ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2023, том 86, № 6, с. 681-685

ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ

ИЗМЕРЕНИЕ ДЕЙТРОННЫХ АНАЛИЗИРУЮЩИХ СПОСОБНОСТЕЙ

Ay, Ayy И Axx В dp-УПРУГОМ РАССЕЯНИИ НА НУКЛОТРОНЕ

Ю. В. Гурчин¹⁾, А. Ю. Исупов¹⁾, М. Янек³⁾, Ю. Т. Карачук²⁾, А. Н. Хренов¹⁾,

Д. О. Кривенков¹⁾, П. К. Курилкин¹⁾, Н. Б. Ладыгина¹⁾, А. Н. Ливанов¹⁾, С. М. Пиядин¹⁾,

С. Г. Резников¹⁾, А. А. Терёхин¹⁾, А. В. Тишевский¹⁾, Т. Уесака^1),4), И. С. Волков¹⁾

Поступила в редакцию 18.06.2023 г.; после доработки 18.06.2023 г.; принята к публикации 18.06.2023 г.

Представлены результаты векторной Ay и тензорных Ayy и Axx анализирующих способностей в упру-

гом дейтрон-протонном рассеянии при больших поперечных импульсах. Эти данные были получены на

внутренней мишени Нуклотрона ОИЯИ в диапазоне энергий 400-1800 МэВ с использованием пучка

поляризованных дейтронов от нового источника поляризованных ионов. Новые данные по дейтронным

анализирующим способностям в широком энергетическом диапазоне демонстрируют чувствитель-

ность спиновой структуры изоскалярных нуклон-нуклонных корреляций на малых расстояниях.

DOI: 10.31857/S0044002723060089, EDN: OVJLEY

1. ВВЕДЕНИЕ

2. СХЕМА ЭКСПЕРИМЕНТА

Установка СВМ хорошо подходит для ис-

Основная цель экспериментальной программы

следования энергетической зависимости поляри-

коллаборации DSS - получение информации о

зационных наблюдаемых для упругого дейтрон-

спин-зависимых частях двух- и трехнуклонных

протонного рассеяния и реакции развала дейтрона

корреляций в двух процессах: дейтрон-протонном

с детектированием двух протонов при больших

упругом рассеянии в широком интервале энергий и

углах рассеяния. Для этих целей для измерений

безмезонном развале дейтрона с детектированием

используется CH₂-мишень толщиной

мкм.

двух протонов при энергиях 300-500 МэВ [1-3] на

Выход от содержания углерода в CH₂-мишени

станции внутренних мишеней (СВМ) [4].

оценивается в отдельных измерениях с использо-

Важность исследований dp-упругого рассеяния

ванием нескольких скрученных 8 мкм углеродных

при высоких энергиях обсуждается в работе [5].

нитей. Контроль интенсивности осуществляется

Экспериментальная программа на Нуклотроне бы-

детектированием pp-квазиупругого рассеяния под

ла начата измерениями векторной Ay и тензорных

углом 90^◦ в с.ц.м. сцинтилляционными счетчиками,

Ayy и Axx анализирующих способностей в dp-

расположенными в горизонтальной плоскости.

упругом рассеянии при энергиях Td = 880 [6] и 2000

Детектирование dp-упругих событий осуществ-

ляется методом совпадений сигналов со сцинтил-

МэВ [7]. Также в последние годы были выполне-

ляционных детекторов для вторичных протонов и

ны систематические измерения дифференциально-

дейтронов. Детекторы расположены как в гори-

го сечения [8-10].

зонтальной, так и в вертикальной плоскостях для

В настоящей работе представлены новые ре-

измерения анализирующих способностей. Отбор

зультаты по векторной Ay и тензорным Ayy и

dp-упругих событий осуществляется методом кор-

Axx анализирующим способностям в dp-упругом

реляции потерь энергии в пластиковых сцинтилля-

рассеянии, полученным на СВМ Нуклотрона [4] в

торах для дейтрона и протона и их разности во вре-

энергетическом диапазоне 400-1800 МэВ.

мени полета. Использование большого количества

сцинтилляционных счетчиков позволило покрыть

¹⁾Объединенный институт ядерных исследований, Дубна,

широкий угловой диапазон [11]. Данный метод

Россия.

был использован для получения поляризационных

²⁾Национальный институт исследования и развития элек-

данных в dp-упругом рассеянии при энергии 880

тротехники, Бухарест, Румыния.

