WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

загрузка...
   Добро пожаловать!

Pages:     || 2 |

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

им. Б.П. КОНСТАНТИНОВА

На правах рукописи

УДК 539.171.017

ЛЕВИЦКАЯ Ольга Васильевна

ФРАГМЕНТАЦИЯ РЕЛЯТИВИСТСКИХ ЯДЕР 16O, 22Ne, 32S И 208Pb В ДИАПАЗОНЕ ЭНЕРГИЙ 3,7–200 А ГэВ

В ЯДЕРНЫХ ФОТОЭМУЛЬСИЯХ

01.04.16 – физика атомного ядра и элементарных частиц

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата физико-математических наук

Гатчина

2007

Работа выполнена в Отделении физики высоких энергий

Петербургского института ядерной физики

им. Б.П. Константинова РАН

Официальные оппоненты:

доктор физико-математических наук,

профессор – А.Б. Курепин,

кандидат физико-математических наук,

старший научный сотрудник – В.П. Кондратьев.

Ведущая организация – Физический институт

им. П.Н. Лебедева РАН.

Защита состоится ”……” ………… 2007 года в.................часов на заседании диссертационного совета Д 002.115.01 при Петербургском институте ядерной физики им. Б.П. Константинова РАН по адресу:

188300, г. Гатчина Ленинградской области, Орлова роща.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ПИЯФ РАН.

Автореферат разослан ”……” ………. … 2007 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета И.А. Митропольский

Общая характеристика работы

Актуальность работы

Диссертация посвящена изучению механизма фрагментации релятивистских ядер различной массы (16O, 22Ne, 32S и 208Pb) в широком диапазоне энергий (от 3,7 до 200 ГэВ/нуклон) при их неупругих взаимодействиях с ядрами в фотоэмульсии. Исследование механизма фрагментации релятивистских ядер наряду с поисками кварк-глюонной плазмы – одна из центральных проблем физики ядро-ядерных взаимодействий при высоких энергиях. Целью работы является установление общих закономерностей процесса фрагментации легких и тяжелых ядер, которые необходимы для понимания механизма ядро-ядерных взаимодействий (определения доминирующего механизма и вклада других возможных каналов фрагментации, таких как электромагнитная диссоциация, образование префрагментов, распад нестабильных промежуточных ядер, взаимодействие в конечном состоянии), его связи с процессами деления ядер и множественного рождения частиц. В первую очередь это относится к распределению поперечных импульсов фрагментов, которое является источником информации о структуре релятивистских ядер в условиях малых передаваемых импульсов.

Хотя спектр моделей, описывающих этот процесс, достаточно широк, в их основе лежат два альтернативных подхода. В первом, до сих пор встречающемся, фрагментация трактуется как распад возбужденных остаточных ядер и происходит после процесса множественного рождения частиц во второй медленной фазе ядро-ядерного взаимодействия. Во втором представление о механизме предельной фрагментации адронов при высоких энергиях распространено на релятивистские ядра. Т. е. фрагментация рассматривается как быстрый, холодный процесс освобождения виртуальных кластеров, существующих в релятивистском ядре еще до его взаимодействия с ядром-мишенью. После взаимодействия виртуальные кластеры, т. е. фрагменты, становятся реально наблюдаемыми с импульсами, близкими к тем, которые они имели в собственной системе фрагментирующего ядра. Распределение поперечных импульсов фрагментов описывается статистической моделью Гольдгабер–Фешбаха–Хуанга и определяется граничным импульсом Ферми исходного фрагментирующего ядра.

Виртуальные фрагменты можно рассматривать как квазичастицы, возникающие в результате самосогласованного движения нуклонов в ядре при нулевой температуре. Эта способность образовывать квазичастицы является общим свойством системы многих тел. Поэтому фрагментация как физический процесс представляет интерес и в связи с проблемой многочастичных систем.

Среди виртуальных кластеров в ядрах могут существовать и нестабильные изотопы, такие как 5He, 5Li, 8Be. Вследствие этого часть двухзарядных фрагментов может образовываться, в частности, через распад 8Be 2. Экспериментальное определение доли этого канала при фрагментации релятивистских ядер различной массы может оказаться полезным для уточнения существующих представлений о процессе нуклеосинтеза в гелиевых звездах. Знание фрагментационных характеристик релятивистских ядер при различных начальных энергиях необходимо и для решения ряда задач ядерной астрофизики.

В свете вышеизложенного результаты исследования фрагментации релятивистских ядер, проведенные в диссертации, существенны для понимания механизма ядро-ядерных взаимодействий при высоких энергиях, процессов кластеризации нуклонов в ядрах, квантовых эффектов в системе тождественных частиц, процесса нуклеосинтеза (как процесса, обратного фрагментации).

Научная новизна и практическая ценность работы

1. Разработан новый метод экспериментального определения зарядов легких фрагментов, основанный на измерении суммарной длины спектра сгустков.

