Исследование низколежащих, гигантских и барионных резонансов в электромагнитных взаимодействиях нуклонов и ядер

Отсюда для вычисления сечения на протоне:, где

; число фотонов; - число ядер мишени.

- полный неизмеренный вклад заряженных пионов.

- число одиночных событий , не сопровождающихся заряженными частицами,

- расчетная эффективность регистрации .

Сравнение сечений фотопоглощения протоном, дейтроном, ,в области 200-800

Рис.8. Полное сечение фотопоглощения для А = 1- 4, нормированное на число нуклонов, в интервале энергий 200-800 МэВ. Черные кружки - ; открытые кружки - ; черные треугольники - ; открытые ромбики - . Статистические ошибки меньше размеров символов. Сплошная кривая представляет собой среднее сечение поглощения по известным данным от до , т.н. “универсальная кривая”. МэВ и универсальной кривой(сплошная кривая)полученной на ядрах от Li до U приведено на рис.8.

Впервые были измерены сечения (две из трех) реакций двойного фоторождения пионов на протоне и. Сечение квазисвободной реакции было измерено на дейтроне с более высокой точностью, на порядок по статистике и 2-3 раза по систематике, по сравнению измерением, сделанным ранее, с пузырьковыми камерами. Разработана оригинальная методика идентификации по двум фотонам распада в совпадении с заряженной частицей, сопровождавшаяся симуляцией эффективности регистрации одного и двух кодом GEANT, применявшаяся и при анализе сечений фотопоглощения. При вычислении сечения реакции выделение нужных событий проводилось совпадениями 2-х заряженных частиц и одного фотона. Эффективность регистрации ,определенная кодом GEANT, была 35-50%. Сечения двойного фоторождения пионов в основном формируют D₁₃ барионный резонанс, как на протоне, так и на дейтроне. Данные о корреляции в конечном состоянии были получены из распределений инвариантных масс. Из них было найдено подтверждение протекания двухступенчатой реакции двойного фоторождения пионов с образованием в промежуточном состоянии - изобары.

Теоретические предсказания моделей, использующие диаграммы -KR и - пион-полюсного, членов, находятся в разумном согласии с экспериментом для реакций двойного фоторождения и 2. Что касается реакции ,то расчеты с указанными диаграммами сильно отличаются от экспериментальных сечений. Расхождение уменьшается при добавлении диаграммы -мезона: - КР.

Для были вычислены интегральные сечения по области 200-800 МэВ, как и для ядер с А =4 до238. Найдено, что все они совпадают в пределах ошибок измерений, т.е. являются постоянной величиной по всей периодической системе(), что может быть названо феноменологическим фотомезонным правилом сумм. Фотоядерные и фотомезонные ПС пропорциональны массовому числу А и отличаются только величиной константы.

Результаты измерений сечений поглощения находятся в хорошем согласии с единственным предыдущим результатом (работа Армстронга и др.) для протона и дейтрона, что показало правильность анализа и соответственно полученных данных.

В дальнейшем они использовались как стандарт в поляризационных экспериментах Эксперимент ЕМС конца 80-х гг.глубоко - неупругого рассеяния продольно-поляризованных мюонов на продольно- поляризованных протонах, в котором было установлено, что суммарная проекция спина всех кварков и антикварков на направление спина поляризованного протона близка к нулю, привел к возникновению т.н. «спинового кризиса», вследствие чего появился дополнительный интерес к правилу сумм ГДХ, которое является аналогом правила сумм Бьеркина в фотонной точке. В связи с этим в 1991 г. была организована коллаборация ГДХ для измерения ПС ГДХ на ускорителях Майнца в области энергий 200-800 МэВ и Бонне при энергиях до 3.0 ГэВ.

Для проведения дважды поляризационного эксперимента было необходимо дополнительное оборудования. Группа ИЯИ РАН первой начала и выполнила работу по созданию поляриметра для измерения степени поляризации, падающих на мишень электронов. Физической идеей поляриметра было Меллеровское рассеяние электронов с, хорошо разработанной и подтвержденной экспериментально теорией. Впервые для поляриметра был использован действующий магнитный спектрометр системы мечения фотонов- тэггер. В процессе создания Меллеровского поляриметра симуляцией и тестами был решен ряд важных методических вопросов, в том числе определение природы и снижение уровня фона. В итоге был выбран вариант совпадений (1*1), при котором терялось ~ 35% полезных событий, но зато отрезалось ~ 97% фона. Измерения степени поляризации электронов, составлявшей ~75% проводились в режиме “on-line” с точностью ~3%. Поляризационные измерения были сделаны на детекторе ДАФНЕ.

В Гл.6 сформулирована основные результаты диссертации и выводы.

