Изучение поляризационных явленийи спиновых эффектов на ускорительном комплексе

Нуклотрон-M ОИЯИ

тема: 02-1-1097-2010/2015

ОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙОБЪЕДИНЕННЫЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

УНИВЕРСИТЕТ П. Й. ШАФАРИКА, КОШИЦЕ, СЛОВАКИЯУНИВЕРСИТЕТ П. Й. ШАФАРИКА, КОШИЦЕ, СЛОВАКИЯ

ИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ САН, КОШИЦЕИНСТИТУТ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ ФИЗИКИ САН, КОШИЦЕ

А.Д.Коваленко, В.В. Глаголев, Н.М. Пискунов

Г.Мартинска, Й. Урбан Я. Мушински

2

Измерение реакции перезарядки np pn   с помощью пучка дейтронов (проект СТРЕЛА)

Joint Institute for Nuclear research, 141980 Dubna, Moscow region, Russia

P.J. Šafárik University, Jesenná 5, Košice, Slovak Republic

Institute of experimental Physics, Watsonova 47, Košice, Slovak Republic

S.N. Basilev, Yu.P. Bushujev, V.V. Glagolev, S.A. Dolgiy, D.A. Kirillov. N.V. Kostyaeva, A.D. Kovalenko, A.N. Livanov, P.K. Manyakov, G. Martinská,J. Mušinský, N.M. Piskunov, A.a. Povtoreiko, P.A. Rukoyatkin, R.A. Shindin, I.M. Sitnik, V.M. Slepnev, I.V. Slepnev, J. Urbán

АННОТАЦИЯ Обсуждается отношение дифференциальных поперечных

сечений перезарядки на дейтроне и нуклоне в области малых переданных импульсов с целью оценки спин-зависящей части np pn перезарядки.

Оценка этой части была сделана на основе данных реакции dp (pp)n при импульсе 1.75 AГэВ/c с помощью установки СТРЕЛА на Нуклотроне. Полученное отношение сечений свидетельствует о преобладающем вкладе спин-зависящей части амплитуды np pn рассеяния.

3

Содержание

Введение Формализм Экспериментальная установка STRELA Экспериментальные результаты Заключение

4

Возможность использования зарядово- обменных процессов на неполяризованном дейтроне для извлечения информации по амплитуде элементарной np pn перезарядки обсуждалась

в ряде работ.

Математический формалисм основан на идеях Померанчука, Мигдала и Чу в 1951-1955 гг.

I. Pomeranchuk, Sov. JETF 21, 1113 (1951) G.F. Chew, Phys. Rev. 84, 710 (1951) А.Б. Мигдал, ЖЭТФ, Т.28, 3 (1955)

5

ВВЕДЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ Дейтрон является слабосвязанной системой из нейтрона и протона. Это позволяет применять к рассмотрению взаимодействий на дейтроне импульсное приближение.

Элементарная реакция перезарядки нейтрона на протоне np pn и реакция перезарядки дейтрона на протоне- мишени dp (pp)n в простейшом виде изображена на следующем рисунке.

введение

сравнение: np →pn

и

dp →(pp)n

Пустые кружки представляют нейтрон и сплошные протон, pt -протон – мишени, вертикальные стрелки- направления спинов нуклонов. В случае:а) возможны оба направления спина протонаb) в силу принципа Паули процесс может идти только с переворотом спина. Дейтрон действует как спиновый фильтр.

8

ФОРМАЛИЗМ

Математический формализм разработаный Дином основан на справедливости импульсного приближения

N.W. Dean, Phys. Rev. D5, 1661(1972) and D5, 2832(1972)

Дифференциальное сечение элементарной pn np перезарядки может быть представлено в виде суммы спин- независящей(SI) & спин-зависящей (SD) частей:

(d/dt)nppn=(d/dt)SInp→pn +(d/dt)SD

np→pn

9

ФОРМАЛИЗМ

При нулевой передаче t|=0 из-за того, что Fd (0)=1 ,

дифференциальное поперечное сечение будет иметь следующий вид

(d/dt)dp (pp)n = 2/3(d/dt)SDnp→pn

Реакция перезарядки неполяризованного дейтрона на неполяризованном протоне -мишени при нулевой

передаче импульса и рассеянии вперед определяется спин-зависящей частью реакции перезарядки np pn.

Чтобы извлечь информацию мы сравниваем наши экспериментальные данные (дифференциальное сечение перезарядки dp (pp)n при t=0) и np pn (сечение перезарядки при t=0) при той же энергии, доступной в литературе.

10

ФОРМАЛИЗМ

Экспериментальная установка СТРЕЛА предназначена для исследования зарядово-обменных процессов во взаимодействиях дейтронов с протонами в области энергий выше 1 ГэВ в ЛФВЭ на Нуклотроне.

В эксперименте требуется наблюдать события dp-взаимодействия с вылетом из мишени двух протонов с близкими импульсами (pp1 pp2 (1/2)pd) в переднем направлении, т.е. при малых переданных импульсах. Таким образом реализируются необходимые условия формализма Дина.