[6] и 2000 МэВ [7].

³⁾Жилинский университет, Физическое отделение, Жилина,

Словакия.

Модернизированная установка на СВМ [4] была

⁴⁾Нишина Научный центр, РИКЕН, Вако, Япония.

использована для измерения векторной Ay и тен-

^*E-mail: vladygin@jinr.ru

зорных Ayy и Axx анализирующих способностей в

681

682

ЛАДЫГИН и др.

A_y

0.8

ONE + SS + DS +

0.6

T_d = 1300 МэВ

ONE + SS + DS

ONE + SS

0.4

0.2

0.4

0.6

0.8

100

120

140

160

180

Рис. 1. Векторная анализирующая способность Ay при энергии 1300 МэВ. Закрашенные квадраты — данные,

полученные на Нуклотроне. Открытые квадраты, треугольники и кружки — данные, полученные в США [14] и Франции

[15] соответственно. Кривые — теоретические расчеты, выполненные в формализме релятивистского многократного

рассеяния [16-19].

dp-упругом рассеянии при энергиях между 400 и

значения поляризации пучка составили 65-75% от

1800 МэВ с использованием пучка поляризован-

идеальных значений.

ных дейтронов, полученного из созданного в ЛФВЭ

После измерения поляризации пучка дейтронов

ОИЯИ нового источника поляризованных ионов

при энергии 270 МэВ пучок был ускорен до тре-

[12]. Данные измерения проводились с использо-

буемой энергии между 400 и 1800 МэВ. Сцин-

ванием СВМ на Нуклотроне [4] с новой системой

тилляционные детекторы располагались в гори-

управления и сбора данных [13]. Существующая

зонтальной и вертикальной плоскостях в соответ-

установка [11] была модернизирована путем введе-

ствии с кинематикой dp-упругого рассеяния для

ния в эксплуатацию новой системы сбора данных

исследуемой энергии. Основная часть измерений

на базе VME стандарта, новой системы высоко-

была выполнена с использованием CH₂-мишени.

вольтного питания MPod, новыми мониторными

Углеродная мишень использовалась для оценки

детекторами и т.д. Эта же установка была исполь-

фона. Отбор dp-упругих событий осуществлялся

зована и в качестве поляриметра, основанного на

по корреляции потерь энергии в пластиковых сцин-

использовании dp-упругого рассеяния на большие

тилляторах для дейтрона и протона и их разницы

углы при энергии 270 МэВ [11]. Точность определе-

по времени полета. Нормированные числа событий

ния векторной и тензорной компонент поляризации

dp-упругого рассеяния для каждой спиновой моды

дейтронного пучка составляет 2%.

были использованы для вычисления значений ана-

лизирующих способностей Ay, Ayy и Axx.

3. ПОЛУЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ

ДАННЫХ

4. РЕЗУЛЬТАТЫ

Экспериментальные данные по угловым зави-

Пучок поляризованных дейтронов обеспечи-

вался новым источником поляризованных ионов

симостям векторной Ay, тензорных Ayy и Axx

анализирующих способностей дейтрона в реак-

[12]. В эксперименте были использованы спиновые

моды с максимальными идеальными значения-

ции дейтрон-протонного упругого рассеяния бы-

ми (P z, P zz) = (0, 0), (+1/3, +1) и (+1/3, +1).

ли получены при нескольких энергиях от 400 до

Поляризация пучка дейтронов была измерена

1800 МэВ кинетической энергии налетающего дей-

при энергии

270

МэВ [11]. События для dp-

трона. Угловые зависимости векторной Ay, тензор-

упругого рассеяния отбирались с использованием

ных Ayy и Axx анализирующих способностей дей-

корреляции потерь энергии и разности времени

трона при кинетической энергии T d = 1300 МэВ

полета для дейтронных и протонных детекторов.

представлены на рис. 1, 2 и 3 соответственно.

Значения поляризации пучка для различных спи-

Закрашенные кружки — результаты эксперимента

новых мод источника [12] были получены в виде

DSS на Нуклотроне. Открытые квадраты и тре-

средневзвешенных значений для восьми углов

угольники — данные, полученные в США [14] и

рассеяния для dp-упругого рассеяния. Типичные

Франции [15] соответственно.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 86

№6

2023

ИЗМЕРЕНИЕ ДЕЙТРОННЫХ АНАЛИЗИРУЮЩИХ СПОСОБНОСТЕЙ

683

A_yy

1.2

1.0

ONE + SS + DS +

T_d = 1300 МэВ

ONE + SS + DS

0.8

ONE + SS

0.6

0.4

0.2

0.4

0.6

0.8

100

120

140

160

180

Рис. 2. Тензорная анализирующая способность Ayy при энергии 1300 МэВ. Закрашенные квадраты — данные,

полученные на Нуклотроне. Открытые квадраты, треугольники и кружки — данные, полученные в США [14] и Франции

[15] соответственно. Кривые — теоретические расчеты, выполненные в формализме релятивистского многократного

рассеяния [16-19].

