CC BY
60
УДК 539.18
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОЕ СЕЧЕНИЕ И ВЕКТОРНАЯ АНАЛИЗИРУЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ РЕАКЦИИ УПРУГОГО DP-РАССЕЯНИЯ ПРИ ЭНЕРГИИ 2 ГэВ
А.А. Терехин1),2)*, В.В. Глаголев2), В.П. Ладыгин2), Н.Б. Ладыгина2)
1)Белгородский государственный университет, ул. Студенческая, 14, Белгород, 308007, Россия 2) Объединенный институт ядерных исследований, ул. Жолио-Кюри, б, Дубна, 141980, Россия, *e-mail: [email protected]
Аннотация. Представлены результаты измерений и процедура обработки данных по угловой зависимости векторной анализирующей способности Ay и сечению реакции упругого dp-рассеяния при энергии 2 ГэВ. Полученные результаты находятся в хорошем согласии с мировыми экспериментальными данными и с теоретическими расчетами, выполненными в рамках релятивистской модели многократного рассеяния.
Ключевые слова: упругое dp-рассеяние, дифференциальное сечение, анализирующая способность.
Введение
В связи с активным изучением природы ядерных сил и ненуклонных степеней свободы, в последнее время сильно возрос интерес к простейшим ядерным реакциям и к их поляризационным характеристикам. Исследование поляризационных эффектов необходимо для решения многих современных проблем ядерной физики и физики элементарных частиц. Структура легких ядер интенсивно исследуется в последние несколько десятилетий с помощью как электромагнитных [1], так и адронных пробников [2]. Накоплено существенное количество экспериментальных данных по спиновой структуре легких ядер на малых межнуклонных расстояниях. Реакции р(й,р)й, 3He(d,p)4He или 3Ив(^, 3^)^ являются простейшими процессами с большой передачей импульса. Они могут использоваться как инструмент для изучения структуры дейтрона и 3^, а также механизмов взаимодействия нуклонов на малых расстояниях.
Дейтрон обладает спином, равным 1, что дает широкие возможности в проведении многочисленных поляризационных экспериментов, которые позволяют получить новую информацию о поведении различных независимых наблюдаемых. В отличие от статических свойств дейтрона (энергия связи, среднеквадратичный радиус, магнитный момент), его структура на малых расстояниях изучена гораздо хуже. Высокоимпульсные компоненты в дейтронных волновых функциях отвечают области малых межнуклон-ных расстояний (г^м < 1 Фм), где нуклоны уже заметно перекрываются и теряют свою индивидуальность. Изучение поведения поляризационных наблюдаемых, чувствительных к спиновой структуре дейтрона на малых межнуклонных расстояниях, позволит
получить информацию о проявлении ненуклонных степеней свободы и релятивистских эффектах.
За последние годы был проведен ряд исследований поляризационных наблюдаемых реакции dp-упругого рассеяния в различных областях энергий. Целью исследований является изучение поляризационных наблюдаемых при промежуточных и высоких энергиях. Для 270 MeV были получены данные по сечению реакции, коэффициенты передачи поляризации от дейтрона протону Кц, дейтронным векторной Ау и тензорным А^ анализирующим способностям, а также поляризации Ру [3]. Сечение и векторная анализирующая способность хорошо описываются фаддеевскими вычислениями, основанными на новых ММ-потенциалах, с использованием Таксон-Мельбурнской трехнуклонной силы [4]. С другой стороны, тензорная анализирующая способность Ау, коэффициенты передачи К^ и поляризация Ру этими вычислениями не описываются. Также для 270 MeV были получены данные по сечению, Ау и А^ для углового диапазона в с.ц.м.[5]. Сравнение с фаддеевскими расчетами показывает хорошее согласие всех компонент анализирующих способностей. Заметное расхождение наблюдается в сечении (30 %) вблизи угла в* = 120°.
Рис. 1. Распределение событий по углу рассеяния в*
С увеличением энергии все большую роль начинают играть релятивистские эффекты и ненуклонные степени свободы. Другим важным аспектом является то, что анализирующие способности реакции имеют достаточно большое значение для проведения эффективной поляриметрии в широком диапазоне энергий дейтрона. Недавно были получены данные по анализирующим способностям Ау и А^ при 880 MeV в угловом диапазоне 60° < в* < 140° [6].
1. Эксперимент
Набор данных осуществлялся в серии экспериментов на 100 см водородной камере, экспонированной в выведенном пучке дейтронов синхрофазотрона с энергией 2 ГэВ. Использование пузырьковых камер примечательно тем, что наблюдение можно проводить в условиях 4п геометрии. Характерной особенностью водородной камеры является то,
что взаимодействие происходит только с протонами (так называемая чистая мишень). Кроме того, камера находится в магнитном поле, что помогает проводить идентификацию по массе вторичных частиц.