Реализована комплексная программа исследований по физике электромагнитных взаимодействий нуклонов и ядер:

-измерены сечения поглощения легких ядер - квантами в области изовекторных гигантских дипольных резонансов (ИвГДР) и их структуры

- создана установка для изучения основных и низковозбужденных состояний ядер методом рассеяния электронов, на которой измерены размеры (среднеквадратичные радиусы ядер ¹²С, ²⁷Al и модельно-независимо определены параметры нзолированных уровней ядра ²⁷Al; в реакции (е,е?) изучены параметры низколежащих уровней ядра ¹⁸O

- сечений мультипольных гигантских резонансов (МГР) с в тяжелых сферическом и деформированном ядрах и в инклюзивных электроядерных реакциях;

- измерены сечения возбуждения и распада МГР средних ядер.из экспериментов с совпадениями электронов с продуктами реакций - протонами и -частицами

- на ускорителе МАМИ Б в Майнце были измерены сечения фотопоглощения ядер и в области энергий 200-800 МэВ, сечений парциальных каналов на протоне и отдельных парциальных реакций на дейтроне. При подготовке поляризационных экспериментов на МАМИ Б был создан Меллеровский поляриметр электронов.

Ниже приводятся основные результаты и выводы этих экспериментов:

1. Впервые, на разработанной и созданной в ЛФЯР аппаратуре, измерены сечения поглощения -квантов 8-ю ядрами p и sd -оболочек и двумя средними ядрами(). Обнаружена четко выраженная структура. Выполнен сравнительный анализ структуры в измеренных ядрах: установлены значительные изменения в зависимости от заполнения подоболочек. Впервые установлено существование вблизи порога испускания нейтронов (~ 1 МэВ) низкоэнергичного дипольного резонанса в ядрах в интервале массовых чисел А = 55-208, имеющего зависимость от А равную= (522) с шириной 1.0- 1.5 МэВ и величиной правила сумм Томаса- Рейха-Куна (ПС ТРК) 1.5-3.0%.

2. Разработана и создана установка для изучения рассеяния электронов с параметрами на мировом уровне: разрешение спектрометра ~ 0,03%, полное разрешение ? 0,1%. На ней сделаны точные измерения размеров ядер ¹²С и ²⁷Al, модельно независимо найдены вероятности распада низколежащих уровней ? 3 МэВ ²⁷Al, 0,84 и 1,01 МэВ - впервые. Ранее были измерены уровни редкого изотопа ¹⁸О ? 5.33 МэВ и параметры их распада проанализированы сравнением с моделями, выше 4.45 МэВ - впервые.

3. На ЛУ-300, Университет Тохоку, Япония, в реакции (e,e') впервые измерены сечения мультипольных гигантских резонансов ядер Sm и по вибрационной потенциальной модели определены параметры изоскалярных монопольного и квадрупольного, изовекторного квадрупольного ГР в сферическом и деформированном ядрах и . Найдено расщепление на три компоненты квадрупольных резонансов в .. Энергия максимума изоскалярного монопольного ГР прямо связана с ядерной сжимаемостью K_A, используемой в астрофизических расчетах, Из измерений K_A найдено равным (21020) МэВ.

4. Впервые измерены дифференциальные и полные сечения возбуждения и распада ядер среднего атомного веса в области 8 - 25 МэВ из совпадений рассеянных электронов с продуктами реакций - протонами и - частицами в реакциях () и . Модельно-независимым методом (при определенных предположениях) сделано мультипольное разложение сечений испускания протонов и -частиц на Е1 и (Е2+Е0) . Модельно-независимым методом (при определенных предположениях) сделано мультипольное разложение сечений испускания протонов и -частиц на Е1 и (Е2+Е0) ГР.Асимметрия Е1 ГР в ядре соответствует конфигурационному расщеплению Е1 ГР в ядрах pf - оболочки, которое ранее наблюдалось в sd- оболочке.

5. Впервые показано, что основные переходы- распада происходят на основное и первые два возбужденных состояния ядра-остатка. Распределение по мультиполям в - канале значительно отличается от протонов. Определена величина отношения сечений альфа/протоны для изовекторного дипольного и изоскалярного квадрупольного ГР. Усредненные по всей измеренной области энергий отношения равны 0.070.02 для ИвГДР и 0.11 0.03 для ИсЕ2(Е0) ГР. Модельно-независимое мультипольное разложение сечений Е0,Е1,Е2 ГР вканале впервые сделано в ядрах , методом угловых корреляций. Относительные вклады ГР: Е1- (663)%, Е2- (29.52.0)%, Е0- (4.51.0)%.

6. Впервые была определена величина полупрямого распада ядер , пропорциональная вкладу 1p-1h конфигураций в ГР, в реакции (е,е?p): Е1- (323)%, Е2+Е0 - (215)%. В реакции на тех же ядрах: Е1 ~ 15% и Е2+Е0 ~ 10%.

