Диплом, курсовая, контрольная работа
Помощь в написании студенческих работ

Исследование фоторождения ? и ? мезонов на протоне и дейтроне в области энергий гамма-квантов 700-1500 МэВ

Диссертация: Исследование фоторождения ? и ? мезонов на протоне и дейтроне в области энергий гамма-квантов 700-1500 МэВ
ДиссертацияПомощь в написанииУзнать стоимостьмоей работы

Изучение процессов фоторождения мезонов является одним из инструментов в исследовании структуры нуклона. Полное сечение фотопоглощения на нуклоне имеет резонансную структуру, которая свидетельствует о наличии возбуждённых состояний нуклона (нуклонных резонансов). Знание свойств нуклонных резонансов является ключом к пониманию структуры самого нуклона. Испускание мезонов является основным каналом… Читать ещё >

Содержание

  • 1. Фоторождение мезонов в области нуклонных резонансов
    • 1. 1. Теория
      • 1. 1. 1. Изоспиновые амплитуды
      • 1. 1. 2. Мультипольный анализ
    • 1. 2. Эксперимент
      • 1. 2. 1. Фоторождение 7г-мезонов
      • 1. 2. 2. Фоторождение ту-мезонов
      • 1. 2. 3. Фоторождение пар 7Г7Г
  • 2. Установка
    • 2. 1. ESRF
    • 2. 2. Пучок 7-квантов
      • 2. 2. 1. Кинематика обратного комптоновс^ого рассеяния
      • 2. 2. 2. Получение пучка 7-квантов
      • 2. 2. 3. Измерение энергии 7-квантов
      • 2. 2. 4. Монитор пучка 7-квантов
    • 2. 3. Мишень
    • 2. 4. Детектор LAGRAN7E
      • 2. 4. 1. Плоские пропорциональные камеры
      • 2. 4. 2. Двойная стена из пластиковых сцинтилляторов
      • 2. 4. 3. Детектор ливней
      • 2. 4. 4. Цилиндрические пропорциональные камеры
      • 2. 4. 5. Цилиндричекий детектор из тонкого пластикового сцинтиллятора («Barrel»)
      • 2. 4. 6. BGO-калориметр
      • 2. 4. 7. Вето детектор
    • 2. 5. Система сбора данных
      • 2. 5. 1. Общее описание
      • 2. 5. 2. Формирование триггеров записи событий
    • 2. 6. Организация анализа данных
      • 2. 6. 1. Экспериментальные данные
      • 2. 6. 2. Моделирование
  • 3. Эффективность регистрации нейтронов
    • 3. 1. Моделирование
    • 3. 2. Эксперимент
    • 3. 3. Результат
      • 3. 3. 1. BGO-калориметр
      • 3. 3. 2. Детектор ливней
  • 4. Анализ реакций
    • 4. 1. Общие определения
      • 4. 1. 1. Вычисление сечений
      • 4. 1. 2. Вычисление эффективности регистрации реакции и её применение к экспериментальным данным
    • 4. 2. Фоторождение 77-мезонов на дейтроне
      • 4. 2. 1. Отбор событий и идентификация каналов
      • 4. 2. 2. Коррекция углов вылета частиц и вычисление эффективной энергии налетающих 7-квантов
      • 4. 2. 3. Эффективность регистрации
      • 4. 2. 4. Вычисление дифференциальных и полных сечений
    • 4. 3. Когерентное фоторождение 7г° мезонов на дейтроне
      • 4. 3. 1. Отбор событий
      • 4. 3. 2. Эффективность регистрации
      • 4. 3. 3. Оценка полного сечения
    • 4. 4. Реакция 7р 7Г°7Г+п
      • 4. 4. 1. Отбор событий
      • 4. 4. 2. Эффективность регистрации
      • 4. 4. 3. Распределения инвариантных масс 7г+7г°, ж+п, 7Г°п
      • 4. 4. 4. Вычисление сечения, интегрированного в аксептансе детектора LAGRAN7E

Исследование фоторождения ? и ? мезонов на протоне и дейтроне в области энергий гамма-квантов 700-1500 МэВ (реферат, курсовая, диплом, контрольная)

Целью настоящей диссертационной работы является получение новых данных о процессах фоторождения 7 г и г] мезонов на протоне и дейтроне в области энергий гамма-квантов 700-fl500 МэВ. Работа выполнена на установке GRAAL, расположенной в Европейском Центре Синхротронно-го Излучения (ESRF). Для получения пучка 7-квантов используется метод обратного комптоновского рассеяния. Благодаря этому методу пучок 7-квантов обладает достаточно высокой энергией и интенсивностью, низким уровнем фона и высокой степенью поляризации. Детектор LAGRAN7E установки GRAAL, разработанный для таких исследований, имеет большой телесный угол 3.87т) и высокую эффективность регистрации продуктов реакций, что позволяет качественно проводить исследования фоторождения мезонов.

