ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2019, том 82, № 1, с. 36-41

ЯДРА

РАЗВАЛ ДЕЙТРОНА ПРОТОНАМИ С ЭНЕРГИЕЙ 778 МэВ

Национальный исследовательский центр “Курчатовский институт” —

Петербургский институт ядерной физики, Гатчина, Россия

Поступила в редакцию 11.09.2018 г.; после доработки 11.09.2018 г.; принята к публикации 11.09.2018 г.

На пузырьковой камере, наполненной дейтерием, выполнен эксперимент по развалу дейтрона прото-

нами с энергией 778 МэВ. Экспериментальные спектры сравниваются с расчетами, выполненными в

рамках многократной теории рассеяния, учитывающей полюсные диаграммы, упругое перерассеяние и

взаимодействие в конечном состоянии. Расчеты описывают глобальное поведение спектров, хотя сама

теория была выдвинута для энергий в области сотни ГэВ/c.

DOI: 10.1134/S0044002719010161

1. ВВЕДЕНИЕ

протонов сравнивались с теорией Wallace [1], ко-

торая хорошо согласуется с большинством данных.

Взаимодействие протонов с ядрами дейтерия с

В эксперименте [7] процесс¹H(d, 2p)n изучался

последующим развалом последнего при промежу-

в зависимости от значений четырехимпульса пе-

точных энергиях может служить источником ин-

редачи. Было показано, что при низких передачах

формации о механизме взаимодействия с простей-

импульсные плотности согласуются с импульсным

шим ядром, о структуре ядра и, в частности, о роли

приближением, тогда как большие расхождения

короткодействующих корреляций и многокварко-

были найдены выше 200 МэВ/c, когда четырехим-

вых конфигураций. Конечно, чтобы извлечь инфор-

пульс передачи был большим.

мацию о последних, необходимо ясно представлять

Достаточно полное теоретическое рассмотре-

себе вклады самых простых механизмов, таких,

ние процесса развала дейтрона было сделано еще

как глауберовское рассеяние и взаимодействие в

в девяностые годы Дахно и Никоновым [8] для

конечном состоянии. В работе Wallace [1] был

описания кумулятивных нуклонов при импульсах,

проведен расчет для эксперимента [2] по развалу

больших 100 ГэВ/c, но сравнение их расчетов с

дейтрона протонами с энергией 600 МэВ, в кото-

полным по кинематике экспериментом не проводи-

ром к плосковолновому импульсному приближе-

лось. Поскольку никаких приближений, связанных

нию добавлено глауберовское двойное рассеяние

с начальной энергией, в теории нет, то здесь мы

и поправки, обусловленные взаимодействием в ко-

проводим такое сравнение с данными по развалу

нечном состоянии. Сравнение дифференциального

дейтрона, полученными нами при энергии 778 МэВ.

спектра нейтронов с теорией показало согласие

для большей части углов отдачи нейтрону, но и

расхождение при углах более 50^◦. Развал дей-

2. МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА

трона на протоне изучался на пузырьковых ка-

Эксперимент был выполнен на синхроцикло-

мерах в экспериментах [3, 4]. В эксперименте [3]

троне ПИЯФ с использованием 35-см пузырь-

при импульсе налетающего дейтрона 3.3 ГэВ/c

ковой камеры, находящейся в магнитном поле

исследовалось угловое распределение спектатор-

14.8 кГс. Уменьшение энергии первичного выве-

ного нуклона в разных областях по его импульсу,

денного 1 ГэВ протонного пучка достигалось с

тогда как в эксперименте [4] изучалось импульсное

помощью медного поглотителя соответствующей

поведение спектаторных нуклонов в зависимости

толщины. Пучок протонов после поглотителя фор-

от импульса налетающего дейтрона в области от

мировался тремя поворотными магнитами и восе-

2.2 до 3.3 ГэВ/c. В экспериментах [5, 6] изучался

мью квадрупольными линзами. Величина импульса

процесс развала дейтрона при энергиях вблизи

устанавливалась по токам в поворотных магнитах в

500 МэВ для импульса отдачи нейтрона в обла-

соответствии с калибровкой нитью с током. Кроме

сти 200-670 МэВ/c. Дифференциальные сечения

того, начальный импульс проверялся по измере-

нейтронов для определенных пар углов конечных

ниям кривизны треков и последующей кинематике

событий развала дейтрона. Точность определения

^*E-mail: sarantsev_vv@pnpi.nrcki.ru

импульса падающих на камеру протонов была

РАЗВАЛ ДЕЙТРОНА ПРОТОНАМИ

Число событий

фий, плотность облучения составляла в среднем

12-15 треков на кадр. В результате просмотра

отбирались события с двумя положительными тре-

4000

ками. Эффективность двойного просмотра состав-

ляла 99%. При просмотре имелось и существенное

ограничение: протоны с импульсом менее 80 МэВ/c

3000

не видны в пузырьковой камере и поэтому события

развала дейтрона с такими конечными импульсами

протонов отсутствовали в экспериментальном на-

боре данных. Отобранные события могли принад-

2000

лежать следующим реакциям:

pd -→ pd,

(1)

1000

pd -→ ppn,

(2)

pd -→ pdπ⁰,

(3)

pd -→ dπ⁺n,

(4)

χ²

Рис. 1. χ²-Распределение для событий развала дей-

pd -→ pπ⁺nn,

(5)

трона. Кружки — эксперимент, штриховая кривая —

χ²-распределение для одной степени свободы.

pd -→ ppπ⁰n.

