Введение к работе
Актуальность работы
Исследование электромагнитных двухнуклонных реакций является важной задачей теоретической ядерной физики Теоретическое и экспериментальное изучение таких процессов позволяет получить важную информацию о динамике нуклон-нуклонного взаимодействия и об электромагнитных свойствах нуклонов Эта информация, в свою очередь, является основой для описания свойств ядер и ядерных реакций К настоящему моменту накоплен большой экспериментальный материал по нуклон-нуклонному рассеянию и по электромагнитным реакциям с участием двух нуклонов тормозного излучения при нуклон-нуклонном рассеянии, электрорасщепления и фоторасщепления дейтрона Основная принципиальная сложность при проведении теоретических исследований этих процессов состоит в том, что существующие в настоящее время теоретические подходы на основе квантовой хромодинамики и квантовой электродинамики позволяют проводить лишь оценочные модельные расчеты свойств простейших двухнуклонных систем
Известно, что в исследуемых в настоящей работе реакциях могут играть роль механизмы, связанные с ненуклонными степенями свободы Теоретические расчеты показывают, что эффекты, связанные с ненуклонными степенями свободы, с изобарными конфигурациями и с мезонными обменными токами, по разному проявляются в различных электромагнитных двухнуклонных реакциях и для разных кинематических областей Это позволяет, варьируя кинематические условия реакций, исследовать различные механизмы реакций Во многих случаях правильный учет релятивистских эффектов более важен, чем явный учет ненуклонных степеней свободы За последние годы появились экспериментальные данные для разных кинематических условий при промежуточных энергиях — экспериментально измерены дифференциальные сечения и некоторые поляризационные характеристики фоторасщепления дейтрона при энергиях фотона выше Е-, ~ 1 ГэВ, получены данные электрорасщепления дейтрона для кине-матик близких к области квазиупругого выбивания протона при передачах 4-импульса Q ~ 0 5 ГэВ/с, из данных по упругому ed рассеянию получены зависимости формфакторов дейтрона при значениях переданного импуль-
са до нескольких ГэВ/с Для теоретического объяснения таких процессов в выделенном диапазоне энергий практически неприменимы методы, используемые для описания этих реакций при низких энергиях Имеющееся теоретическое описание этих процессов во многих случаях плохо согласуется с экспериментом, а в некоторых случаях просто отсутствует Не ясно при каких энергиях начинают проявляться кварковые степени свободы Таким образом, настоящая работа относится к области исследований, где имеется постоянно растущий в объеме экспериментальный материал, но где до сих пор отсутствует последовательная единая теория, объясняющая эти экспериментальные данные
Данная диссертация посвящена разработке единого релятивистского формализма описания нуклон-нуклонного рассеяния, реакций тормозного излучения при протон-протонном рассеянии, фоторасщепления и электрорасщепления дейтрона при промежуточных энергиях и исследованию на этой основе возможности правильного выбора между различными нуклон-нуклонными потенциалами
Построенный в настоящей работе в рамках точечной формы релятивистской квантовой механики и квазипотенциального подхода формализм позволяет проводить ковариантные расчеты реакций с двумя нуклонами без приближений (типа разложения по степеням скоростей частиц v/c) и исследовать зависимости наблюдаемых процессов от конкретного вида взаимодействия между нуклонами, что позволяет, в свою очередь, сделать выбор между различными моделями нуклон-нуклонного взаимодействия Этот подход может быть обобщен для описания многонуклонных систем и реакций
Цель работы
Весь комплекс выполненных исследований направлен на построение единого релятивистского формализма описания нуклон-нуклонного рассеяния, реакций тормозного излучения при нуклон-нуклонном рассеянии, фоторасщепления и электрорасщепления дейтрона Для достижения поставленной цели решались следующие конкретные задачи
Разработка единого релятивистского формализма для описания нуклон-нуклонной системы и электромагнитных реакций с участием двух нуклонов при промежуточных энергиях
Применение разработанного подхода для численного расчета наблюдаемых реакции тормозного излучения при протон-протонном рассеянии, реакций фото- и электрорасщепления дейтрона
Развитие и подтверждение концепции Московского потенциала нуклон-нуклонного взаимодействия (глубокого потенциала притяжения с запрещенными состояниями), поиск подходящих кинематических условий для постановки эксперимента, который позволит сделать выбор между Московским потенциалом и потенциалами с отталкивающим кором
Научная новизна и практическая значимость результатов
Полученные в работе результаты имеют фундаментальное значение для понимания элементарных электромагнитных процессов теории ядра и ядерных реакций
Подход, основанный на точечной форме релятивистской квантовой механики, в рамках которой ранее расчитывались лишь формфакторы составных частиц, впервые использован для исследования процессов тормозного излучения при протон-протонном рассеянии, фото- и электрорасщепления дейтрона
Разработанный в рамках точечной формы релятивистской квантовой механики единый квазипотенциальный формализм описания реакций тормозного излучения при нуклон-нуклонном рассеянии, реакций фото- и электрорасщепления дейтрона в целом хорошо описывает экспериментальные данные при промежуточных энергиях Расчеты на основе этого формализма могут быть использованы для уточнения нашего понимания как этих процессов, так и более сложных электромагнитных ядерных процессов при промежуточных энергиях, а также как ориентир для постановки новых экспериментов