Изучение процессов фоторождения мезонов является одним из инструментов в исследовании структуры нуклона. Полное сечение фотопоглощения на нуклоне имеет резонансную структуру, которая свидетельствует о наличии возбуждённых состояний нуклона (нуклонных резонансов). Знание свойств нуклонных резонансов является ключом к пониманию структуры самого нуклона. Испускание мезонов является основным каналом перехода нуклона из возбуждённого состояния в основное. Характерное время протекания таких процессов составляет ~ Ю-24 сек (сильное взаимодействие), что соответствует неопределённости в наблюдаемой энергии возбуждения около нескольких 100 МэВ. При этом различие в массе разных нуклонных резонансов может составлять ~ 10 МэВ, что приводит к сильному перекрытию в наблюдаемом энергетическом спектре. Фоторождение мезонов может происходить и без возбуждения нуклонных резонансов (например, через обмен векторными мезонами), что вносит дополнительный нерезонансный фон в наблюдаемые. Реально из всего экспериментально наблюдаемого спектра полного сечения взаимодействия 7-кванта со свободным нуклоном может быть выделен только один максимум, который соответствует наиболее низколежащему возбуждённому состоянию. Изучение различных парциальных каналов фоторождения мезонов позволяет выявить резонансы, которые из-за сильного перекрытия и нерезонансного фона не могут быть выделены в полном инклюзивном сечении.

Отдельный интерес представляет изучение фоторождения мезонов на дейтроне, как самом лёгком, после протона, ядре. Малая энергия связи и хорошо изученная внутренняя структура делают дейтрон исключительно важной мишенью для изучения фоторождения мезонов. В отсутствие нейтронных мишеней, данные о сечениях фоторождения на дейтроне могут быть использованы для получения информации о сечениях фоторождения на нейтроне.

В данной работе изучаются реакции 7d —> rjp (n), 7d —> щ (р), 7d —"ir°d и 7p 7г°7г+72. Интерес к изучению фоторождения 77-мезона во многом обусловлен его изоскалярностыо. Тот факт, что изоспин 77-мезона 1 = 0, приводит к тому, что rjN системы могут образовывать связанные состояния только с изоспином I = ½. Уменьшение числа возможных резонансов упрощает интерпретацию данных и позволяет исследовать состояния, которые плохо проявляются при изучении 1tN каналов.

Реакция 7d 7г°d интересна тем, что в импульсном приближении её амплитуда равна сумме амплитуд реакций 7р —* ir°p и 7п 7г°п. Этот факт позволяет использовать её, как альтернативный способ получения информации о фоторождении 7г° на нейтроне. Сечения реакции 7d —> 7Г°d очень мало и требует анализа большого количества статистических данных. Из-за ограниченности используемых данных, анализ этой реакции в данной работе был ограничен лишь оценкой сечения.

Интерес к изучению реакций двухпионного фоторождения, в частности канала 7г°7г+п, обусловлен тем, что они вносят основной вклад в полное сечение фотопоглощения при энергии 7-квантов Е-у ~ 0.7 -т-1.5 ГэВ. Так же, эти реакции дают возможность изучать различные моды распадов резонансов, такие как N* —>• 7гД, N* —> pN и iV* —aN.

Экспериментальное определение сечений реакций требует знания функций отклика детектора на различные типы частиц. В данной работе большое внимание уделяется исследованию эффективности регистрации нейтронов, знание которой, является необходимым для вычисления сечений реакций yd —> щ{р) и ур —> 7г°7г+п, содержащих нейтрон в конечном состоянии. Проблема определения функции отклика детектора для нейтронов обусловлена природой их взаимодействия с веществом. При попадании в детектор, нейтрон, при условии, что он обладает достаточной энергией, образует в веществе детектора адронный ливень (последовательность различных ядерных взаимодействий). Однозначно связать энергию, выделенную в таком адронном ливне, с энергией налетающего нейтрона нельзя, так как она зависит от типов ядерных взаимодействий, которым сопровождался ливень. Эта же причина определяет невозможность однозначной связи амплитуды импульса на выходе детектора с энергией нейтрона.