(6)

Все события, находящиеся в полезном объеме

камеры и пригодные для измерений, измерялись

p₀

p(p₃)

на полуавтоматах ПУОС. Идентификация каналов

реакций основывалась на использовании величин

χ² для каждого конкретного события на 1%-ном

n(p₂)

доверительном уровне. Если событие не проходи-

ло по первым четырем гипотезам, его относили к

p(p₁)

двум последним с двумя нейтральными частицами

в конечном состоянии. Если значения χ² для двух

гипотез попадали в доверительный интервал, то

для идентификации положительной частицы при-

влекалась визуальная оценка ионизации, которая

позволяла принять окончательное решение отно-

сительно физической гипотезы события. Всего бы-

ло найдено 9369 событий развала дейтрона. На

рис. 1 представлено χ²-распределение отобранных

событий реакции pd-→ppn вместе с ожидаемым

распределением для одной степени свободы.

3. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТА

И СРАВНЕНИЕ С ТЕОРИЕЙ

Стандартная для пузырьковых камер процедура

Рис. 2. Диаграммы, описывающие реакцию pd-→ppn.

использовалась для получения абсолютного зна-

а —Импульсное приближение, б —упругое перерас-

чения сечения развала [9]. Точность определения

сеяние, в — взаимодействие в конечном состоянии.

миллибарн-эквивалента была 2%. Значение се-

чения для процесса развала дейтрона оказалось

равным 29.7 ± 0.7 мбн. Эта величина существенно

±2 МэВ/c. Среднеквадратичный разброс импульса

ниже полного сечения развала, так как в пузырько-

пучка составлял 4-5%. Примесь в падающем пучке

вой камере не видны события с импульсом протона,

более тяжелых частиц (d, t, He) определялась по

меньшим 80 МэВ/с, их пробег слишком короток,

времени пролета и оказалась пренебрежимо малой.

чтобы быть видимым в камере. Кроме того, часть

Всего получено около 50 000 стереофотогра-

протонов с импульсом, меньшим 100 МэВ/с, также

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№1

2019

РАЗВАЛ ДЕЙТРОНА ПРОТОНАМИ

2000

4000

1500

3000

1000

2000

500

1000

-1

cosθp1

cosθp2

cosθ_n

Рис. 5. Угловые распределения конечных частиц в с.ц.м. реакции. Обозначения те же, что и на рис. 4.

могла быть потеряна во время сканирования из-за

зации функции Рейда с мягким кором. Для полных

малой проекции пробега на плоскость просмотра.

сечений рр- и pn-рассеяния было взято одина-

Можно определить их долю исходя из количе-

ковое значение σ_NN = 42.5 мбн, для отношения

ственного спектра нейтронов в области импульсов,

вещественной части амплитуды NN-рассеяния к

также меньших 100 МэВ/с, поскольку на эту часть

мнимой ρ = -0.18 и для наклона дифракционного

спектра нейтронов наши экспериментальные огра-

конуса b = 0.17 фм² [10]. Формулы для учитывае-

ничения не влияют, и можно допустить, что в этой

мых в расчетах диаграмм взяты из работы [8]. На

области спектр протонов-наблюдателей схож со

рис. 3 показаны качественные вклады вышепри-

спектром нейтронов. Если сделать такую поправку

веденных диаграмм в импульсное распределение

на экспериментальные потери, то полное сече-

спектаторного протона в лабораторной системе.

ние развала дейтрона протонами составит 36.5 ±

Спектаторным протоном считался протон с наи-

± 1.14 мбн, что близко к значению, данному в [4].

меньшим импульсом. Чтобы ярче показать доми-

Прежде чем представить экспериментальные

нирующий вклад импульсного приближения (левая

распределения, скажем несколько слов о теории

верхняя диаграмма рис. 2) мы разделили протоны

Дахно и Никонова [8], сравнение с вычислениями

по величине импульса: протоны с меньшим им-

из которой и будут выполнены. В проведенных

пульсом в конечном состоянии обозначили как р₂

нами вычислениях учитываются механизмы им-

и, соответственно, с большим значением как р₁.