Рис. 2. Распределения по азимутальному углу р для разных углов
Источник поляризованных дейтронов "Полярис" [7] обеспечивал дейтроны с теоретическими значениями векторной и тензорной поляризаций: (Pz, Pzz) = (+2/3, 0), (-2/3, 0) - поляризованные моды и (0, 0) - неполяризованная мода. Эти состояния чередовались в циклах ускорителя, соответствующие метки передавались на регистрирующую аппаратуру камеры. События отбирались на просмотровых столах, измерялись на полуавтоматах и автомате HPD в ОИЯИ. Математическая обработка проводилась с помощью адаптированных программ THRESH [8] (геометрическая реконструкция) и GRIND [9] (кинематическая идентификация) CERN, а также цепочки вспомогательных программ для отбора реакций и записи результатов на DST (ленту суммарных результатов). События классифицировались по результатам программы кинематической идентификации (GRIND) с использованием данных по оценке ионизационных потерь. В каждый кадр пленки впечатывалась с помощью информационного табло необходимая для последующей обработки служебная информация. В частности, при работе в пучке поляризованных дейтронов, впечатывалась в закодированном виде приходившая в каждом цикле ускорения с источника поляризованных частиц "ПОЛЯРИС" информация о состоянии поляризации. В нашем случае - векторной. Эта информация сохранялась для каждого события и на DST.
Дейтронная поляризация вычислялась из анализа азимутальной асимметрии нуклонов отдачи при квазисвободном рассеянии на протонной мишени. Анализ проводился как для всех событий, так и для событий в области малых переданных импуль-
сов (к < 0.065 ОеУ/с), т.к. в последней дейтронная и нуклонная векторные поляризации приблизительно равны. Полученное значение дейтронной поляризации равнялось Р? = 0.488 ± 0.061 [10].
2. Обработка данных
Значения для векторной анализирующей способности Ау находились путем обработки событий, соответствующих разным состояниям поляризации пучка дейтронов (таким состояниям соответствуют моды поляризации 1 и 2). Распределение по углу рассеяния в* в системе центра масс представлено на рис. 1.
Рис. 3. Распределение величины Я по азимутальному углу р для значений угла рассеяния 12° < в < 14°
Рабочая часть спектра разбивалась на последовательные интервалы (бины). Число событий в каждом интервале нормировалось на ширину последнего. Для каждого интервала было построено распределение по азимутальному углу р. Для малых углов рассеяния в* существенны потери событий (рис. 2), обусловленные тем, что на стадии просмотра треки протонов отдачи с импульсами меньше 80 МэВ/с уже не видны в камере. Кроме того, имеют место азимутальные потери, связанные с оптикой камеры [11]. В этой области исключались интервалы, соответствующие потерянным событиям. Исключение по интервалам проводилось симметрично относительно значений р = 0о и р = 180°. Оставшиеся события использовались для вычисления дифференциального сечения и анализирующей способности.
Для каждого выбранного интервала по углу производилось вычисление величины Я:
(!)
где N1 и N2 - числа событий для значений спиновых мод 1 и 2 соответственно. Аппроксимация полученных данных производилась функцией видар0+р1 вт(р). На рис. 3, в каче-
стве примера, приведено распределение по азимутальному углу для углов 12° < в* < 14° в с.ц.м.
Для каждого интервала распределения по в* были получены значения параметров р0 и р1 аппроксимирующей функции р0 + р1 вт(р) . Параметр р0 имеет смысл так называемой фальшивой асимметрии. Оценочное значение фальшивой асимметрии, полученное аппроксимированием значений параметра р0, не превышает 5% и составляет р0 = -0.025± 0.014. Параметр р1 связан с анализирующей способностью у выражением:
Рис. 4. Анализирующая способность Ay реакции dp-упругого рассеяния при энергии 2 ГэВ.
Сплошные символы - результаты данного эксперимента, открытые - данные, полученные в ANL [12]. Линия - результаты расчетов в рамках модели многократного рассеяния [13]
Полученные значения для векторной анализирующей способности y представлены на рис. 4. Они с достаточной точностью согласуются с данными, полученными в ANL [12], и с расчетами теории [13].