Впервые определена динамика полупрямого - распада Е1 ГР из данных по реакции (е,е?p) в ядрах: от распада (905)% в , (7510)% в, (608)% в и (323)% в . . Из аналогичного анализа распада Е1 ГР Е1 в реакциях и в той же области ядер впервые сделан вывод о том, что доля переходов на основное состояние уменьшается от ~ 80% в ядредо 13% в и 7% .

7. Сечения фотопоглощения на нуклоне и малонуклонных системах измерены детектором ДАФНЕ (впервые) в интервале энергий 200-800 МэВ. Прецизионные данные о позволили на новом уровне интерпретировать различные аспекты механизма фоторождения пионов в 1-м и 2-м нуклонных резонансах, в частности демпфирование резонансов от А =1 до3.

8. Впервые показано, что интегральные сечения фотопоглощения и более тяжелых ядер с А =6 до 238, нормированные на А, по области 200-800 МэВ, совпадают в пределах ошибок измерений и равны (160 7) МэВ-мб., т.е. являются постоянной величиной по всей периодической системе().

9. Впервые на детекторе ДАФНЕ измерены сечения реакций двойного фоторождения пионов на протоне и в области 200-800 МэВ. Сечение парциальной реакции измерено на дейтроне с более высокой точностью, чем ранее. Данные о корреляции в конечном состоянии получены из инвариантных масс. Из них было найдено подтверждение протекания двухступенчатой реакции двойного фоторождения пионов с образованием в промежуточном состоянии изобары.

10. Для проведения поляризационного эксперимента на МАМИ Б, решение о котором было принято в Майнце в 1992 г., группой ЛФЯР ИЯИ был создан Меллеровский поляриметр электронов. Оригинальным был выбор системы мечения тэггера в качестве детектирующей системы поляриметра. Разработана методика работы с аппаратурой, в том числе, определение природы и вырезание фона. Поляриметр использовался во всех поляризационных измерениях, которые были выполнены на детекторе ДАФНЕ.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах

1. Б.С. Долбилкин, Фоторасщепление ядер в области гигантского резонанса, Труды ФИАН 36, 18-82 (1966)

2. B.S. Dolbilkin, V.I. Korin, L.E. Lazareva, F.A. Nikolaev and V.A. Zapevalov, Nuclear gamma absorption cross section for magnesium in the energy region 10-30 MeV, Nucl. Phys. 72, 137-144 (1965).

3.Б.С. Долбилкин, В.А. Запевалов, В.И. Корин, Л.Е. Лазарева и Ф.А. Николаев, Сечение поглощения - квантов ядрами и в области энергий 10-30 МэВ. Изв. АН СССР, сер. Физ. 30, 349-358 (1966).

4. Б.С. Долбилкин, А.И. Исаков, В.И. Корин, Л.Е. Лазарева, Ф.А. Николаев, Сечение фотопоглощения ядрами в области гигантского дипольного резонанса, ЯФ 9, 914-920 (1969)

5. Б.С. Долбилкин, А.И. Исаков, В.И. Корин, Л.Е. Лазарева, Ф.А. Николаев, Сечение поглощения -лучей ядрами серы в области дипольного гигантского резонанса, ЯФ 8,1080-1085 (1968).

6. B.S. Dolbilkin, V.I. Korin, L.E. Lazareva and F.A. Nikolaev, Nuclear -ray absorption cross section of in the giant resonance region, Phys. Lett.17, 49-50 (1965).

7. Б.С. Долбилкин, А.И. Исаков, В.И. Корин, Л.Е. Лазарева, Н.В. Линькова, Ф.А.Николаев, Поглощение -квантов ядрами в области гигантского резонанса, ЯФ 9, 675-679 (1969).

8. Б.С. Долбилкин, А.И. Исаков, В.И. Корин, Л.Е. Лазарева, Поглощение -квантов ядрами Mn в области гигантского резонанса, Письма в ЖЭТФ, 10, 365-367, (1969).

9. B.S. Dolbilkin, Low energy branch of giant dipole resonance in photo- and electronuclear reactions, Proc. XI Int. Sem. EMIN-2007, INR RAS, Moscow, 179-183 (2007)

10. Groh J.L., Singhal R.P., Caplan H.S., Dolbilkin B.S., Inelastic electron scattering from ¹⁸O, Can. J. Phys. 49, 2743-2753, (1971)

11. Batjunin A.V., Dolbilkin B.S., Kondratiev R.L., Licin V.P. The electron scattering facility at Moscow Institute for Nuclear Research. Proc. Sendai Conf. on Electro- and Photoexcitations, Ed. by Y. Kawazoe, J. Phys. Soc. Japan, Suppl.3. 44, 313-321, (1977)

