Измерение компонент тензорной анализирующей способности реакции gd - pnp0 | Изв. вузов. Физика. 2019. № 2.

Измерение компонент тензорной анализирующей способности реакции gd - pnp0

Представлены результаты измерения трех компонент тензорной анализирующей способности реакции некогерентного фоторождения π0-мезона на дейтроне в области энергии протона 15-200 МэВ и энергии нейтрона 15-150 МэВ. Эксперимент выполнен на внутренней тензорно-поляризованной газовой дейтериевой мишени накопителя электронов ВЭПП-3 с использованием метода регистрации протона и нейтрона на совпадениях. Результаты измерений компонент тензорной анализирующей способности сравниваются с результатами статистического моделирования, выполненного в рамках теоретической модели.

Measurement of the tensor analyzing power for the reaction GD - PNP0.pdf Введение Экспериментальное изучение тензорных поляризационных наблюдаемых в фотореакциях на дейтроне ведётся на ускорительно-накопительном комплексе ВЭПП-3 уже более 30 лет. В частности, в работе [1] приведены результаты измерений -, - и -компонент тензорной анализирующей способности реакции фоторасщепления дейтрона в диапазоне энергий фотонов 25- 600 МэВ, а в работах [2-6] были измерены -, - и -компоненты тензорной анализирующей способности фоторождения отрицательно-заряженного пиона на дейтроне в диапазоне энергий фотонов 300-700 МэВ. Теоретическое исследование поляризационных наблюдаемых в фотореакциях на дейтроне выполнено в работах [7-19]. Изучение некогерентного фоторождения пионов на дейтроне, в частности реакции , позволит получить ценную информацию о структуре дейтрона, а также о - и -взаимодействиях. В отличие от теоретических предсказаний [15-19], экспериментальные данные [20-22] реакции были получены только для дифференциальных сечений. В настоящей работе мы представляем результаты измерения -, - и -компонент тензорной анализирующей способности реакции некогерентного фоторождения -мезона на дейтроне в диапазоне энергий фотонов 250-500 МэВ, энергий протонов 15-200 МэВ и энергий нейтронов 15-150 МэВ. Постановка эксперимента Экспериментальная статистика исследуемой реакции была выделена из эксперимента, который проектировался для исследования фоторасщепления дейтрона [1]. В этом эксперименте нейтроны регистрировались верхним, а протоны нижним плечом детектирующей системы; общая схема эксперимента приведена на рис. 1. Измеренные асимметрии выходов по отношению к смене знака тензорной поляризации дейтронов были использованы для расчета компонент тензорной анализирующей способности реакции . С учетом систематических и статистических ошибок средняя тензорная поляризация мишени за время эксперимента составила , . Подробное описание экспериментальной установки и детектирующей аппаратуры приведено в работах [1, 2]. Для идентификации и измерения энергии протонов, зарегистрированных в первом сцинтилляторе нижнего плеча, используется метод времени пролета, а для протонов, остановившихся во втором и третьем сцинтилляторах, - -анализ. Фоновыми частицами в нижнем плече являются дейтроны, электроны и заряженные -мезоны. Идентификация и измерение энергии нейтронов, зарегистрированных в верхнем плече, осуществляется по их времени пролета. Здесь фоновыми частицами являются электроны и заряженные -мезоны. Подробное описание идентификации и измерения энергии зарегистрированных протонов и нейтронов приведено в работе [2]. Рис. 1. Общая схема эксперимента В отличие от реакции , описанной в работе [2], для выделения событий реакции из зарегистрированных -совпадений необходимо ввести дополнительный критерий идентификации. Этим критерием является комбинация двух кинематических переменных: эффективной недостающей массы и поперечного импульса протон-нейтронной системы. Эффективная недостающая масса определяется как , (1) где - 4-импульс начальной системы ; - 4-импульс протон-нейтронной системы. Поперечный трехмерный импульс протон-нейтронной системы определя¬ется формулой , (2) где , - поперечные компоненты трехмерного импульса протона; , - поперечные компоненты трехмерного импульса нейтрона. Анализируя распределение по эффективной недостающей массе и вводя ограничение по поперечному импульсу , можно выделить -сов¬падения, соотетствующие реакции некогерентного фоторождения нейтрального пиона на дейтроне. На рис. 2 приведено распределение по эффективной недостающей массе , восстановленной по измеренным 4-импульсам протона и нейтрона. Введение ограничения по поперечному импульсу МэВ/с дает хорошее отделение событий исследуемого процесса от фоно¬вых событий реакции фоторасщепления дейтрона . Однако этот критерий не позволяет нам исключить из обработки данных события, соответствующие реакции двойного рождения нейтральных пионов . В нашей постановке эксперимента