Введение к работе
Актуальность тЬмы диссертации
Одним га плавних направлений экспериментальной и теоретической ядерной физики последнего времени является .плучение физических проиессоп, стимулированных ііоі{-понными столкновениями при иереллтивнетекпх энергиях (20-151) МзВ/нухлон). С одной стороны, это обусловлено введением D действие соответствующих ускорителей тяжелых iiouod п исследовательских программ п крупнейтих ядерных центрах, а с другой — ценностью получаемой п процессе исследования информации о динамике ядро-ядерного соударения, о свойствах ме^аъядерного взаимодействия, о деталях ядерной и атомной структуры сталкивающихся 'чистин; о механизме реакции н др. Источником такой информации являются не только прямые процессы как результат ядерных реакций, но по многом и относительно более слабые вторичные процессы, стнмулиропап-ныо нолем динамической дпядерной системы, которая образуется при ядро-ядерном столкновении. Эти процессы, кгнс nprmu-ло, сопровождаются эмиссией вторичных частиц. Исследование физических характеристик таких частиц позволяет не только' попять природу явления, по нередко получить и прецизионные данные о механизме столкновения п о ядро-ядерном взапмодей-стшш, недоступные при анализе прямых процессов и упругого рассеяния. Именно вторичные процессы являются предметом изучения в данной диссертации.
Несмотря на сравнительно успешное экспериментальное ис
следование спектроа вторичных частиц, испускаемых п ядрі?
ядерних столкновениях, создание последовательной теории
.этих процессов затруднено, гшнду существенной ыногочдетнч1
пости проблемы, н треОует модельного подхода. Сувдсстную-
щие п настоящее время модели мпогочнелепны, но практически
ни одна из них не молгет претендовать на достаточно полное
микроскопическое описание изучаемых явлении. Главные недо
статки многих нз известных моделей заключаются л следую
щем: . .
- наличие свободных параметров препятствует пониманию физической сущности явления;
- ограничите на массы сталкивающихся ядер сужает круг
исследуемых реакций;
- квантовые объекты необоснованно рассматриваются и
классическом или полукла» < кчееком подходе.
Представляется, что наиболее перспективно для построения теорпл изучение вторичных процессов на основе механизма, аналогичного ядерному тормозному излучению. С одной стороны, такой подход является микроскопическим, поскольку позволяет рассматривать акт эмиссии вторичной частицы как результат квантового перехода между состояниями непрерывного спектра динамической дішдсриоіі системы, а <: другой, он универсален и, кроме того, также объясняет появление в спектре кумулятивных частиц с энергиями, превышающими энергию столкновения в расчете на, один нуклон.
Физический механизм тормозного излучения был использован при рассмотрении эмиссии жестких фотонов [1] и подноро-гозых 7Г-мезошш [2]. Ядро-ядерное взаимодействие учитывалось » рамках киантово-оптпческой модели (КОМ), глаиньш достоинством которой является отсутствие свободных параметров Несмотря па сравнительно успешное описание экспериментальных данных в ядро-яде))НЫХ реакциях, существенное расхождение с экспериментом наблюдается при исследовании, капалось бы, более простых нуклон-ядерных столкновении [3]. Причины данного факта пексны. Возможно, это связано не с идеей, а с расчетной схемой, базирующейся при описании относительно-.го движения сталкивающихся ядер на приближении < плоскими волнами. Таким образом, актуальной проблемой 6л дет кардинальное усовершенствование расчетной схемы КОМ, что также является целью диссертации.
Помимо процессов эмиссии жестких фотонов п подпорого-вых пионов, для которых идея «тормозного* механизма оказа-, лась плодотворной, на со осново можно попытаться исследовать л другие вторичные процессы, пока недостаточно изученные теоретически, хотя эти проблемы также актуальны. К пх числу МОЖНО ОТНеСТИ ЭМИССИЮ «5-ЭЛСКТрОНОВ, рО/КДСЧШС днлептон-
иых пар, столкновнтельшлн ,#-распад стабильных изотопов и др. Для этих целей наиболее подходят процессы, обуе моленные действием электромагнитного ноля, поскольку, во-первых.