2. Разработана методика измерения малых углов, позволяющая измерять парные углы в плоскости фотоэмульсии между легкими фрагментами свинца с энергией 160 А ГэВ порядка 0,1 – 0,5 мрад с точностью 0,01 мрад.

3. Исследована фрагментации группы легких ядер: 22Ne, 16O и 32S в диапазоне энергиий 3,7 – 200 А ГэВ. Показано, что для всех фрагментов исследуемой группы ядер экспериментальные распределения величины (где– проекция поперечного импульса фрагмента с массой F на плоскость эмульсии, А – массовое число первичного ядра) описываются нормальным распределением. Экспериментальные оценки стадартных отклонений 0exp(y) с хорошей точностью совпадают со значениями 0, определяемой его граничным импульсом Ферми, ранее измеренными в эксперименте по квазиупругому рассеянию электронов на ядрах и со значениями, вычисленными через радиусы ядер кислорода, неона и серы. Для ядра 16O (4,5 A ГэВ/c) оценка константы этого распределения 0exp(y) = 102,3 ± 1,2 МэВ/с, для ядра 22Ne (4,1 A ГэВ/c) 0exp(y) = 102,5 ±2,5 МэВ/с, для ядра 32S (4,5 A ГэВ/c) 0exp(y) = 105,0 ± 1,3 МэВ/с, а для ядра 32S (200 А ГэВ/c) 0exp(y) = 102,9 ± 1,5 МэВ/с.

Экспериментальные оценки дисперсий распределений величин для фрагментов ядра 22Ne с различными зарядами описываются параболической зависимостью от F в соответствии со статистической моделью фрагментации Гольдгабер.

4. Экспериментальные распределения коэффициентов азимутальной асимметрии () и коллинеарности () для фрагментов вышеуказанных ядер согласуются с полученными в модели независимого испускания (МНИ).

5. Исследовано распределение поперечных импульсов вторичных фрагментов ядер 22Ne. Показано, что совокупность величин для вторичных фрагментов распределена по Гауссу со средним значением, близким к нулю, и стандартным отклонением exp = (105 ± 7) МэВ/с, равным PF/5 исходного ядра 22Ne (Z1, Z2 – заряды первичного и вторичного фрагментов, 2 – “плоский” угол вторичного фрагмента относительно направления вектора импульса первичного фрагмента, P0 – импульс на нуклон ядра 22Ne).

6. Исследована фрагментация тяжелого релятивистского ядра 208Pb в глубоко неупругих Pb+Em взаимодействиях при энергии 160 А ГэВ. По измеренным углам ij между парами следов легких фрагментов ядер свинца (с зарядами Z = 2, 3, 4) в плоскости эмульсии получена оценка константы нормального распределения “плоских” углов фрагментов относительно вектора импульса первичного ядра P0, = (0,38 ± 0,02) мрад. Полученная оценка также совпадает с величиной, определяемой из импульса Ферми для ядра свинца.

7. В распределениях плоских парных углов ij между следами двухзарядных фрагментов ядер 16O, 22Ne и 32S имеется избыток в области малых углов 2,5 мрад, обусловленный дополнительным каскадным механизмом их образования через канал 8Be 2. Из анализа распределений парных “плоских” углов и парных азимутальных углов между двухзарядными фрагментами в реакциях 16O 2 + X,
22Ne 2 + X, 32S 2 + X сделан вывод о существовании двух механизмов их образования. Основная их часть есть результат холодной фрагментации ядер. Доля -частиц от распада промежуточного состояния 8Ве2 в вышеуказанных реакциях для ядер 16O составляет 9,7 %, 22Ne 8,7 % и 32S 4, 6%.

8. В глубоко неупругих Pb+Em взаимодействиях (160 А ГэВ) в распределении парных углов в плоскости эмульсии между следами двухзарядных фрагментов ядер свинца в области ij 0,03 мрад также имеется избыток, обусловленный распадом 8Be 2, оценка доли этого канала составляет (13 ± 2) %.

Апробация диссертации

Полученные результаты докладывались на XV Международной конференции LEND-95, на рабочих совещаниях EMU01-коллаборации (Кошице, 1996; Дубна, 1999), на Всероссийском совещании "Применение метода ядерных фотоэмульсий для исследования структуры релятивистских ядер" (Дубна, 1998), на Международном совещании "Использование фотоэмульсионного метода для исследования структуры релятивистских ядер" (Дубна, 2000) на “International Symposium on Nuclear Physics” (BARC Mumbai, India, 2000), на XIII International Baldin Seminar on High Energy Physics Problems (Dubna, 2006).

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Общий объем диссертации (включая 34 рисунка, 8 таблиц и список литературы из 144 наименований) составляет 112 страниц машинописного текста.

Краткое содержание диссертации

Во введении обосновывается актуальность исследования, даются краткие комментарии экспериментов по проблематике, затронутой в работе, кратко излагается содержание четырех глав диссертации.

