ПаспортПроекта Программы ОФН РАН “Физика элементарных частиц и

фундаментальная ядерная физика” Название Проекта - Поиск сверхузких дибарионных резонансов на

Московской мезонной фабрике ИЯИ РАН (Проект ДИБАРИОН).

Участники Проекта (ИЯИ, Лаборатория атомного ядра), количество научных сотрудников - 6, руководитель проекта - Е.С. Конобеевский.

Краткая формулировка целей Проекта Работа направлена на исследование нуклон-нуклонного взаимодействия при промежуточных энергиях. Используя протонные и нейтронные пучки МФ, предполагается исследовать реакции взаимодействия протонов и нейтронов с дейтерием и другими малонуклонными системами. В этих реакциях будут исследованы как возбуждения различных двухнуклонных (дибарионных) состояний, так и изоспиновые эффекты в двухнуклонных системах (например, нарушение зарядовой симметрии ядерных сил).

Публикации:- реферируемые журналы - 4,- доклады на конференциях - 5

Получение грантов:РФФИ 06-02-17462 “Определение синглетной длины nn-рассеяния с целью изучения эффекта нарушения зарядовой симметрии ядерных сил” РФФИ 07-02-05025-б грант поддержки МТБ исследований - 200 т.р. на покупку электроники

РФФИ 07-02-08482-з Участие в XX Европейской конференции по малонуклонным системам

Известно, что сечение реакции nd pnn в кинематической области, где сильно

проявляется взаимодействие в конечном состоянии (ВКС) между нейтронами, является

чувствительной к величине длины nn-рассеяния.

Синглетные длины nn- и pp-рассеяния ann и app являются очень важными

характеристиками нуклон-нуклонного взаимодействия, позволяющими определить

меру нарушения зарядовой симметрии (НЗС) ядерных сил.

НЗС, обусловленное согласно современным представлениям различием между u и

d кварками является малым эффектом и для теоретического анализа требуются точные

данные о длинах рассеяния.

Проблема – Нарушение Зарядовой Симметрии ядерных сил

МЕТОДЫ И ПОДХОДЫ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДЛИН РАССЕЯНИЯ

pp-pp- длина рассеяния находится из экспериментов по длина рассеяния находится из экспериментов по pppp-рассеянию -рассеянию ((aapppp =-17,3±0.4 фм =-17,3±0.4 фм);); ; ее погрешность связана главным образом с ; ее погрешность связана главным образом с

использованием теоретических моделей для исключения кулоновских использованием теоретических моделей для исключения кулоновских эффектов. эффектов.

Нейтрон-нейтронная длина рассеяния Нейтрон-нейтронная длина рассеяния - - эксперименты по изучению эксперименты по изучению взаимодействия двух нейтронов в конечном состоянии при малой взаимодействия двух нейтронов в конечном состоянии при малой относительной энергии относительной энергии n+dn+dp+n+np+n+n; ; --++dd ++nn++n;n; dd++dd22HeHe++nn++nn

Полученные к настоящему времени результаты свидетельствуют о существенной Полученные к настоящему времени результаты свидетельствуют о существенной неопределенности величины неопределенности величины aannnn: ее значения группируются вблизи : ее значения группируются вблизи -16 (-16 (Bonn)Bonn) и -19 фм и -19 фм

(TUNL, LAMPF)(TUNL, LAMPF), таким образом , таким образом неизвестен даже знак разности ann-app, которая определяет количественную меру НЗС ядерных сил.

Phys. Rev. C 74, 014001 (2006) W. von Witsch, X. Ruan, H. Witala

Neutron-neutron final-state interaction in the 2H(n,p)2n reaction at En=17.4 MeV

The neutron-neutron (nn) final-state interaction has been investigated in the n+dp+2n reaction in kinematically incomplete geometry at En=17.4 MeV, detecting the protons emitted around zero degrees. Absolute cross-section data for the neutron-deuteron breakup reaction were obtained via (n,d) elastic scattering, which was measured simultaneously. The data were analyzed by means of detailed Monte Carlo simulations based on rigorous three-body calculations using CD-Bonn and two other high-quality potentials for the nucleon-nucleon interaction. The breakup spectrum is described very well on an absolute scale over the entire energy range

investigated. The value of the nn scattering length deduced from the cross section in the FSI peak is ann=-16.5±0.9 fm, where

the error indicates the combined statistical and systematic uncertainty.