электрон, инициирующий реакцию, не регистрировался, однако для подавляющей части событий полярный угол рассеяния электрона был близок к нулю. Имея полную информацию о зарегистрированном протоне и нейтроне и полагая, что угол рассеяния электрона , мы могли полностью восстановить кинематику исследуемой реакции . Анализ экспериментальных данных по измерению сечения реакции двойного фоторождения нейтральных пионов на дейтроне [21, 22] показывает, что для энергий фотона менее 500 МэВ вклад двойного фоторождения нейтральных пионов на дейтроне не превышает 3 % от вклада фоторождения нейтрального пиона на дейтроне. Рис. 2. Распределение событий по недостающей эффективной массе Обсуждение результатов измерений Компоненты , и тензорной анализирующей способности реакции некогерентного фоторождения нейтрального пиона на дейтроне определяются из соотношений (3) где - асимметрии экспериментальных выходов по отношению к смене знака тензорной поляризации мишени . Здесь - число зарегистрированных событий, соответствующих -й ориентации ведущего магнитного поля и тензорной поляризации мишени соответственно. В данном эксперименте асимметрии и измерялись для трех ориентаций ведущего магнитного поля, соответствующих величинам полярного угла , , , при этом азимутальный угол во всех ориентациях оставался близким к нулю. Рис. 3. Зависимости T20-, T21- и T22-компонент тензорной анализирующей способности реакции от энергии фотона и инвариантной массы pn-системы. Заполненные точки соответствуют результатам эксперимента, незаполненные точки - результатам статистического моделирования На рис. 3 представлены результаты измерений -, - и -компонент тензорной анализирующей способности реакции . Левая колонка графиков соответствует зависимости компонент тензорной анализирующей способности реакции от энергии фотона, правая - зависимости тех же компонент от инвариантной массы -системы. Для каждой экспериментальной точки приведена полная ошибка измерения, в которой учтены вклады статистической и систематической ошибок и показан интервал усреднения по соответствующей кинематической переменной или ). Полученные экспериментальные данные сравниваются с результатами статистического моделирования реакции . Для выполнения статистического моделирования реакции был использован алгоритм, описанный в работах [23, 24]. В соответствии с этим алгоритмом сперва происходила генерация независимых кинематических переменных трехчастичной реакции . Поскольку источником -квантов в реакции являлся процесс тормозного излучения электронов, энергетический спектр падающих фотонов, используемый для статистического моделирования, описывался спектром Далица [25]. При генерации каждого события проводилась проверка его принадлежности к кинематически допустимой области фазового пространства. После генерации независимых кинематических переменных выполнялось вычисление амплитуды реакции. Для вычисления амплитуды реакции использовалась модель, описанная в работе [18]. В рамках этой модели были учтены вклады квазисвободного фоторождения пиона на дейтроне, нуклон-нуклонного перерассеяния и пион-нуклонного перерассеяния. В качестве элементарной амплитуды фоторождения пиона на нуклоне использовалась амплитуда модели MAID [26]. Для вычисления вклада -перерассеяния использовался реалистичный Парижский потенциал [27, 28] и учитывались все парциальные волны вплоть до . Волновая функция дейтрона также соответствовала Парижскому потенциалу. Для учета вклада N-перерассеяния использовалось сепарабельное представление N-взаимо¬действия [29] и учитывались все парциальные волны вплоть до орбитального момента . Вычисленная амплитуда реакции свертывалась с матрицей плотности тензорно-поляризованного дейтрона. После этого, в соответствии с методом Неймана, происходил отбор (или отбраковка) события реакции. Сопоставление экспериментальных данных и результатов статистического моделирования показывает, что обе зависимости компоненты удовлетворительно описываются теоретическими расчетами, выполненными в рамках модели [18]. В то же время удовлетворительное описание зависимостей оставшихся компонент и в рамках модели [18] наблюдается только для энергий фотонов меньших 450 МэВ и для инвариантных масс pn-подсистемы, лежащих в интервале 1920-2020 МэВ. Для улучшения согласия между экспериментом и теорией может оказаться полезным учет двухчастичных механизмов в амплитуде фоторождения (например, учет взаимо¬действия нуклонного резонанса и нуклона-спектатора), учет влияния неупругости в NN-перерас¬сеянии, учет роли релятивистских эффектов при высоких энергиях, учет вклада -изобарной компоненты волновой функции дейтрона в рамках кварковой модели [30], а также возможность описания дейтрона на основе новых механизмов взаимодействия нуклонов на малых расстоя¬ниях [31, 32].