A_xx

1.5

ONE + SS + DS +

T_d = 1300 МэВ

1.0

ONE + SS + DS

ONE + SS

0.5

1.0

1.5

2.0

100

120

140

160

180

Рис. 3. Тензорная анализирующая способность Aхх при энергии 1300 МэВ. Закрашенные квадраты — данные,

полученные на Нуклотроне. Открытые квадраты, треугольники и кружки — данные, полученные в США [14]. Кривые —

теоретические расчеты, выполненные в формализме релятивистского многократного рассеяния [16-19].

Можно видеть хорошее совпадение новых дан-

в рамках релятивистской модели многократного

ных, полученных на Нуклотроне, с данными бо-

рассеяния [16, 17] с учетом только однонуклон-

лее ранних экспериментов [14, 15]. Теоретические

ного обмена и однократного рассеяния (ONE +

расчеты проводились в формализме релятивист-

+ SS) и с дополнительным вкладом двукратного

ского многократного рассеяния [16-19] c учетом

рассеяния (ONE + SS + DS). Вклад механиз-

четырех вкладов: однонуклонного обмена (ONE),

ма с возбуждением дельта-изобары существенен

однократного и двукратного рассеяния (SS и DS)

только при углах больше 140^◦ в с.ц.м. [18, 19].

и возбуждения дельта-изобары в промежуточном

Релятивистская модель многократного рассеяния

состоянии. Представленный подход был успешно

[16, 17] неплохо описывает данные по Ay и Ayy за

применен для описания дифференциальных сече-

исключением области углов от 100^◦ до 140^◦ в с.ц.м.,

ний при энергиях дейтронов до 1800 МэВ [8-10]

где наблюдается аномалия в поведении этих двух

во всем угловом диапазоне [18], а также анализи-

рующих способностей [19]. Штриховая и сплош-

наблюдаемых. Векторная анализирующая способ-

ная линии — результаты расчетов, выполненные

ность Ay достигает значения около -0.4, в то время

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 86

№6

2023

684

ЛАДЫГИН и др.

как тензорная анализирующая способность Ayу

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

стремится к нулю. Модель также не описывает

V. P. Ladygin, T. Uesaka, V. V. Glagolev,

поведение тензорной анализирующей способности

Yu. V. Gurchin, A. Yu. Isupov, K. Itoh, M. Janek,

Axx при углах больше 70^◦ в с.ц.м. [18, 19]. Воз-

J.-T. Karachuk, T. Kawabata, A. N. Khrenov,

можно, рассмотрение вклада трехнуклонных сил с

A. S. Kiselev, V. A. Krasnov, A. B. Kurepin,

их короткодействующей частью позволит улучшить

A. K. Kurilkin, P. K. Kurilkin, N. B. Ladygina,

согласие.

et al., Phys. Part. Nucl. 45, 327 (2014).

V. P. Ladygin, Yu. V. Gurchin, S. M. Piyadin,

Энергетические зависимости векторной Ay и

A. A. Terekhin, A. Yu. Isupov, M. Janek,

тензорной Ayy анализирующих способностей при

J.-T. Karachuk, A. N. Khrenov, V. A. Krasnov,

фиксированных углах рассеяния в с.ц.м. показыва-

A. K. Kurilkin, P. K. Kurilkin, N. B. Ladygina,

ют сильную зависимость от поперечного импульса

A. N. Livanov, G. Martinska, V. L. Rapatsky,

P_T . Результаты, полученные в ходе данного экспе-

S. G. Reznikov, et al., Few Body Syst. 55, 709

(2014).