Задачи данной работы состоят в:

1. разработке алгоритмов и программ анализа экспериментальных данных установки GRAAL по фоторождению itи 77-мезонов на протоне и дейтроне,.

2. определении эффективности регистрации нейтронов в сцинтилляци-онном детекторе типа «crystal ball» на основе BGO при различных энергетических порогах регистрации,.

3. измерении дифференциальных и полных сечений фоторождения 77-мезонов на квазисвободных протоне и нейтроне,.

4. измерении сечения когерентного фоторождения 7г°-мезонов на дейтроне,.

5. измерении сечения реакции ур —> 7г°7г+п и получении распределений инвариантных масс для пар 7Г+7Г°, П7г° и П7Г+.

Основные результаты диссертационной работы:

1. Впервые измерена эффективность регистрации нейтронов с энергиями Еп = 80-т- 650 МэВ в детекторе на основе сцинтиллятора BGO. Выявлено различие формы амплитудных спектров этого детектора, полученных в эксперименте и моделировании с использованием библиотек GEANT3.21. Данное различие приводит к тому, что экспериментальная и моделируемая эффективности регистрации нейтронов различаются в зависимости от энергетических порогов для кластеров кристаллов BGO, образующихся при регистрации нейтрона. Так, при пороге 2 МэВ, различие между эффективностями заметно лишь при энергии нейтронов Еп ~ 80 МэВ, а при более высоких энергиях эффективности совпадают. При пороге 20 МэВ, экспериментальная эффективность оказывается ниже на 204−50%. Таким образом, показано, что корректный анализ реакций с регистрацией нейтрона в конечном состоянии должен производиться при минимальном энергетическом пороге.

2. Используя данные, полученные на дейтериевой мишени, были вычислены дифференциальные и полные сечения фоторождения 7/-мезонов на квазисвободных протоне и нейтроне в области энергий 7-квантов Е7 = 0.74−1.5 ГэВ. Установлено, что сечения, полученные на квазисвободном протоне, совпадают с сечениями, полученными на свободном протоне. Этот результат говорит о том, что ядерные эффекты при использовании дейтрона в качестве мишени пренебрежимо малы, что в свою очередь, может говорить о возможности получения данных на свободном нейтроне, используя дейтрон. Показано, что угловые распределение дифференциальных сечений на квазисвободных протоне и нейтроне различаются при энергиях гамма-квантов Еу < 1.13 ГэВ и совпадают при больших энергиях. При этом дифференциальное сечение на квазисвободном протоне, хорошо согласуется с расчётами модели ETA-MAID2001 при энергиях < 1.25 ГэВ, но отличается от него при больших энергиях. Вместе с этим, расчёт ETA-MAID2001 плохо согласуется с данными, полученными на квазисвободном нейтроне. Тем не менее, модель ETA-MAID2001 качественно объясняет зависимость от Еу отношения полных сечений фоторождения 77-мезонов на квазисвободных протоне и нейтроне. Установлено, что в области энергий Еу < 0.9 ГэВ отношение сечений an/up ~ 0.5 4- 0.7, что совпадает с экспериментальными данными, полученными ранее в других экспериментах при этих энергиях. В области энергий Еу ~ 1.05 ГэВ в отношении an/ap наблюдается подъём до ~ 1.5. Основываясь на модели ETA-MAID2001 было показано, что этот подъём связан с вкладом .Di5(1675) резонанса, вероятность возбуждения которого в уп реакции оказывается заметно больше, чем в 7р.

3. Сделана оценка сечения когерентного фоторождения 7г°-мезонов на дейтроне в области энергий 7-кантов Еу = 0.65−1-1.1 ГэВ. Установлено, что полное сечение cr-yd^d в эт°й области энергий спадает от ~ 0.5 до 0.1 мкб.

4. Впервые измерено сечение реакции 7р —> тт°7г+п при энергиях Еу = 0.7 ~ 1.5 ГэВ. Для различных диапазонов энергий Еу проанализированы распределения инвариантных масс пар 7г+7г°, тт+п и 7Г°п. Полученный результат указывает, что основной вклад в реакцию дают каналы с промежуточным образованием £>1з (1520) и Fi5(1680) резонансов (7р -> r>i3(1520)/Fi5(1680) 7гР33(1232) А+п), что совпадает с результатами, полученными ранне в Майнце при более низких энергиях. При этом, значительного вклада каналов распада? i3(1520)/Fi5(1680) р+п не обнаружено.

Заключение

.