В первой главе изложены результаты эксперимента по изучению фрагментации ядер 22Ne с импульсом 4,1 А ГэВ/с в фотоэмульсии. Для фрагментов с различными зарядами ZF получены экспериментальные оценки дисперсий нормальных распределений проекций поперечных импульсов на плоскость эмульсии. Показано, что величины этих дисперсий описываются параболической зависимостью от ZF в соответствии со статистической моделью фрагментации Гольдгабер–Фешбаха–Хуанга
(рис. 1). Показано, что распределение величины

(1)

описывается распределением Гаусса (А – массовое число 22Ne, F – массовое число фрагмента) (рис. 2). Стандартное отклонение распределения (1) exp = (102,5 ± 2,5) МэВ/с совпадает с ожидаемой величиной, определяемой через граничный импульс Ферми (PF) для ядра 22Ne из эксперимента по квазиупругому рассеянию электронов на ядрах и равной 105,1 МэВ/с.

Рис. 1. Экспериментальная зависимость константы F от массы фрагмента АF. Кривая – ожидаемая параболическая зависимость с константой 0 = 105,1 МэВ/c

Полученные экспериментальные распределения коэффициента азимутальной асимметрии

(2)

и коэффициента коллинеарности

(3)

также подтверждают гипотезу независимого разлета фрагментов. При исследовании явления мультифрагментации в событиях, содержащих
k = 2, 3, 4 фрагментов, распределение модулей векторных сумм поперечных импульсов фрагментов согласуется с ожидаемым по модели независимого испускания (МНИ).

Рис. 2. Распределение -проекций поперечных импульсов фрагментов ядра 22Ne на плоскость эмульсии. Гистограмма – эксперимент, плавная кривая – нормальное распределение с константой exp = (102,5 ± 2,5) МэВ/с

Продукты фрагментации первичного релятивистского ядра также представляют собой релятивистские ядра меньшей массы, т. н. ’’первичные’’ фрагменты. Последующая фрагментация таких первичных фрагментов может служить инструментом для исследования их структуры. В частности, величина, дисперсия распределения проекций поперечных импульсов, но уже вторичных фрагментов, характеризует граничный импульс Ферми нуклонов в первичном фрагменте или ’’температуру’’ вырожденного газа нуклонов в нем. В § 3 представлены результаты исследования свойств 163 первичных фрагментов релятивистского ядра 22Ne на основании полученных экспериментальных угловых распределений 255 их вторичных фрагментов. Показано, что совокупность величин

(4)

описывается распределением Гаусса со средним значением, равным нулю, и стандартным отклонением exp = (105 ± 7) МэВ/с.

Рис. 3. Экспериментальное распределение величины Py (ГэВ/с) для вторичных фрагментов ядра 22Ne (гистограмма). Плавная кривая соответствует нормальному распределению с константой exp = 105 МэВ/с. Распределение поперечных импульсов вторичных фрагментов ядра 22Ne (гистограмма). Плавная кривая – распределение Рэлея с константой
exp = 113 МэВ/с

Распределение величины

(5)

для вторичных фрагментов описывается распределением Рэлея с константой exp = (113 ± 7) МэВ/с, близкой к величине стандартного отклонения нормального распределения величины Py (рис. 3). В формулах (4) и (5) Z1 – заряды первичных фрагментов, Z2 – заряды вторичных фрагментов, 1 – “плоские”, 1 – ”глубинные” углы первичных фрагментов относительно направления импульса ядра 22Ne, 2 – “плоские”, 2 – “глубинные” углы вторичных фрагментов относительно направления импульса первичного фрагмента, P0 – импульс на нуклон в ядре 22Ne.

Распределение азимутальных углов вторичных фрагментов Q с плоскостью реакции Q не отличается от равномерного распределения. Cделан вывод о том, что на имеющейся статистике свойства первичных фрагментов, продуктов фрагментации ядра 22Ne (в основном это ядра с зарядами 5, 6, 7, 8 и 9), не отличаются от свойств стабильных изотопов. Их последующая фрагментация также описывается в рамках статистической модели Г-Ф-Х.

Во второй главе изложены экспериментальные результаты по изучению фрагментации релятивистских ядер 16O с импульсом 4,5 А ГэВ/с и 32S (4,5 и 200 А ГэВ/с). Показано, что при фрагментации вышеуказанных ядер распределения величин (1) описываются распределениями Гаусса. Для ядра 16O оценка константы этого распределения 0exp(y) = 102,3 ± 1,2 МэВ/с, для ядра 32S (4,5 A ГэВ/c) 0exp(y) = 105,0 ± 1,3 МэВ/с, а для 32S (200 А ГэВ/c) 0exp(y) = 102,9 ± 1,5 МэВ/с (рис. 4 – 6). Это хорошо согласуется со значениями 0 = 100,9 МэВ/с и 108,7 МэВ/с, вычисленными из граничных импульсов Ферми из эксперимента по квазиупругому рассеянию электронов на ядрах, и со значениями 99,6 МэВ/с и 104,2 МэВ/с, вычисленными через радиусы ядер кислорода и серы по формуле

. (6)

Pages:     || 2 |






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»