12. А.В. Батюнин, Б.С. Долбилкин, В.А. Обозный, Р.Л. Кондратьев, В.П. Лисин, Расчет трехмагнитной системы формирования пучка для эксперимента по рассеянию электронов на ядрах. ЖТФ 50, 804-807, (1980)

13. Б.С. Долбилкин, Р.Л. Кондратьев, В.П. Лисин, В.П. Корецкий, Измерение магнитных характеристик спектрометра с «магическим углом».ЖТФ 50, 1034-1037, (1980)

14. Dolbilkin B.S., Kondratiev R.L., Lisin V.P., Polonsky A.L., The choice of optimal parameters of a toroidal charge monitor for precision measurements. NIM A 226, 271-280, (1984)

15.А.В. Батюнин, Б.С. Долбилкин, Р.Л. Кондратьев и В.П. Лисин, Измерение зарядового радиуса ядра углерода. Изв. АН СССР, сер. Физ. 43, 2353-2358, (1979)

16.Б.С. Долбилкин, Р.Л. Кондратьев, Н.Н. Костин, В.П. Лисин, В.Н. Пономарев и А.Л. Полонский, Измерение параметров основного и низколежащих возбужденных состояний ядра ²⁷Al. ЯФ 37, 264-270, (1983)

17. B. Dolbilkin, S.Ohsawa, Y.Torizuka, T.Saito, Y. Mizuno, and K.Saito, Electroexcitation of giant multipole resonances in and, Phys. Rev. C 25, 2255-2268 (1982)

18. B.S. Dolbilkin, Highly excited collective states in electron scattering, Proc. Int. School of IENP, Italy. Ed. R.Bergere, S. Costa, C. Schaerf, World Scientific, 208 - 227 (1986)

19. B.Dolbilkin, R.Kondratiev, V.Lisin at al, Direct decay of the Giant Dipole Resonance in and from Experiments, Z. Phys. A 331, 107-108,(1988)

20. B.S. Dolbilkin, The collective excitations in medium-heavy nuclei at the (e,e'c) experiment. In Proc. of the VI Course Int. School of IENP, Italy. Ed. S. Costa, G. Orlandini and C. Schaerf, World Scientific, Singapore, 260-276, (1990)

21. B.S. Dolbilkin, Giant Resonances in by experiments, Proc. 8 Sem.EMIN, Moscow, 261-268, (1992)

22. Б.С. Долбилкин, В.П. Лисин, Р.Л. Кондратьев, Ш. Канн, Т.Ким, Реакция в области энергий возбуждения 8 - 25 МэВ, Изв. АН СССР, сер. Физ., 55, 967-970, (1991)

23. Б.С. Долбилкин, В.П. Лисин, Р.Л. Кондратьев,Ш. Кан, Т. Ким, К. Т. Кнопфле, Реакция в области энергий возбуждения 10 - 25 МэВ, Укр. Физ. Журн. 37, 30-33, (1992)

24. B.S. Dolbilkin, Decay of Giant Resonances in byexperiments, Proc.VII Course Int. School of IENP, Italy, , Ed. R.Bergere, S. Costa, C. Schaerf, World Scientific, Singapore, 201-213, (1992)

25. B.S. Dolbilkin, Decay modes of multipole giant resonances at light and medium nuclei (A64), in Proc. of XI Int. Sem. on Electromagnetic Interactions of Nuclei, INR RAS, Moscow, 117-129 (2007).

26. A.Huenger, J.Ahrens,.., B.Dolbilkin et al, High angular resolution and time of flight detector system for recoil protons for and p()p, NIM A 372, 135-141 (1996)

27. Б.С. Долбилкин, Распад гигантских резонансов легких и средних ядер из экспериментов с совпадениями заряженных частиц, ЯФ 71, 1182-1192 (2008)

28. M. MacCormick, G. Audit,.., B. Dolbilkin, A. Zabrodin et al, Total photoabsorption cross sections for and from 200 to 800 MeV, Phys. Rev. C 53, 41-49, (1996)

29. A. Zabrodin, G. Audit,.., B.Dolbilkin et al, Total cross section measurement of the reaction, Phys.Rev. C 55, R1617, (1997); Б.С. Долбилкин, А.Е. Забродин, Ю. Аренс и др., Измерение сечений двойного рождения пионов на нуклонах, препринт ИЯИ РАН - 0934, (1996)

30. J. Ahrens, B. Dolbilkin, I. Preobrazhensky, et al. A Moeller polarimeter for experiments with tagged photons at MAMI, Proc.12-th Int. Spin Phys. Symp. Ed. by C. de Jager, et al. Amsterdam, 816-818, (1996); Б. С. Долбилкин, И.В. Преображенский, Ю. Аренс и др., Поляриметрия электронов промежуточных энергий в поляризационных экспериментах, препринт ИЯИ - 1050, (2000)

Размещено на Allbest.ru