Для вычисления сечения реакции dp-упругого рассеяния использовались события, полученные как с поляризованных, так и неполяризованных пучков дейтронов. Проводился анализ распределения по косинусу угла рассеяния в* в системе центра масс. Для каждого интервала Дв* брался соответствующий интервал A cos в* (рис. 5,6). Затем проводилась нормировка на ширину интервала A cos в*. Сечение реакции вычислялось по формуле:
(2)
где векторная поляризация пучка py = 0.488 ± 0.061 [ll].
0
где A = 0.0003342 ± 0.0000007 [мб/событие] - миллибарн-эквивалент события [14], A cos в* - ширина интервала в распределении числа событий по косинусу угла рассеяния в*.
Рис. Б. Распределение событий по углу рассеяния О*
Рис. б. Распределение событий по cos О*
С увеличением угла рассеяния в* уменьшается отклонение от изотропии. При в* > 20о распределение становится изотропным. В распределении по азимутальному углу р исключались бины, соответствующие потерянным событиям. Исключение проводилось в тех же пределах, что и при вычислении анализирующей способности Ау.
Рис. 7. Дифференциальные сечения в с.ц.м. Сплошные символы - результаты данного эксперимента, открытые символы - данные работы [15], сплошная линия - результаты
теоретических расчетов [13]
Полученные значения сечения реакции в зависимости от угла в* сравнивались с
мировыми данными [15], а также с теоретическими расчетами, выполненными в рамках релятивистской модели многократного рассеяния и, как видно из рис. 7, находятся в хорошем согласии.
Заключение
Получены значения по векторной анализирующей способности и сечению реакции упругого dp-рассеяния при энергии 2 ГэВ в угловом диапазоне 10° < в* < 34° в с.ц.м. Проведено сравнение с мировыми данными и с теоретическими расчетами, выполненными в рамках релятивистской модели многократного рассеяния. Выявлено хорошее согласие теоретических и экспериментальных значений.
Литература
1. Day D. et al. // Phys.Rev.Lett. - 1979. - 43. - P.1143.
2. Lehar F. // RNP: from Hundreds of MeV to TeV. 2001. V. 1. P. 36.
3. Sakai H. et al. Precise measurement of dp elastic scattering at 270 MeV and three-nucleon force effects // Phys Rev Lett. - 2000. - 162. - P.143.
4. Coon S.A. et.al. // Nucl.Phys. - 1979. - A317. - P.242.
5. Sakamoto N. et al. Measurement of the vector and tensor analyzing powers for the dp elastic scattering at Ed = 270 MeV // Phys. Lett. - 1996. - B.367. - P.60-64.
6. Kurilkin P.K. et al. Measurement of the vector and tensor analyzing powers in dp elastic scattering at the energy of 880 MeV // European Physical Journal. Special Topics. - 2008. -162. - P.137-141.
7. Anishchenko, et al. AIP Conf. Proc. - 95 (1983). - P.445.
8. CERN T.C.Program Library, sec. THRESH, 1.3. - 1966.
9. CERN T.C.Program Library, sec. GRIND, 30.10. - 1968.
10. Glagolev V.V. et al. The deuteron D-state probability // Zeitchrift fur Physik. - 1996. - A 356. - P.183-186.
11. Глаголев В.В. Оптика метровой водородной пузырьковой камеры // препринт ОИЯИ.
12. Haji Saica M. // Phys. Rev. - 1987. - C36. - P.2010.
13. Ladygina N.B. Measurement of the vector and tensor analyzing powers in dp elastic scattering at the energy of 880 MeV // European Physical Journal. Special Topics. - 2008. - 162. -P.137-141.
14. Bugg D.V. et al. Nucleon-Nucleon Total Cross Sections from 1.1 to 8 GeV/c // Phys. Rev. Lett. - 1996. - 146. - P.980-992.
15. Bennett G. W. et al. Proton-deuteron scattering at 1 BeV // Phys. Rev. Lett. - 1976. - 19. -P.387-390.
DIFFERENTIAL CROSS SECTION AND VECTOR ANALYZING POWER IN D-P ELASTIC SCATTERING AT 2.0 GeV A.A. Terekhin 1)’2)*, V.V. Glagolev2), V.P. Ladygin2), N.B. Ladygina2)
Belgorod State University,
Studencheskaja St., 14, Belgorod, 308007, Russia
2) Joint Institute for Nuclear Researches,
Zholio-Kjuri St., 6, Dubna, 141980, Russia, * e-mail: [email protected]
Abstract. The results of measurements as well as handling procedure for the data on the angular dependence of the vector analyzing powers Ay and differential cross section for dp-elastic scattering at Ed = 2 GeV are reported. The obtained data are in good agreement with the existing data and theoretical calculations made in the framework of the relativistic multiple scattering model.
Key words: elastic dp-scattering, differential cross-section, analysis possibility.
