Измерение дифференциальных поперечных сечении образования мезонов на водороде Текст научной статьи по специальности «Физика»

ИЗВЕСТИЯ

ТОМСКОГО ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПОЛИТЕХНИЧЕСКОГО ИНСТИТУТА

им. С. М. КИРОВА

Том 278 1975

ИЗМЕРЕНИЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ПОПЕРЕЧНЫХ СЕЧЕНИИ ОБРАЗОВАНИЯ я+ МЕЗОНОВ НА ВОДОРОДЕ

В. М. КУЗНЕЦОВ, Е. В. РЕПЕНКО, О. И. СТУКОВ

(Представлена научно-техническим семинаром лаборатории высоких энергий НИИ ЯФ)

Измерены дифференциальные поперечные сечения одиночного фо-тообразования л+^мезонов на водороде с использован! и ем полиэтиленовой мишени. Намерения цровюдал'ись на тормозном пучке от танталовой мишени толщиной 0,4 мм (0,094 рад. дл). Электроны с анергией 630±30 МзВ сбрасывались на мишень в течение 20—40 мс с частотой

1 Гц. Тормозной пучок формировался при помощи двух свинцовых коллиматоров длиной 25 см, очищался магнитным полем, падал на мишень и мониторирювался квантометром. Диаметр 7-пучка на цилиндрической мишени составлял 25 мм.

Телескоп за/ряженных частиц, окруженный свинцовой защитой толщиной 10 см, располагался под углом 90° к направлению фотонного пучка.

Измерение энергии тормозного излучения проводилось квантомет-ром Вильсона, калиброванным на Харьковском линейном ускорителе

2 ГэВ. Постоянная кваатометра для тормозных фотонов с максимальной энергией 630 МэВ составляла (3,86+0,077) * 10~18-Кул/МэВ. Измерения проводились попеременно с полиэтиленовой и углеродной мишенями. Выход мезонов от водорода определялся обычным разностным методом [1] из разницы выходов ЫСН2 от N0 полиэтиленовой мишеней по формуле = ЕМс, где коэффициент £ = 0,58 — относительный вес содержания ядер углерода в полиэтиленовой и углеродной мишенях.

Си

Рис. 1. Схема регистрирующей установки: Бь Бг, Бз, Б4 — сцин-

V

тилляционные счетчики; С — черенковекий счетчик; ИК:, ИК2 — искровые камеры; Си — медный поглотитель.

Схема регистрирующей установки .показама на рис. 1. Фотоны с конечной энергией Етах = 630 МэВ проходили через мишень 0 50X80 мм и мониторировались квантометром Вильсона. Регистрация я+-мезонов

то

800

иоо

Ъ8с Цсек

Рис. 2. Кривая задержанных тройных совпадений.

Ы(имп/доз)

4600

1200

800

400

А / //

/1

8 12 16 20 28 32 36 С (нсек)

*

Рис. 3. Кривые задержанных антисовпадений, полученные на электронном пучке.

производилась с помощью телеокопа заряженных частиц и двух искровых камер ИК1 (с широким зазором 100 мм, для определения угла вылета я+чмезона) и ИК2 (многозазорная для определения энергии мезона по остановкам в медных пластинах толщиной 2 мм). Телесный угол ДЙ определялся размерами рабочей области мишени и размерами счетчика Б). Поток заряженных частиц выделялся быстрыми тройными совпадениями (Эь Бз). Для отбора электронного фона были

V

предусмотрены счетчик 84 и пороговый черенкований счетчик С [2]. Протонный фон от водорода этого положения считался цренебрежи-мым.

Кривая задержанных тройных совпадений (Э^Бз) показана на рис. 2. Напряжения на счетчиках при пороге формирователей 0,2 вольта приведены в табл. 1.

Таблица!

Счетчики

Б*

Эз

и (вольт) 2100 2080 2060 1700 2800 €-72 81

Сигналы со схемы запрета (рис. 3), несущие .информацию о частице, остановившейся в ИК2, разветвлялись: на пересчетный прибор ГШ-12, на запуск искровых камер ИК1 и ИК2 и на запуск регистрирующей фотокамеры РФК- '

/При установке телескопа особое внимание уделялось положению1 в пространстве искровой камеры ИКь по трекам в которой определялись углы вылета частиц из мишени. ИК1 была установлена к направ-лению вылета я^-мезонов под углом 90° в л. к. с. с погрешностью +20'. Для привязки следа в пространстве устанавливались световые репер-ные метки. Расчет дифференциальных поперечных сечений производился по формуле [3]:

А3 (Р 61-_МнЛЕт, оя)

Aß 2Na 7 ANе^ДЕ^Е.,)

Ach-'

где №д2—действительная скорость счета л+-мезонов от водорода при 0д±А€)л и средней энергии Ev AQ — телесный угол; Na — число Авогадро;

Аси2 — атомный вес полиэтилена; Рсн2 —плотность полиэтилена;

I — усредненная длина мишени; ANEV(AEVEV) —число фотонов с энергией Ev в интервале AEV. Действительная скорость счета связана с измеряемой скоростью счета следующим соотношением:

N(R,)

№(Ri:

f! Ра (х,_1, Ri) Ps (xi_i, R,) Pd(Ri)

f 2 У N (Rk) [Pa (x,, Rk) - Pa (x, Rk)] Ps (Xi_!, Rk)

— k=i+l

(2)

где N(Ri) — измеряемая скорость счета для i-пластины искровой камеры ИК2; fi — эффективность телескопа счетчиков; f2— коэффициент, который учитывает, во сколько раз ядерное поглощение в пластмассовом сцинтилляторе меньше, чем в эквивалентном количестве меди;

