Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА I. ОБЗОР ЭКСПЕРШЛЕНТАЛЬНЫХ И ТЕОРЕТИЧЕСКИХ РАБОТ ПО УПРУГОМУ НУМОН-НУКЛОННОМУ РАССЕЯНИЮ
I. Методы экспериментального исследования нуклон-нуклонного упругого рассеяния на пучках заряженных частиц и нейтральных частиц 11
1.1. Эксперименты по изучению протон-протонного упругого рассеяния 12
1.2. Экспериментальное исследование упругого нейтрон-протонного рассеяния. (Эксперименты," выполненные до 1979 года.) 18
1.2.1. Особенности экспериментов с нейтронами высоких энергий.
Общий метод 18
1.2.2. Непрямые методы изучения рассеяния. ( p
1.2.3. Обзор проведенных прямых экспериментов по измерению упругого нейтрон-протонного рассеяния 24
2. Упругое рассеяние и полные сечения адронов при высоких энергиях. (Экспериментальные данные.)... 29
3. Актуальность экспериментов по рассеянию с точки зрения современной теории сильных взаимодействий 38
4. Задачи эксперимента Л/А-6. Обоснование метода 39
ГЛАВА II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА ПО ИЗУЧЕНИЮ УПРУГОГО РАССЕЯНИЯ НЕЙТРОНОВ НА ПРОТОНАХ НА СВЕРХМАЛЫЕ УГЛЫ
I. Краткий обзор установки. Кинематика 43
2. Нейтронный пучок 49
3. Детектор мишень . 56
3.1. Принцип действия. Конструктивно-технологические особенности 56
3.2. Энергетическое разрешение 61
3.3. Энергетическая калибровка. Нелинейные эффекты в работе детектора-мишени 64
3.4. Электронная система детектора-мишени 71
4. Нейтронный детектор 77
4.1. Трековый детектор нейтронной вершины 77
4.2. Адронный калориметр 79
4.2.1. Свойства сцинтилляторов и выбор ФЭУ 80
4.2.2. Калибровка сцинтилляционных умножителей 81
4.2.3. Энергетическая калибровка калориметра. Энергетическое разрешение 83
5. Система сцинтилляпионных счетчиков 88
6. Схема триггера и набор данных.
ГЛАВА III. АНАЛИЗ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬШХ ДАННЫХ 97
I. Определение кинематических характеристик рассеянного нейтрона 99
1.1. Алгоритм поиска нейтронной вершины. 99
1.2. Точность восстановления вершины взаимодействия 103
1.3. Определение энергии нейтрона. Энергетический спектр 107
2. Определение кинематических переменных протона отдачи ИЗ
2.1. Временной спектр сигналов А-области мишени ИЗ
2.2. Условие компланарности 117
2.3. Кинетическая энергия протона отдачи. 120
2.4. Анализ формы токового импульса 130
3. Процедура обработки экспериментальных данных 134
4. Монте-Карло коррекции 137
4.1. Точность измерения кинематических переменных 137
4.2. Моделирующая Монте-Карло программа. 138
4.3. Эффективность регистрации событий упругого Ktp рассеяния 142
5. Абсолютная нормировка 146
ГЛАВА ІV. ФИЗИЧЕСКИЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ
I. Дифференциальное сечение упругого рассеяния нейтронов на протонах 155
2. Анализ структуры дифракционного пика. 162
3. Полное и упругое сечения по рассеяния 177
3.1. Оптическая теорема и определение полного сечения по взаимодействия 177
3.2. Сравнение с другими определениями полного сечения h/f> взаимодействия 178
3.3. Определение полного сечения упругого рассеяния 181
4. Проверка следствий условия унитарности. 184
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 187
Благодарности 188
Приложение 191
Литература 201
- Методы экспериментального исследования нуклон-нуклонного упругого рассеяния на пучках заряженных частиц и нейтральных частиц
- Краткий обзор установки. Кинематика
- Определение кинематических характеристик рассеянного нейтрона
- Дифференциальное сечение упругого рассеяния нейтронов на протонах
Методы экспериментального исследования нуклон-нуклонного упругого рассеяния на пучках заряженных частиц и нейтральных частиц
Для определения величины амплитуды упругого рассеяния требуется измерение по меньшей мере двух кинематических величин. В их качестве можно взять, например, энергию падающей частицы и угол ее рассеяния. В практической ситуации для отделения случаев упругого рассеяния от неупругого фона обычно требуется дополнительная информация. Способы выделения упругого рассеяния проще всего объяснить на классическом примере протон-протонного рассеяния. Обсуждение рр рассеяния полезно и для понимания специфических методических проблем при переходе к процессам упругого рассеяния нейтронов на протонах в том же диапазоне энергии.
Краткий обзор установки. Кинематика
Экспериментальная установка по изучению упругого рассеяния нейтронов на протонах на сверхмалые углы состояля из следующих основных элементов: детектора-мишени высокого давления, детектора нейтронной вершины и адронного калориметра.