Показать весь текст

Список литературы

  1. S. Capstick and W. Roberts, Prog. Part. Nucl. Phys. 45, 241 (2000).
  2. B. Krusche and S. Schadmand, Prog. Part. Nucl. Phys. 51, 399 (2003).
  3. D. Drechsel, S. Kamalov, and L. Tiator, Nucl. Phys. A 645, 145 (1999).
  4. W.-T. Chiang, S.-N. Yang, L. Tiator, and D. Drechsel, Nucl. Phys. A 700, 429 (2002).
  5. A. Fix and H. Arenhovel, Eur. Phys. J. A 25, 115 (2005).
  6. G. F. Chew, M. L. Goldberger, F. E. Low, and Y. Nambu, Phys. Rev. 106, 1345 (1957).
  7. G. Knochlein, D. Drechsel, and L. Tiator, Z. Phys. A 352, 327 (1995).
  8. SAID homepage: http://gwdac.phys.gwu.edu/.
  9. MAID homepage: http:// www.kph.uni-mainz.de/MAID/maid.html.
  10. The reactions data base: http://www.slac.stanford.edu/spires/hepdata/.
  11. High-Energy Physics Experiments Database: http://usparc.ihep.su/spires/ /experiments/.
  12. K. Buchler et al, Nucl. Phys. A 570, 580 (1994).
  13. H. Genzel et al, Z. Phys. 268, 43 (1974).
  14. G. Fischer, J. Stumpfig, G. Knop, and G. V. Holtey, Z. Phys. 253, 38 (1972).
  15. H. Dutz et al., Nucl. Phys. A 601, 319 (1996).
  16. F. Harter, Ph.D. thesis, University of Mainz, 1996.
  17. R. Beck et al, Phys. Rev. Lett. 78, 606 (1997).t'
  18. R. Beck et al, Phys. Rev. С 61, 35 205 (2000).
  19. M. Fuchs et al, Phys. Lett. В 368, 20 (1996).
  20. J. Ahrens et al, Eur. Phys. J. A 21, 323 (2004).
  21. G. Blanpied et al, Phys. Rev. С 64, 25 203 (2001).
  22. A. M. Sandorfi et al, Nucl. Phys. A 629, 171 (1998).
  23. V. Rossi et al, Nuovo Cimento A 13, 59 (1973).
  24. R. M. Davidson and N. C. Mukhopadhyay, Phys. Rev. Lett. 79, 4509 (1997).
  25. R. L. Workman, Phys. Rev. Lett. 79, 4511 (1997).
  26. J. Ahrens et al, Phys. Rev. Lett. 87, 22 003 (2001).
  27. J. Ahrens et al, Phys. Rev. С 74, 45 204 (2006).
  28. J. Ajaka et al, Phys. Lett. В 475, 372 (2000).
  29. О. Bartalini et al, Phys. Lett. В 544, 113 (2002).
  30. F. V. Adamian et al, Phys. Rev. С 63, 54 606 (2001).
  31. A. Bock et al, Phys. Rev. Lett. 81, 534 (1998).
  32. A. Lleres et al, Eur. Phys. J. A 26, 399 (2005).
  33. V. Crede et al, Phys. Rev. Lett. 94, 12 003 (2005).
  34. A. Imanishi et al, Phys. Rev. Lett. 54, 2497 (1985).
  35. B. Krusche et al, Eur. Phys. J. A 6, 309 (1999).
  36. U. Siodlaczek et al, Eur. Phys. J. A 10, 365 (2001).
  37. Y. Ilieva et al, eprint arXiv: nucl-ex/309 017, 2003.
  38. A. Fix, Eur. Phys. J. A 26, 293 (2005).
  39. S. A. Dytman et al, Phys. Rev. С 51, 2710 (1995).
  40. F. Renard et al, Phys. Lett. В 528, 215 (2002).
  41. M. Dugger et al, Phys. Rev. Lett. 89, 222 002 (2002).
  42. V. Crede et al, Phys. Rev. Lett. 94, 12 004 (2005).
  43. J. W. Price et al, Phys. Rev. С 51, 2283 (1995).
  44. В. Krusche et al, Phys. Rev. Lett. 74, 3736 (1995). ''
  45. J. Ajaka et al, Phys. Rev. Lett. 81, 1797 (1998).
  46. L. Y. Glozmann et al, Phys. Lett. В 366, 305 (1996).
  47. N. Kaiser, P. B. Siegel, and W. Weise, Phys. Lett. В 362, 23 (1995).
  48. N. Kaiser, T. Waas, and W. Weise, Nucl. Phys. A 612, 297 (1997).
