Задачи начертательной геометрии Математика задачи и примеры Фотоядерные реакции


Идентификация мезонов и нуклонов. Основные критерии отбора событий фоторождения мезонов на нуклоне. Инвариантная и недостающая масса

    Идентификация того или иного канала реакций фоторождения предполагает однозначное сопоставление событиям, зарегистрированным в детекторе, частиц конечного состояния. Вообще говоря, методы такого сопоставления для различных экспериментальных установок различны и учитывают специфику каждой установки. Ниже будут рассмотрены общие методы, использующие кинематическую связь между частицами реакции, что позволяет их идентифицировать среди событий, зарегистрированных детектором.
    Вычисление инвариантной массы используется для идентификации частиц по продуктам их распада. Пусть в исследуемой реакции частица X распадается на N различных частиц. При этом, каждая из частиц зарегистрирована детектором и для каждой из них измерены импульс и энергия. Из законов сохранения энергии и импульса, можно восстановить инвариантную массу (массу покоя) M частицы X, зарегистрировав продукты её распада:
(12.1)

где Ef и vec_pf - энергии и импульсы частиц - продуктов распада.
В качестве примера рассмотрим идентификацию событий, соответствующих регистрации π0 и η-мезонов. Как известно, π0 и η-мезоны нестабильны. Время жизни π0-мезона составляет ~ 10-16 сек., а eta-мезона ~ 10-18 сек. π0-мезон c вероятностью 99%, а η-мезон с вероятностью 39%, распадаются на 2 гамма-кванта, которые и регистрируются детектором. Для идентификации событий, в которых родился π0 или η-мезон, можно восстановить их инвариантную массу М из зарегистрированных пар гамма-квантов:

(12.2)

где , - энергии и импульсы гамма-квантов, измеренные в детекторе, - угол разлёта между парой гамма-квантов. На рис. 12.1 представлено распределение инвариантной массы для ~107 событий, рассчитанной по формуле 12,2. На данном распределении хорошо видны два максимума, соответствующие регистрации π0 (М = 135 МэВ) и η-мезонов (M = 547 МэВ).

Рис. 12.1. Инвариантная масса нейтральных мезонов, восстановленная по двум гамма-квантам, зарегистрированным в BGO-калориметре установки GRAAL. Сплошная линия и пунктирная линии соответствуют случаям, когда пара гамма-квантов зарегистрирована в совпадении с заряженной частицей в BGO-калориметре и двойной стене пластиковых сцинтилляторов соответственно.


Физика атома