Ключевые слова

nucleon, tensor-polarized deuteron, photon, -meson photoproduction , tensor analyzing power, пион, нуклон, тензорно-поляризованный дейтрон, фотон, фоторождение нейтральных пионов, компоненты тензорной анализирующей способности

Авторы

ФИООрганизацияДополнительноE-mail
Фикс Александр ИвановичНациональный исследовательский Томский политехнический университетд.ф.-м.н., ведущ. науч. сотр.fix@tpu.ru
Шестаков Юрий ВладимировичИнститут ядерной физики им. Г.И. Будкера; Новосибирский государственный университетк.ф.-м.н., ст. науч. сотр. ИЯФ СО РАН, доцент НГУYu.V.Shestakov@inp.nsk.su
Садыков Рустам ШагитовичИнститут ядерной физики им. Г.И. Будкеранауч. сотр.R.Sh.Sadykov@inp.nsk.su
Топорков Дмитрий КонстантиновичИнститут ядерной физики им. Г.И. Будкера; Новосибирский государственный университетд.ф.-м.н., ведущ. науч. сотр. ИЯФ СО РАН, профессор НГУD.K.Toporkov@inp.nsk.su
Рачек Игорь АнатольевичИнститут ядерной физики им. Г.И. Будкерак.ф.-м.н., ст. науч. сотр.rachek@inp.nsk.su
Логинов Алексей ЮрьевичНациональный исследовательский Томский политехнический университетк.ф.-м.н., науч. сотр.aloginov@tpu.ru
Николенко Дмитрий МитрофановичИнститут ядерной физики им. Г.И. Будкерак.ф.-м.н., ведущ. науч. сотр.d.m.nikolenko@inp.nsk.su
Левчук Михаил ИвановичИнститут физики им. Б.И. Степанова, Национальная академия наук Беларусид.ф.-м.н., гл. науч. сотр.m.levchuk@mail.ru
Кузин Матвей ЯрославовичНациональный исследовательский Томский политехнический университетстудентmrmatve@gmail.com
Карпенко Екатерина СергеевнаНациональный исследовательский Томский политехнический университетстуденткаesk37@tpu.ru
Зеваков Сергей АлександровичИнститут ядерной физики им. Г.И. Будкераст. науч. сотр.s.a.zevakov@inp.nsk.su
Гаузштейн Вячеслав ВалерьевичНациональный исследовательский Томский политехнический университетк.ф.-м.н., инженерgauzshtein@tpu.ru
Луконин Станислав ЕвгеньевичНациональный исследовательский Томский политехнический университетинженерpensionet@tpu.ru
Всего: 13