Phys. Rev. C 73, 034001 (2006)

D. E. Gonzalez Trotter, F. Salinas Meneses, W. Tornow, C. R. Howell, et al.

Neutron-deuteron breakup experiment at En=13 MeV: Determination of the 1S0 neutron-neutron scattering length ann

We report on results of a kinematically complete neutron-deuteron breakup experiment performed at Triangle Universities Nuclear Laboratory using an En=13 MeV incident neutron beam. The 1S0 neutron-neutron scattering length ann has been determined for four production angles of the neutron-neutron final-state interaction configuration. The absolute cross-section

data were analyzed with rigorous three-nucleon calculations. Our average value of ann=-18.7±0.7 fm is in excellent

agreement with ann=-18.6±0.4 fm obtained from capture experiments of negative pions on deuterons. We also performed a shape analysis of the final-state interaction cross-section enhancements by allowing the normalization of the data to float. From these relative data, we obtained an average value of ann=-18.8±0.5 fm, in agreement with the result obtained from the absolute cross-section measurements. Our result deviates from the world average of ann=-16.7±0.5 fm determined from previous kinematically complete neutron-deuteron breakup experiments, including the most recent one carried out at Bonn. However, this low value for ann is at variance with theoretical expectation and other experimental information about the sign of charge-symmetry breaking of the nucleon-nucleon interaction. In agreement with theoretical predictions, no evidence was found of significant three-nucleon force effects on the neutron-neutron final-state interaction cross sections.

Постановка эксперимента по исследованию области нейтрон-нейтронного ВКС в реакции nd-развала

Этой кинематической области отвечают события с двумя нейтронами в выходном канале, имеющими малый

относительный импульс.

Нейтрон-нейтронное ВКС проявляется в виде максимума

в распределении выхода реакции от относительной энергии

двух нейтронов ε=(E1 +E2-2(E1E2)1/2cos)/2, форма которого зависит от длины nn-рассеяния

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

0 0,2 0,4 0,6 0,8

ann=-19fm 0=0.12 MeV

ann=-16fm 0=0.16 MeV

N, отн

, МэВ

1 700

1 800

1 900

2 000

2 100

2 200

2 300

0,05 0,10 0,15 0,20 0,25

ε

Two-Parameter Fit (ann=-16.1fm)

One-Parameter Fit (ann=-19fm)

Input – MW (ann=-16fm)

Сравнение кривой модельного эксперимента с результатами решения обратной задачи

Ltof=10m, t=0.5 ns, -24-34º

Nсоб

Оценка статистической погрешности в определении ann

ann

-16,11 -15,84-16,4235

36

37

38

39

40

-17,00 -16,50 -16,00 -15,50 -15,00

χ2(min)+1

χ2(min)

ann=-16.11 +0.33-0.31

2

Экспериментальная установка для изучения нейтрон-нейтронных корелляциях в реакции nd-развала на нейтронном канале ММФ

Ток протонного пучка 10-50 мкА Толщина CD2мишени ~100 мг/см2. Поток нейтронов на мишени (0,6-3,0)·107 с-1см-2

Возможность улучшения временного разрешения длинных детекторов путем определения места возникновения световой вспышки в детекторе

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

630 640 650

Зависимость числа совпадений протонного и нейтронного детекторов от разности времен прихода световых вспышек на противоположные концы нейтронного детектораСвет от светодиода подается на протонный и середину

нейтронного детектора

Пики временных совпадений: без учета места попадания света в нейтронный детектор (синие точки – FWHM=0.85 ns) и с учетом попадания (красные точки - выделена узкая область ~ 2 см – FWHM=0.6 ns)

