиях этот вывод был впоследствии подтвержден экспериментом в Протвино. Данные по корреляционным сечениям реакции pd — рр(п) и pd —* рп(р), полученные в Гатчине, позволяют получить импульсное распределение нуклонов в дейтроне до 500 МэВ/с по виу-тридейтронному импульсу. Данные по тензорной анализирующей способности, полученные в Сакле, демонстрируют невозможность использования одного только импульсного приближения в качестве механизма реакции при внутридейтронных импульсах, больших 0.2 ГэВ/с.
Совместный анализ гатчинских и Сакле данных демонстрирует возможность использования классических парижской или боннской волновых функций для описания структуры дейтрона вплоть до 500 МэВ/с.
Хорошее знание структуры дейтрона имеет большую практическую ценность ввиду повсеместного использования дейтронов в качестве мишени поляризованных нейтронов. В частности, правильный учет поправок на структуру дейтрона необходим при измерении зависящих от спина структурных функций протона и ігойтрона и проверки фундаментального для КХД правила сумм Бьеркена.
Апробация работы и публикации. Материалы диссертации опубликованы в 16-ти работах в отечественных и зарубежных журналах и докладывались на международных конференциях и совещаниях по физике дейтрона и спиновой физике в Протвино (VII International Symposium
on High Energy Spin Physics. Protvino September -1986.), в Париже (Polarization Observables and High Momenta in the Deuteron Wave Function. PARIS 90. 9-13 Juiller 1990.), в Бонне (105th International We-Heraeus-Seminar, ITadronic Processes at Small Angles in Storage Rings, Bad-Honnef, 1993), в Дубне ( Международные рабочие совещания "Dubna Deuteron 1993 - 1995"), в Внльямсбурге ( 14 International Conference on FeW Body Problems, Williamsburg, USA, 1994 )'.
Проводимые другими группами впоследствии эксперименты- измерения анализирующей способности в упругом рассеянии протонов с энергией 800 МэВ на ядрах (LAMPF), измерения поляризации кумулятивных протонов в Дубне и Протвино, измерение электроразвала дейтрона в Сакле (электронный ускоритель) н пр.- подтверждают результаты, полученные в данной диссертации.
Структура и объем диссер'тации. Диссертация состоит из введения, основного содержания, изложенного в четырех главах, и заключения. Тематически каждая глава посвящена одному из экспериментов, его результатам н анализу. История вопроса излагается в начале каждой главы отдельно. Автор счел нецелесообразным подробное изложение устоявшихся методических вопросов, предпочитая излагать лишь те аспекты экспериментальной методики , которые могли бы представлять интерес.
Диссертация содержит 132 страницы основного текста, 50 рисунков, 7 таблиц и список цитируемой литературы из 89 наименований.