пульсного приближения, упругие теневые поправки

На рис. 4 представлены экспериментальные

и взаимодействие в конечном состоянии, что соот-

распределения по импульсам конечных частиц ре-

ветствует диаграммам, представленным на рис. 2.

акции развала дейтрона в лабораторной систе-

В работе [8] учитывались и так называемые

ме координат. Тут же приведены результаты вы-

неупругие перерассеяния, когда в промежуточном

числений (по модели [8] — сплошные гистограммы

состоянии возможно образование резонансов и

и фазовый объем — штриховые кривые), норми-

реджионов. Но там же было показано, что даже

рованные к экспериментальным распределениям.

для начальных импульсов 100 ГэВ/c такие пере-

Хорошо видно, что как для медленного протона,

рассеяния дают вклад в доли процента к упругому

так и для импульса нейтрона в распределениях

перерассеянию, которое само не превышает 30% в

доминируют полюсные диаграммы рис. 2a. Хотя

области больших импульсов спектаторной части-

глобальное поведение вычисленных спектров со-

цы. Исходя из этого, при нашей энергии мы прене-

гласуется с экспериментом, тем не менее следует

брегаем этими неупругими теневыми поправками.

отметить наличие в вычислениях бампа в области

В вычислениях использовалась волновая функ-

350 МэВ/с в импульсном распределении медлен-

ция дейтрона с S- и D-состояниями в параметри- ных протонов р₂, обязанного интерференции диа-

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№1

2019

САРАНЦЕВ, ШЕРМАН

1600

1200

800

400

2.00

2.25

2.00

2.25

2.00

2.25

M_pp, ГэВ/с²

Mp1n, ГэВ/с²

Mp2n, ГэВ/с2

Рис. 6. Распределения по эффективным массам пар частиц. Обозначения те же, что и на рис. 4.

грамм и не видного в эксперименте. Кроме того,

распределений и только малые значения импульсов

области малых значений быстрых протонов р₁ и

быстрого протона и больших импульсов нейтрона

больших значений импульсов нейтронов также не

не согласуются с моделью. Похожее расхождение

согласуются с вычислениями.

теории и эксперимента наблюдается для малых

На рис. 5 представлены угловые распределе-

значений спектров масс M_pp и больших Mp2n.

ния частиц конечного состояния в c.ц.м. реакции

Возможная причина состоит в неучете рождения

вместе с результатами вычислений и предсказа-

пионов в промежуточном состоянии. В работе [11]

ниями фазового объема. Результаты вычислений

именно учет такого рождения позволил описать

по модели [8] согласуются с экспериментальными

выход кумулятивных нуклонов в процессе развала

распределениями за исключением области задней

дейтрона в этой энергетической области.

полусферы для быстрых протонов и форвардных

В заключение мы хотели бы выразить при-

нейтронов. Форма кривых фазового объема для

знательность В.А. Никонову за консультации,

протонов обусловлена экспериментальным обре-

В.П. Андрееву и А.Б. Сокорнову за участие в отбо-

занием импульсов медленных протонов и, кроме

ре событий, а также команде пузырьковой камеры

того, проведением селекции спектров протонов на

и лаборантам, которые тяжелым трудом выполнили

медленные и быстрые.

просмотр снимков и измерение событий.

На рис. 6 представлены распределения по эф-

фективным парам масс частиц конечного состоя-

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ния совместно с результатами вычислений по мо-

дели [8] и фазовым объемом. Предсказания модели

1. J. M. Wallace, Phys. Rev. C 5, 609 (1972).

также хорошо согласуются в целом для массовых

2. C. F. Perdrisat et al., Phys. Rev. 187, 1201 (1969).

распределений. Можно отметить и наблюдаемое

3. B. S. Aladashvili et al., J. Phys. G 1, 913 (1975).

расхождение теории и эксперимента для малых

4. F. Sai, N. Katayama, et al., Phys. Rev. Lett. 55, 2668

(1985).

значений M_pp и больших значений эффективных

5. V. Punjabi et al., Phys. Rev. C 38, 2728 (1988).

масс Mp2n.

6. M. B. Epstein et al., Phys. Rev. C 42, 510 (1990).

7. J. Erohuml et al., Phys. Rev. C 50, 2687 (1994).

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

8. L. G. Dakhno and V. A. Nikonov, Nucl. Phys. A 491,

Сравнение расчетных кривых теории Дахно и

652 (1989).

Никонова [8] с экспериментальными данными по

9. V. P. Andreev et al., Phys. Rev. C 50, 15 (1994).

развалу дейтрона протонами с энергией 778 МэВ

10. G. D. Alkhazov et al., Nucl. Phys. A 712, 269 (2002).

показывает неплохое согласие между ними. Теория

11. В. П. Андреев, препринт ЛИЯФ 85-1118 (Ленин-

описывает основной характер экспериментальных

град, 1985).

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 82

№1

2019