Разработанная в рамках точечной формы релятивистской квантовой механики техника расчета матричных элементов оператора электромагнитного тока нуклон-нуклонной системы может быть использована при расчете других реакций с двумя нуклонами
В настоящее время существует и продолжает увеличиваться большой объем данных рассеяния и их фазового анализа для различных двухчастичных систем, как ядерно-ядерных, так и адрон-адронных Разработанный аналитический метод решения обратной задачи теории рассеяния на основе уравнения Марченко и фазового уравнения метода переменной фазы позволяет восстанавливать эффективные оптические потенциалы взаимодействия таких частиц с учетом связи парциальных каналов, а также эффективно описывать поглощение выше порогов неупругости в оптическом пределе Глауберова приближения
Восстановленные нуклон-нуклонные потенциалы, описывающие упругое нуклон-нуклонное рассеяния до энергии 3 ГэВ в лабораторной системе отсчета и свойства дейтрона, могут быть использованы в расчетах более сложных ядерных систем и ядерных реакций
Основные положения диссертации выносимые на защиту
В рамках точечной формы релятивистской квантовой механики и квазипотенциальной модели нуклон-нуклонного взаимодействия разработан единый релятивистский формализм описания электромагнитных реакций с участием двух нуклонов тормозного излучения при нуклон-нуклонном рассеянии, фото- и электрорасщепления дейтрона
Разработан аналитический метод решения обратной задачи теории рассеяния для связанных каналов на основе уравнения Марченко и рациональной аппроксимации б'-матрицы
Исходя из фазового уравнения метода переменной фазы разработан метод восстановления мнимой части оптического потенциала для описания упругого рассеяния выше порога неупругости в оптическом пределе Глауберова приближения Метод разработан для случаев несвязанных и связанных парциальных волн
На основе разработанных методов восстановлены нуклон-нуклонные потенциалы, описывающие упругое нуклон-нуклонное рассеяние до энергии 3 ГэВ в лабораторной системе отсчета и свойства дейтрона
Построенные потенциалы имеют запрещенные состояния в S- и Р-волнах, что соответствует концепции нуклон-нуклонного потенциала с запрещенными состояниями (Московского потенциала)
В рамках разработанного формализма рассчитаны дифференциальные сечения и анализирующая способность реакции тормозного излучения при протон-протонном рассеянии для различных кинематик при энергиях налетающего протона в лабораторной системе отсчета до 1000 МэВ Исследовано влияние кулоновского взаимодействия и изобарных каналов на результаты расчетов Получено хорошее описание экспериментальных данных
Рассчитаны дифференциальные сечения и поляризационные наблюдаемые реакции фоторасщепления дейтрона *yd —* Щ> при энергиях фотона от 1 до 2 5 ГэВ Показано, что разработанная релятивистская квазипотенциальная модель хорошо описывает данные эксперимента в этой области энергий
Рассчитаны дифференциальные сечения реакции эксклюзивного электрорасщепления дейтрона при импульсах отдачи дейтрона от 0 до 500 МэВ при нескольких передачах 4-импульса Q2 = 0 38, 0 101, 0 191 (ГэВ/с)2 Показано, что эти данные описываются в рамках разработанного формализма
Показано, что концепция Московского потенциала согласуется с экспериментальными данными всех исследованных процессов В то же время сделать однозначный выбор между Московским потенциалом нуклон-нуклонного взаимодействия и потенциалами с кором на основании имеющихся экспериментальных данных нельзя Требуется увеличение точности экспериментов и (или) постановка экспериментов при более высоких энергиях Сделаны соответствующие предсказания
Апробация работы
Основные результаты, положенные в основу диссертации, докладывались и обсуждались на международных конференциях и семинарах, в том числе на международных совещаниях "Ядерная спектроскопия и структура
атомного ядра" (Саров, 2001, Москва, 2002, Бєлгород, 2004), Relativistic nuclear physics and quantum chromodynamics (XV Int Sem on High Energy Physics Problems, Dubna, 2000), Relativistic nuclear physics and quantum chromodynamics (XVII Int Sem on High Energy Physics Problems, Dubna, 2004), Relativistic nuclear physics from hundreds MeV to TeV (VIII Int Workshop, Dubna, 2005) XI International Seminar on Electromagnetic Interactions of Nuclei "ЕМШ-2006"(ИЯИ РАН, Москва, 2006)
Публикации
Вошедшие в диссертацию результаты опубликованы в тридцати работах, в том числе 13 в журналах рекомендованных ВАК и 3 в сборниках докладов международных конференций/семинаров Список приведен в конце автореферата
Личный вклад автора
Личный вклад автора заключается в активном участии в постановке задач и интерпретации результатов расчетов Лично автором детально разработаны формализм для расчета всех процессов и численный метод решения обратной задачи рассеяния, разработаны и написаны программы соответствующих расчетов, спланированы и проведены все расчеты, включенные в диссертацию Результаты, вошедшие в диссертационную работу, являются итогом исследований, проведенных автором в ТОГУ совместно с сотрудниками ТОГУ и НИИЯФ МГУ
Участие соавторов публикаций заключалось в следующем д ф -м н , профессор В А Кныр и д ф -м н , профессор В Г Неудачин участвовали в постановке задач, обсуждении и интерпретации результатов, опубликованных в совместных работах
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы и трех приложений Объем диссертации, включая 2 таблицы и 70 рисунков, составляет 240 страниц Приведенная библиография содержит 329 наименований