L

N

N

t

Сеанс на ММФ в ноябре 2007 г.Start time: Wed Nov 28 13:32:36 2007 - Stop time: Thu Nov 29

15:27:43 Imax=45 A, Iav=25 A 2007 t tot=22 h, I*t= 550 A*h

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

12:00:00 16:48:00 21:36:00 26:24:00 31:12:00 36:00:00 40:48:00

45 мкА

Start time: Thu Nov 29 15:27:52 2007 - Stop time: Fri Nov 30 12:20:58 2007

Imax=45 A, Iav=6.8 A t tot=20 h, I*t= 136 A*h

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

14:24:00 16:48:00 19:12:00 21:36:00 24:00:00 26:24:00 28:48:00 31:12:00 33:36:00 36:00:00 38:24:00

45 мкА

Восстановление энергии налетающих нейтронов в реакции ndpnn

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

N

En, MeV

Сравнение выхода для мишеней CD2 и 12CI*t*NC(CD2)=I*t*NC(12C)

0

20

40

60

80

100

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

12C

CD2

N

Сравнение экспериментальной и моделированной зависимости выхода реакции ndpnn от относительной энергии двух нейтронов

Моделирование Эксперимент ~ 100 мкА·ч

Необходимый интеграл тока (минимальный) – 5000 мкА·ч(125 часов при токе 40 мкА)

Интеграл тока в ноябре 2007 г. – 1500 мкА·ч

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,30

200

400

600

800

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

N N

ann

Кривая зависимости 2 от ann позволяет оценить ошибку (статистическую) в определении длины рассеяния

Входная длина рассеяния (при моделировании) = -18.5 fm

177

179

181

-19,00 -18,75 -18,50 -18,25 -18,00

35,9

36,1

36,3

36,5

36,7

36,9

37,1

37,3

37,5

χ2(min)+1

χ2(min)

χ2(min)+1

-18.5±0.35Статистика 2000 соб. на точку

-18.5±0.15Статистика 8000 соб. на точку

Выходная длина рассеяния(решение обратной задачи с аппаратными функциями)

2

0

100

200

300

400

500

500 520 540 560 580 600 620 640 660 680

FWHM=0.6 ns

Nch

Nev

Спектр нейтронов (3-13)

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Зависимость числа nn-корелляций в детекторах 24º и 26º от относительной энергии нейтронов

для CD2-мишени и CH2- мишени

Разностный спектр CD2-C и симуляция

0

200

400

600

800

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

0

10

20

30

40

50

60

70

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3

Выводы

• На нейтронном канале РАДЭКС смонтирована экспериментальная

установка для измерения длины nn-рассеяния

• Предварительные данные, полученные на этой установке,

позволяют

надеяться на получение конкурентоспособных данных о ann• Пучковое время, которое реально может быть выделено на эту

работу, ввиду ограниченного числа физических сеансов и

большого числа пользователей на ММФ, не позволяет пока

получить необходимую статистику

Зависимость выхода реакции ndpnn от относительной энергии

Углы регистрации нейтронов 24º и 26º Эксперимент и Симуляция

Комбинации нейтронных детекторов

i\j 240 260 280 300 320 340

Ni\Nj 1 2 3 4 5 6

240 1 1-2

240-260 =20

1-3 240-280 =40

1-4 240-300 =60

1-5 240-320 =80

1-6 240-340 =100

260 2 2-3

260-280 =20

2-4 260-300 =40

2-5 260-320 =60

2-6 260-340 =80

280 3 3-4

280-300 =20

3-5 280-320 =40

3-6 280-340 =60

300 4 4-5

300-320 =20

4-6 300-340 =40

320 5 5-6

320-340 =20

340 6

0

1

2

3

4

5

6

7

8

0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

Зависимость выхода реакции ndpnn от относительной энергии

Углы регистрации нейтронов 26º и 30º Эксперимент и Симуляция

N