Ri (Rk) — средний пробег пиона в i-й (k-й) пластине (Г/см2); Xi— пробег пиона в i-й пластине И1К2 (г/см2);

Pa(xi-j R\) — поправка на ядерное поглощение для пиона со средним пробегом Ri и поглотителя — Xi_i;

Pd(Ri) — поправка на распад я+-мезона на лету, с пробегом Rf, Ps(Xi_iRi) —■ поправка на многократное кулюновское рассеяние для пиона с пробегом Ri и раосеивателя •— Xi-i; Pc(RK-Xi-i) —поправка на вероятность того, что я+-мезоны с пробегом (RK—Xj_i) могут быть зарегистрированы черепковским пороговым счетчиком. Первый член в (2) — скорость счета с учетом эффективности телескопа заряженных частиц и поправок, учитывающих взаимодействие я+-мезона со средой. Второй член учитывает добавочную скорость счета за счет мезонов с пробегом R'^>Ri, но имеющих вероятность остановиться в i-й пластине камеры ИКг за счет ядерного поглощения, то есть имитировать л+нмезоны с пробегом Ri.

ра(х, И) = ехр

(3)

Рассмотрим поправки к измеряемой скорости счета: 1) поправка на ядерное поглощение рассчитывалась по формуле [3]:

Л о

где р = 8,9 г/см3—плотность меди; ЫА = 6,02-1023 — число Авогадро; А = 63,54—атомный вес меди;

а (И) — сечения поглощения я+-<мезонов в меди от толщины.

И (см), взятые из работы [4]; х(см) — конечная толщина поглотителя; |—переменная.

2) Поправка на распад я+-мезона на лету рассчитывалась по известной формуле радиоактивного распада:

0,693

—77Г<> (4>

где Т1/2 — период полураспада я+-мезона (2,55±0,03) • 10~8 с, ;

{—время пролета я+^мезона. С учетом конкретных условий .прохождения л+-¡мезон а через' мкшень, счетчики и поглотитель формула (4) примет вид

_ . А- 4-

- т1/з Р2С ^ * ' " Р„С

Рй - ехр

(5)

где /г — расстояние от мишени до первого счетчика, от перового счетчика до второго я т. д. от п—1 до п-го поглотителя, рг — скорость я^-мезона в единицах скорости света для г-го поглотителя.

3) Поправка на кулоновское рассеяние, то есть вероятность прохождения пионов в телескопе счетчиков есть функция [5]:

Рз = ЦГо'.Ро'). (6)

Здесь р'0 = ро/К;

ро — радиус пучка я+-¡мезонов, падающего на Бз; Й— радиус счетчика 53. Величина г'0 определяется из следующего выражения:

Р + +

Гг/ 1

к _ _ ,

где г0—с ре дне ив адр а ттн а я длина рассеяния ,в плоскости .перпендикулярной к первоначальному направлению пучка — я+-мезонов;

05 ^ ; (8) Р?с Г х0

Е8 — 21 Мэв (см. работу [6]); Р и р — скорость и импульс я+->мезона; х — толщина рассеивателя; х0— радиационная длина рассеивателя;

I—длина между рассеивателем и регистрирующим счетчиком. Расчет величины Рэ имеется в работах Стернхаймера [6], Грушина и Лейкина [7] рассмотрели расчет поправки Р5 большой толщины х. Однако наш случай отличался от рассматриваемых в [6, 7] тем, что рассеиватели были расположены на разных расстояниях и имели боль-

6*

83

шие толщины х. В связи с этим поправка на кулоновское рассеяние вычислялась так:

Ps = n Ps*

Х= 1

О)

где — поправка на многократное рассеяние для рассеивателя с малой толщиной.

Все рассеяв атели разбивались на п достаточно тонких рассеивателей, для которых и подсчитывалось значение Такой метод неудобен для обычных вычислений, но зато прост при использовании электронно-вычислительной машины.

1) Поправка на регистрацию л+-мезона черепковским счетчиком

V

Ро=\

V

(Ю)

где ес — эффективность порогового черенковского счетчика к я+^мезо-нам.

V V

Рс принималась равной единице, так как ес=0 для 80 МэВ [2].

2) Поправка на добавочный счет от рнмезонов, возникших в результате распада я+нмезонов, автоматически учитывалась при отборе событий в искровых камерах.

Результаты измеренных дифференциальных сечений в сравнении с данными Бонна [3] приводятся на рис. 4. Большие погрешности в сечениях связаны с применением методики обычного разностного метода.

30

20

10

1 d61 мкбарн) СЙ2 ( стер )

И

J - Томск J - бонн

fp — яг*л/

в л с л = 90°

!1

260 300 ЗЬО 380

Еу(Мэб)

Рис. 4. Результаты измерений дифференциальных сечений фотообразозания я+-мезонов на водороде.

ЛИТЕРАТУРА

1. R. М. Lit tau er, R. L. Walker. Physical Review, 86, 838 (1952).

2. В. M. Кузнецов, А. Д. О н и с к о, О. И. Стуков. ПТЭ, № 3, 65 (1969).

3. D. Frey tag, W. J. Schwüle, R.J. Wedemeyer. Zeitschrift fur Physik, 185, 1 (1965).

4 .M. Bloch, M. Sands. Physical Review, 113,305 (1959).

5. Д. Рит с он. Экспериментальные методы в физике высоких энергий. «Наука», 1964.

6. R. М. S t е г Ii h е i m е г. Review Scientific Instruments, 25, 1070 (1954).

7. В. Ф. Грушин, Е. М. Лейкин. ПТЭ, № 1, 52'(1965).