структура электромагнитного іі:іаимодеііґітш;і хорошо известна, a, DO-DTopHX, испускаемые частини не подвергаются сильному возле іістпніо со сторони: ядергшіі сродм. Некоторые нз этих процессов, например, дшігптоішое рождение и nufmnaiuie еГ-:мектроіюппри столкновениях тяжелых попои промежуточных энергий пока экспериментально иг исслелопаии, и результаты их теоретического изучения полезны не только сами ш» себе, но и необходимы при плакировании таких :жшернмеитов
D будущем.
Цель диссертации'
Основной целью настоящей диссертации является построение теории кппитопых переходов мелсду состояниями непрорыв-ного спектра лдро-ядорнон системы под действием электромагнитных полон (при промежуточных энергиях столкновения). I) данной диссертации реишотсл следующие конкретные задачи:
-
Усовершенствование теоретической схеми квантоію-оптігіссісой модели из, рдбот [1.2] зл счет учета педокали-ности оптического потенциала.
-
Исследование нового процесса — лми'.'спн лептоноп (электронов и позитронов), стимулированной поіі-поншл;.ш гтолкіюпениямн.
-
Разработка новой теории, основанной на откате от при-Сшшенил с плоскими волнами [1.2] при рассмотрении процесса столкновения, для понынюнпя ТОЧНОСТІ! ріІСЧСТИОЙ схемы. .
-
Исследование характеристик электромагнитного н лел- <
ТОННОГО ІШучеШіІ! ИІ1 ОСНОВО Н0ПОІІ ТОорИП.
5. Тестирование известных теоретических и эмпирических
оптических потенциалов по характеристикам .-электромаг
нитного и лептонного излучении, в том числе и п плане по
лучения ответа на вопрос фундаментального по,'лдка — .
должен быть или нет в потенциалах кчанмодейстпия лег
ких ядерных частиц отталкнпптелыгын *кор».
Научная иовнзыа и значимость работы
В работе на бале «тормозного» механизма эмиссии рассчитываются спектральные и углопые характеристики высокоэигрге-тических вторичных частіш в шж-нопных столкновениях промежуточных энергий.
Впервые для ядро-ядерных соударений проводится прямой расчет амплитуды процесса, эмиссии быстрой частини в координатном представлении с волновыми функциями, найденными численным 'решением уравнения Шрсдингсра в оптической но тенциалс. Используется мультипольної' разложение как для вол- . новых функций, так и для оператора рождения частицы.
Впервые исследуется влияние нелокалыюсти потенциала .
межъядерного илаїшодеіістішя на наблюдаемые характеристи
ки вторичных частиц, а
Впервые на примере эмиссии'жестких фотонов формулируется критерий дзшолыюсти излучения п непрерывном' спектре при наличии короткодействующего ядерного потенциала.
Впервые исследуется лептонное излучение в области промежуточных энергий столкновения.
Тема, разбиваемая и диссертации, яиляегст плановой в паучпо-пселедокатсльекой работе кафедры чооретпческой фп-. энкн (помер гос. регистрации Ш..9.СО00М57) и входит d тематику следующих грантов (руководитель — проф. Копытни П.В.):
- грант №95-02-0507-1 Российского фонда фу'идаментадь-
. пых исследований «Исследование столкиоинтелі-пого бета-
распада протона и стабильных ядер->;
— грант №96-0-0.1-11 Конкурсного Центра фундаменталь
ного естествознания при С.-ПбГУ «Стимулирование ра
диоактивных ядерных превращений п эмиссии быстрых
частиц иои-понными столкновениями»:
- - 3 .гранта Администрации Воронежской области-в период . с 1993 по 1995 г.
Основные результаты; выносимые па защиту
1. Разработана обшад теория, позволяющая исследовать процессы эмиссии быстрых вторичных частиц, гтимулпрован-
ниє нон-нонішмн с толкнолешіями в диапазоне промежуточных энергий it обусловленные электромагнитным полем. Ее достоинствами янляпляютсл отсутствие подгоночных параметров и ограничении на массы сталкнваюищхеА ядер, а также реализация и координатном представлении расчетной схемьт, позволяющей получать замкнутые вира- ленпя для дифференциальных сечений процессов змпепш жестких 7-.К".янтоп и быстрых лентонов.