  49. R. Bijker, F. Iachello, and A. Leviatan, Phys. Rev. С 55, 2862 (1997).
  50. W.-M. Yao et al, J. Phys. G 33, 1+ (2006).
  51. J. Weifi et al, Eur. Phys. J. A 16, 275 (2003).
  52. B. Krusche et al, Phys. Lett. В 358, 40 (1995).
  53. P. Hoffmann-Rothe et al, Phys. Rev. Lett. 78, 4697 (1997).
  54. J. Weifi et al, Eur.' Phys. J. A 11, 371 (2001).
  55. I. Jeagle, in NSTAR2005 (The Florida State University, Tallahassee, Florida USA, 12−15 October, 2005).
  56. R. Di Salvo, Int. J. Mod. Phys. A 20, 1918 (2005).
  57. A. Mushkarenkov, in XI International Seminar on Electromagnetic Interactions of Nuclei (INR RAS, Moscow, 21−24 September, 2006).
  58. M. Polyakov and A. Rathke, Eur. Phys. J. A 18, 691 (2003).
  59. L. Tiator, in NSTAR2005 (The Florida State University, Tallahassee, Florida USA, 12−15 October, 2005).
  60. J. C. Nacher and E, Oset, Nucl. Phys. A 697, 372 (2002).
  61. J. A. Gomez Tejedor and E. Oset, Nucl. Phys. A 600, 413 (1996).
  62. L. Y. Murphy and J. M. Laget, DAPHNIA/SPhN, 96 (1996).
  63. K. Ochi, M. Hirata, and T. Takaki, Phys. Rev. С 56, 1472 (1997).
  64. S. Schadmand, in 6th Workshop on Electromagnetically Induced Two-Hadron Emission (University of Pavia, Pavia, 24−27 September, 2003).
  65. J. Ahrens et al, Phys. Lett. В 551, 49 (2003).
  66. W. Langgartner et al, Phys. Rev. Lett. 87, 52 001 (2001).
  67. A. Braghieri et al, Phys. Lett. В 363, 46 (1995).1. У
  68. A. Zabrodin et al, Phys. Rev. С 60, 55 201 (1999).
  69. Y. Assafiri et al, Phys. Rev. Lett. 90, 222 001 (2003).
  70. F. J. Klein, Ph.D. thesis, University of Bonn, 1996.
  71. V. Mokeev, in NSTAR2005 (The Florida State University, Tallahassee, Florida USA, 12−15 October, 2005).
  72. M. Wolf et al, Eur. Phys. J. A 9, 5 (2000).
  73. J. A. Gomez Tejedor, F. Cano, and E. Oset, Phys. Lett. В 379, 39 (1996).
  74. J. Ahrens et al, Eur. Phys. J. A 624, 173 (2005).
  75. ESRF homepage: http://www.esrf.eu/.
  76. Ф. P. Арутюнян and В. А. Туманян, ЖЭТФ 44, 2100 (1963).
  77. F. Renard, Ph.D. thesis, Universite Joseph Fourier Grenoble I, 1999.
  78. J. Ajaka, Ph.D. thesis, Universite Louis Pasteur Strasbourg, 1997.
  79. L. Nicoletti, Ph.D. thesis, Universite Joseph Fourier Grenoble I, 2002.
  80. V. Kouznetsov et al, Nucl. Instr. and Meth. A 487, 396 (2002).
  81. A. Zucchiatti et al, Nucl. Instr. and Meth. A 425, 536 (1999).
  82. F. Ghio et al, Nucl. Instr. and Meth. A 404, 71 (1998).
  83. V. Bellini et al, Nucl. Instr. and Meth. A 461, 174 (2001).
  84. D. Barancourt et al, Nucl. Instr. and Meth. A 388, 226 (1997).
  85. CERNLIB manual: http://cernlib.web.cern.ch/cernlib/.
  86. GEANT manual: http://wwwasd.web.cern.ch/wwwasd/geant/index.html.
  87. T. D. S. Stanislaus et al, Nucl. Instr. and Meth. A 462, 463 (2001).
  88. V. Wagner et al, Nucl. Instr. and Meth. A 394, 332 (1997).
  89. S. Kubota et al, Nucl. Instr. and Meth. A 285, 436 (1989).
  90. H. Vincke et al, Nucl. Instr. and Meth. A 484, 102 (2002).
  91. The. GEANT/FLUKA Interface, GEANT manual, PHYS520−1, 1993.
Заполнить форму текущей работой

На отлично!