Задачи начертательной геометрии Математика задачи и примеры Фотоядерные реакции
   

По материалам выполненных исследований по фоторождению мезонов созданы электронные базы данных: SAID в Вашингтонском Университете в США, MAID в Университете г. Майнца в Германии [2], MESON в Центре данных фотоядерных экспериментов при НИИЯФ МГУ.
    Одной из новых важных задач в этой связи является изучение поляризационных эффектов, поэтому рассмотрим кратко, какие поляризационные наблюдаемые представляют основной интерес. Для работы с этими базами и изучения спиновых характеристик нуклонов полезно иметь как общую информацию, так и методы обработки данных. Рассмотрим некоторые из них (по материалам обзора [4]).
    В общем виде оператор фоторождения псевдоскалярных мезонов (пионов и каонов) может быть записан в системе ц.м. в виде двух компонент. Пространственно подобная компонента определяется через 6 различных факторов:

,(4.1)

где функции Fi есть амплитуды рассеяния, и - единичные векторы фотона и пиона, - поляризация фотона. Время – подобная компонента

.


Рис. 4.1 . a), b) - угловые распределения для комптоновского рассеяния и фоторождения пи0 - мезонов на протоне, соответственно, по данным LEGS. Кривыми обозначены различные варианты теоретических расчетов); с) и d) соответствуют угловым распределения и отношению сечений, соответственно, для комптоновского рассеяния и фоторождения π0 – мезонов на протоне на пучке поляризованных фотонов.

   Первое систематическое исследование поляризационных эффектов при взаимодействии фотонов с нуклонами и ядрами на пучках обратных комптоновских фотонов было начато на установке LEGS (Laser Electron Gamma Source) в Брукхэвене в 1990 г. при энергиях от 200 до 320 МэВ. В исследовании структуры нуклона начался новый этап, связанный с учетом тензорного взаимодействия, которое согласно кварковой модели приводит к смешиванию спинов кварков с их относительным движением. В результате возникает D–волновая компонента волновой функции нуклона, которая нарушает сферическую симметрию и ведет к статической деформации возбужденных состояний нуклона, в частности Δ-резонанса.
    Поскольку фотоны возбуждают Δ-резонанс в результате М1 взаимодействия, а вклад квадрупольной Е2 компоненты сравнительно мал, то для изучения внутренней структуры нуклона оказалось удобным измерение величины и знака отношения Е2/M1 компонент. Основным каналом распада (99,4   %) возбужденных состояний нуклона в рассматриваемой области энергий является образование пионов (πN) и только 0.6 % соответствуют переходу в исходное начальное состояние (комптоновское рассеяние). Эти ветви имеют разную чувствительность к вкладу Е2 компоненты, что было изучено экспериментально в Брукхэвене.
    В экспериментах использовалась жидководородная мишень, а для регистрации протонов отдачи - дрейфовые трековые камеры и пластиковый спектрометр времени пролета. Фотоны регистрировались детектором NaJ(Tl) высокого разрешения. Результаты измерений угловых распределений и асимметрии (сигма) для комптоновского рассеяния и рождения нейтральных пионов показаны на рис.4.1. Поляризационные данные уточняют значение GE/GM и позволяют определить вклад Е2 компоненты в N-Δ переход.
    Наибольший интерес в последние годы вызывает изучение двойных поляризационных наблюдаемых, когда используются поляризованные гамма кванты и поляризованная мишень. Недавно в Брукхэвене получены первые результаты по асимметриям Σ, G, обозначающим пучковую асимметрию для неполяризованной мишени под углами 0 0/90 0 и +45 0/-45 0 и E – спиральную пучковую асимметрию.
    Сечение рассеяния поляризованных фотонов в этом случае выражается через коэффициенты асимметрии Σ, G и E и коэффициент поляризации мишени РZ:

(4. 2 )

Коэффициенты Qγ(Eγ), Vγ(Eγ), Uγ(Eγ) определяют вектор Стокса гамма-пучка Sγ(Qγ,Vγ, Uγ).


Рис. 4.2 . Cлева - спектр недостающих масс для пи+ -мезонов из поляризованной мишени на циркулярно поляризованных фотонах. h(1/2) и h(3/2) означает, что спины фотона и протона параллельны и антипараллельны, соответственно. Справа – асимметрия фоторождения пи+ - мезонов для отношения 00/900 (вверху), -450/450 (в середине) на линейно поляризованных фотонах; внизу – асимметрия на циркулярно поляризованных фотонах. Кривые – результат аппроксимации.

    Измерения проводились на поляризованной водородно – дейтериевой мишени SPHICE (Strongly Polarized Hydrogen deuteride ICE). Она представляет собой молекулярную смесь HD в твердой фазе, которая при низкой температуре (1.5–2 мК) и сильном магнитном поле (15-17 Т) позволяет иметь степень поляризации около 80 % для протонов и 50 % для дейтронов. Для циркулярно поляризованного гамма-пучка измерялись зависимости выхода положительных пионов при параллельном и антипараллельном направлении спинов нуклона и фотона. Азимутальная зависимость измеренных асимметрий Σ, G и E показана на риc.4.2.
    Обращает на себя внимание низкий уровень фона в этих экспериментах. Полученные данные используются для проверки фундаментальных правил сумм Герасимова-Дрелла-Хирна и поляризуемостей нуклона. Данные по правилам сумм были использованы для определения аномального магнитного момента нуклона.


Физика атома