-
Проведено уточнение ранге известного варианта квантово-оптической модели процессов .эмиссии вторичных частин за смет, учета энергетической зависимости параметров оптических потенциалов. Показано, что учет нолокалышетн таких потенциалов заметно влияет на характеристики вторичных частиц.
-
Использование, ыулыипольпых разложений позволило уточнить критерии д.Ія дипольного приближения при расчетах вероятности квантовых переходов между состояниями непрерывного спектра п короткодействующих потенциалах типа Вудса- Оакеоиа. Это, по-первих, как и з ку-лоновгком поле, должен быть перолятшшетский диапазон столкноннтслышх зш'.ргпй, п, ко-г.торих, выполнение; дополнительного условия Е„ап « lie. где Еп — знергня вторичной частицы (фотона или днлеитонпой пары) и ао — параметр днффузногтн потенциала.
1. Па основе анализа спектральных и угловых характеристик жесткого электромагнитного излучения при протон-ядерных и ядро-ядерных столкновениях показано, что «тормозной» механизм генерации доминирует ц статкно-вптельных ^-спектрах при анергиях фотонов от 30 МдВ до 10І) МзВ, а а спут,\>: протон-ядерных столкновении — практически до кинематического предела реакции.
5. Показано, что в нейтрон-ядерных столкновениях выход
тормозного 7-излуч(чшя сравним но величине с его выхо
дом п нротон-ядерн ых реакциях. ' ' .
G. Выявлена высокая' информативность спектров быстрых электронов н позитронов, появление которых обусловлено
процессом дадептошюі о рождения п поле столкновитель-иых. партно.рои.
7. При исследовании симметричных систем выявлены разли
чия в формировании тормозных дипольного и кнадруполь-
1 Ног» излучений. В частности, в реакции (0,07) в пысо-когшергстичесшй части спектра наблюдается максимум, тогда как в «мучении несимметричных систем в тормозных спектрах наблюдается: экспоненциальный спад выхода ' излучения с ростом энергии фотона.
8. .Выявлена чувствительность фотонных и лептонних спек-
тров к поведению на малых расстояниях волновой функции относительного движения в столкношітґльііоіі а — а-«иггеме.
Практическая ценность работы
Разработка расчетная схема, позволяющая на основе «тормозного» механизма, генерации вычислять характеристики Электромагнитного и лоцтоиного излучений в ядро-ядерных столкновениях промежуточных энергий и реализующаяся в двух приближениях по спосоОу описания процесса столкновения: с плоскими и с искаженными волнами.
. Относительно более простая расчетная схема, разработанная ни основе приближении с плоскими волнами, позволяет делать достаточно наделение предварительные, оценки величины выхода частиц. Эго подтверждено в известных ядро-ядерных реакциях сопоставлением результатов расчета сечении эмиссии 7-киантоп в .ядро-ядерных реакциях с экспериментальными данными.
Отсутствие свободных параметров и достаточная адекватность реальной физике процесса делает разработанную теоретическую схему прецизионным инструментом для независимого тестирования межъядернил потенциалов и зарядовых распределений. .
Теоретическое изучение не исследованных в иастояще-е время явлении позволяет поставить экспериментаторам новые па-дачи, а также выработать оптимальные условия для проведення соответствующих экспериментов в будущем.
Апробация работы и публикации
Основные результат і,г исследования юпубликопаны п журналах «Ядерная фіі.шка* РАН. Серия фтнчоекаяш в тешеах докладов, сделанных на следующих конференциях:
«Ядерная спектроскопия л структура атомного ядра» (44 .Международное сокешакпе. ЛуГша, 21 24 нюня 1994 г.):
сЯдориая спсктрої копия и структура атомного ядра>> (45 Международное совещание. С-ПетерОург, 27-,70 нюня 1995 г.):
«Международное ('..ЩЄШЛШІЄ по фн.чпке ядра» (4С Сошчца-Ш1г по ядерной < \н'к і росконпп si структуре, атомного ядра. Мо.кна. 19 22 июня 19% г.);
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из Мнедения, четырех глан, Заключения и Приложения.. OOimtii объем диссертации состапляет 15() ст|іанш( машинописного текста, включая 7 таблиц и 21 рисунок, а также список цитируемой литературы на 89 наїїмснопанші.