Экспериментальная установка СТРЕЛА

Экспериментальная установка СТРЕЛА

Установка представляет собой одноплечевой магнитный спектрометр, основными элементами которого являются: блоки дрейфовых камер в качестве координатных детекторов, электроника считывания информации, сцинтилляционные счётчики используемые для запуска установки, анализирующий магнит.

Последняя версия установки использованная в сеансе- март 2014- показана на следующем рисунке.

.

Экспериментальная установка СТРЕЛА

Сцинтиляционные счетчики – S1, S2Дрейфовые камеры – DC1-DC4Размер рабочей области - 125 x 125 mm2 (DC1,DC2) 250 x 250 mm2 (DC3,DC4) Плоскости дрейфовых камер - DC1, DC3 – 8 (4y, 4x) DC2 - 4 (4x) DC4 - 4 (2y, 2x) Общее время дрейфа ~ 450 ns Длина дрейфового промежутка (все камеры) – r = 21 cm M – анализирующий магнит Mагнитное поле – B = 0,85 T T - мишень Более подробные технические детали в: V.V. Glagolev et al.: PTE, 2013,pp.20-31

FirstSecondThirdFourth

0.1 ns Lateral resolution drift chambers

Drift time from one signal wire

Экспериментальная установка СТРЕЛА• Использовались- полиэтиленовая и углеродная мишени.

• Размеры мишени были определены по углеродному эквиваленту. Эффект на водороде был получен путем CH2 и C вычитания.

• Для оценки фоновых условий и влияния углеродной мишени использовались программа моделирования GEANT для проведения частиц через установку и реальные события из 1-м водородной пузырьковой камеры.

Экспериментальные результаты

p1 + p2, ГэВ/с p1 + p2, ГэВ/с STRELA, pd= 3,5 ГэВ/с GEANT+ HBC, pd = 3.3 ГэВ/с

CH2C

СH2-C

p1 vs p2, ГэВ/сGEANT+ HBC, pd= 3,3 ГэВ/с

p1 vs p2, ГэВ/сSTRELA, pd= 3,5 ГэВ/с

171 10 000

Экспериментальные результаты

Полученное дифференциальноераспределение dN/dt реакции dp (pp)nбыло аппроксимированоэкспоненциальной функцией.Экстраполяция к t=0 дала значение : dN/dt|t=0= (435.6±6.8)exp((440.9±5.8)*t), что соответствует d/dt|t=0 =30.56±0.48 mb/(GeV/c)2

18

t, (ГэВ/с)2

Экспериментальные результаты

Поперечное сечение было рассчитано с помощью соотношения

Экспериментальные результаты

0

int1

1ln1

NNnl

, где

l – длина мишени

n- плотность ядер H /cm-3

N0 – число триггеров

Nint – число взаимодействий

- шаг гистрограммы

Количество триггеров было

исправлено на:

- примесь в пучке

- эффективность дрейфовых камер

Экспериментальные результаты

20

Для определения дифференциального сечения dσ/dt|t=0 реакции перезарядки np→pn были использованы данныеG.Bizard et al: Nuclear Physics B85(1975) 14-30J.Bystricky, F.Lehar:Nucleon-Nucleon Scattering data, editors H. Behrens and G. Ebel, Fachinformationszentrum Karlsruhe,1978 Edition,N 11-1, p.521

Экспоненциальный фитэтих значений дал длянашего импульса 1.75 ГэВ/с

(dσ / dt)|t = 0 =

48,0 ± 0.2 mb/(GeV/c)2

Экспериментальные результаты

21

Отношение R np дифференциальных сечений для рассеяния вперед (перезарядка) на дейтроне dp (pp)n и реакции элементарной перезарядки np pn равно :

.

Из измеренного нами сечения (d/dt) dp (pp)n t=0 = 30,56 ± 0,48 мб/( ГэВ/с)2

и сечения (d/dt)np pn t=0 = 48 ± 0,2 мб/(ГэВ/с)2

получаем значение Rnp = 0,637 ± 0,010

np

dpnp dtd

dtdR

)/()/(

При нулевом переданном импульсе t отношение Rnp можно записать как

np

SDnp

dtddtd

)/()/(

32

и, соответственно, доля спин-независящей части сеченияреакции упругой np pn перезарядки равна

017,0047,013

2)/()/(

np

SDnp

SInpID

np Rdtddtd

R

Экспериментальные результаты

перезарядка полностью спин-зависящая

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Определено дифференциальное сечение реакции перезарядки

(d/dt)dp (pp)n t=0= 30,56 ± 0,48 мб/(ГэВ/с)2

Полученное значение отношения Rnp=0,637± 0,010 свидетельствует о преобладающем вкладе спин-зависящей части амплитуды np pn рассеяния.

На основании полученных результатов, желательно в 2015 г. выполнить эксперимент при более высокой энергии.

Спасибо за вниманиеСпасибо за внимание