Схема экспериментальной установки показана на рис. 12 Нейтронный пучок проходил параллельно центральной нити детектора (см. рис. 12 ) на небольшом от нее расстоянии и взаимодействовал с рабочим веществом (газообразный водород) детектора-мишени. Протон отдачи при малых переданных импульсах вылетал под углом, близким к 90 в лабораторной системе координат, т.е. протон отдачи практически всегда двигался перпендикулярно сигнальным нитям детектора. Электроны, рожденные протоном отдачи при ионизации газа мишени, дрейфовали к сигнальным нитям под действием приложенного к электродам потенциала. В области высокой напряженности электрического поля вблизи нити происходил процесс пропорционального газового усиления заряда. Образованный заряд собирался на сигнальной нити и усиливался зарядовочувствительным пред-усилителем. Измерялись амплитуда электрического сигнала, пропорциональная полному энерговыделению, что давало информацию о кинетической энергии протона отдачи f"pR J задержка времени прихода электрического импульса, связанная с пробегом протона R?R , и номер сработавшей сигнальной нити (азимутальный угол рассеяния Ф,» ).
Рассеянный вперед нейтрон детектировался в нейтронном детекторе, состоявшем из детектора нейтронной вершины и адронного калориметра. С помощью нейтронного детектора определялся полярный
0 ns и азимутальный ФЙ$ углы рассеянного нейтрона, а также его энергия Ens , что явилось методически новым по сравнению с предыдущими нейтронными экспериментами.
Краткий обзор установки. Кинематика
Реконструкция точки взаимодействия нейтрона с веществом конвертора выполнялась отдельно для % и у проекций. На рис. 34 для одного события показаны координаты сработавших нитей только для )С -координатных плоскостей пропорциональных камер и восстановленная вершина взаимодействия.
Процедура поиска треков заряженных частиц в условиях большой множественности (более 20 срабатываний на координатную плоскость) заключалась в следующем:
- координаты каждой сработавшей нити (X , X ) в крайних камерах последовательно соединялись прямой линией;
- проверялось наличие на этой прямой (внутри некоторого интервала ДХ I мм) координат сработавших нитей остальных трех камер;
- если на прямой оказывались координаты сработавших нитей всех камер, то такая прямая считалась треком заряженной частицы;
- определялась координата точки пересечения этой прямой со средней плоскостью конвертора.камерах вершинного детектора ( х - проекция). Крестиком обозначена вершина, реконструированная по данному распределению срабатываний в пропорциональных камерах.
Распределение таких координат использовалось для нахождения вершины взаимодействия. Примеры распределений для нескольких событий даны на рис.35.
Координаты точек пересечения сначала гистограммировались с шагом, равным I мм, после чего проводился поиск максимума гистограммы, который, исключая два левых и два правых соседних от максимума бина, должен был превышать содержимое других интервалов на величину статистической ошибки. Если максимум был найден, то положение проекции вершины определялось значением среднего в пяти интервалах. В том случае, когда максимум гистограммы найден не был, шаг гистограммирования увеличивался еще на I мм и поиск максимума повторялся.
Процедура поиска максимума заканчивалась при достижении значения шага гистограммы, равного 3.2 см, в этом случае точка взаимодействия нейтрона считалась не найденной.
Процедуре поиска вершины предшествовал предварительный отбор данных, в котором учитывалась эффективность каждой пропорциональной камеры и значение максимального числа срабатываний в координатной плоскости камеры. Первое условие отбора требовало хотя бы одной сработавшей нити в каждой координатной плоскости. Ограничение на максимальное число сработавших нитей в камере (не более ста) было обусловлено большим количеством комбинаций при поиске треков в условиях большой плотности частиц и связанным с этим значительным расходом времени ЭВМ для анализа таких событий.
Дифференциальное сечение упругого рассеяния нейтронов на протонах
На рис. 53,54,56,57 ив приложении (таблице XX-OOffli ) представлено измеренное в данном эксперименте дифференциальное сечение упругого П/р рассеяния как функция переданного импульса. На рис. 53 также показаны области различной физической информации, доступные в этом эксперименте.
При энергиях выше 100 ГэВ/с дифференциальное упругое сечение было измерено только во F/VAL e группой Мичиганского университета /30, /. Данные этой группы охватывали область "Ь от 0.14 до 3.9 ГэВ/с . При меньших переданных импульсах дифференциальное сечение упругого нуклон-нуклонного рассеяния было измерено только в опытах с протонами. В нашем эксперименте измерения дифференциального сечения были распространены в область предельно малых переданных импульсов вплоть до б»10 ГэВ/с .
На рис. 55 проведено сравнение дифференциального сечения упругого цл рассеяния, полученного в нашем эксперименте с результатами Мичиганской группы Де Хавен и др. /30/ . В перекрывающихся областях переданных импульсов имеется хорошее согласие двух измерений.