Ссылки

Kukulin V.I. et al. // J. Phys. G. - 2001. - V. 27. - P. 1851.
Kukulin V.I. et al. // Phys. Rev. C. - 2006. - V. 74. - P. 064005.
Smirnov Yu.F. and Tchuvil’sky Yu.M. // J. Phys. G. - 1978. -V. 4. - P. 1.
Haidenbauer J. and Plessas W. // Phys. Rev. C. - 1985. - V. 32. - P. 1424.
Nozawa S., Blankleider B., and Lee T.-S.H. // Nucl. Phys. A. - 1990. - V. 513. - P. 459.
Drechsel D. et al. // MAID: available at http://www.kph.uni-mainz.de/.
Haidenbauer J. and Plessas W. // Phys. Rev. C. - 1984. - V. 30. - P. 1822.
Копылов Г.И. // ЖЭТФ. - 1960. - Т. 39.- С. 1091.
Dalitz R.H. and Yennie D.R. // Phys. Rev. - 1957. - V. 105. - P. 1598.
Kleber V. et al. // Eur. Phys. J. A. - 2000. - V. 9. - P. 1.
Копылов Г.И. // ЖЭТФ. - 1958. - Т. 35.- С. 1426.
Siodlaczek U. et al. // Nucl. Phys. A. - 2000. - V. 663-664. - P. 428.
Krusche B. et al. // Eur. Phys. J. A. - 1999. - V. 6. - P. 309.
Darvish E.M. and Al-Thoyaib S.S. // Ann. Phys. - 2011. - V. 326. - P. 604.
Arenhövel H. and Fix A. // Phys. Rev. C. - 2005. - V. 74. - P. 064004.
Fix A. and Arenhövel H. // Phys. Rev. C. - 2005. - V. 72. - P. 064005.
Darvish E.M. // Nucl. Phys. A. - 2004. - V. 735. - P. 200.
Darvish E.M., Arenhövel H., and Schwamb M. // Eur. Phys. J. A. - 2003. - V. 17. - P. 513.
Darvish E.M., Arenhövel H., and Schwamb M. // Eur. Phys. J. A. - 2003. - V. 16. - P. 111.
Schmitt K.-M. and Arenhövel H. // Few-Body Systems. - 1998. - V. 7. - P. 95.
Kamalov S.S., Tiator L., and Bennhold C. // Phys. Rev. C. - 1997. - V. 55. - P. 98.
Blaazer F., Bakker B.L.G., and Boersma H.J. // Nucl. Phys. A. - 1995. - V. 590. - P. 750.
Wilhelm P. and Arenhövel H. // Nucl. Phys. A. - 1996. - V. 609. - P. 469.
Garcilazo H. and Moya de Guerra E. // Nucl. Phys. A. - 1993. - V. 562. - P. 521.
Mel’nik Yu.P. and Shebeko A.V. // Phys. Rev. C. - 1993. - V. 48. - P. 1259.
Arenhövel H. and Sanzone M. // Few-Body Syst. - 1991. - V. 3. - P. 1.
Stibunov V.N. et al. // J. Phys.: Conf. Series. - 2011. - V. 295. - P. 012115.
Stibunov V.N., Loginov A.Yu., Nikolenko D.M., et al. // Few-Body Systems Suppl. - 1999. - V. 10. - P. 507.
Гаузштейн В.В. и др. // ЯФ. - 2015. - Т. 76. - С. 3.
Гаузштейн В.В. и др. // Изв. вузов. Физика - 2016. - Т. 59. - № 6. - С. 100.
Rachek I.A. et al. // Phys. Rev. Lett. - 2007. - V. 98. - P. 182303.
Gauzshtein V.V. et al. //Nucl. Phys. A. - 2017. - V. 968. - P.23.
 Измерение компонент тензорной анализирующей способности реакции g<i>d</i> - <i>pn</i>p<sup>0</sup> | Изв. вузов. Физика. 2019. № 2.

Измерение компонент тензорной анализирующей способности реакции gd - pnp0 | Изв. вузов. Физика. 2019. № 2.