римента, неплохо совпадают с ранее полученными

M. Janek, V. P. Ladygin, S. M. Piyadin, P. N. Batyuk,

результатами на Нуклотроне [6, 7], во Франции,

Yu. V. Gurchin, A. Yu. Isupov, Julia-Tatiana

США и Японии [14, 15, 20-25]. Как Ay, так и Ayy

Karachuk, A. K. Kurilkin, P. K. Kurilkin,

анализирующие способности меняют знак при P_T

A. N. Livanov, G. Martinska, S. P. Merts,

около 600 МэВ/c и имеют тенденцию при больших

S. G. Reznikov, G. Tarjanyiova, A. A. Terekhin,

поперечных импульсах достигать положительных

and I. E. Vnukov, Few Body Syst. 58, 40 (2017).

и отрицательных постоянных значений соответ-

A. I. Malakhov, S. V. Afanasiev, Yu. S. Anisimov,

ственно. Эти особенности данных свидетельству-

A. S. Artiomov, S. N. Bazilev, A. N. Khrenov,

ют о серьезном отклонении спиновой структуры

J. Kliman, V. A. Krasnov, V. Matou ˇsek, M. Morh ´a ˇc,

A. Yu. Starikov, A. V. Shabunov, V. M. Slepnev, and

двухнуклонных короткодействующих корреляций

I. Turzo, Nucl. Instrum. Methods A 440, 320 (2000).

от стандартного описания нуклон-нуклонного вза-

V. P. Ladygin, I. Dobrin, V. V. Fimushkin,

имодействия. Требуются дальнейшие теоретиче-

D. A. Finogenov, S. G. Genchev, Yu. V. Gurchin,

ские исследования, чтобы понять поведение полу-

A. P. Ierusalimov, A. Yu. Isupov, K. Itoh, M. Janek,

ченных данных при больших P_T .

E. V. Karpechev, J.-T. Karachuk, S. V. Khabarov,

T. Kawabata, A. N. Khrenov, V. A. Krasnov, et al.,

Int. J. Mod. Phys.: Conf. Ser. 40, 1660074 (2016).

5. ЗАКЛЮЧЕНИЕ

P. K. Kurilkin et al. (DSS Collab.), Phys. Lett. B 715,

61 (2012).

P. K. Kurilkin, V. P. Ladygin, T. Uesaka, K. Suda,

Модернизированный Нуклотрон с новым источ-

Yu. V. Gurchin, A. Yu. Isupov, K. Itoh, M. Janek,

ником поляризованных ионов [12] дает уникальную

J.-T. Karachuk, T. Kawabata, A. N. Khrenov,

возможность для изучения спиновых эффектов и

A. S. Kiselev, V. A. Kizka, V. A. Krasnov,

поляризационных явлений в малонуклонных систе-

N. B. Ladygina, A. N. Livanov, et al., Phys. Part.

мах. Реализация программы эксперимента DSS на

Nucl. Lett. 8, 1081 (2011).

СВМ Нуклотрона позволяет получить важнейшие

A. A. Terekhin et al. (DSS Collab.), Phys. Part. Nucl.

данные о спиновой структуре двухнуклонных и

Lett. 12, 695 (2015).

трехнуклонных короткодействующих корреляций.

A. A. Terekhin, V. P. Ladygin, Yu. V. Gurchin,

A. Yu. Isupov, A. K. Kurilkin, P. K. Kurilkin,

Проведено сканирование угловых зависимостей

N. B. Ladygina, S. M. Piyadin, S. G. Reznikov, and

дейтронных анализирующих способностей в dp-

A. N. Khrenov, Phys. At. Nucl. 80, 1061 (2017).

упругом рассеянии по начальной энергии от 400

10.

A. A. Terekhin, V. P. Ladygin, Yu. V. Gurchin,

до 1800 МэВ. Полученные данные демонстрируют

A. Yu. Isupov, M. Janek, A. N. Khrenov,

A. K. Kurilkin, P. K. Kurilkin, N. B. Ladygina,

чувствительность к спиновой структуре дейтрона

S. M. Piyadin, and S. G. Reznikov, Eur. Phys. J. A

на малых межнуклонных расстояниях и возможно-

55, 129 (2019).

му проявлению возбуждения резонансов.

11.

P. K. Kurilkin, V. P. Ladygin, T. Uesaka, K. Suda,

Авторы благодарны коллективу Нуклотрона за

Yu. V. Gurchin, A. Yu. Isupov, K. Itoh, M. Janek,

J.-T. Karachuk, T. Kawabata, A. N. Khrenov,

хорошие условия проведения эксперимента. Они

A. S. Kiselev, V. A. Kizka, J. Kliman, V. A. Krasnov,

признательны А.С. Белову, В.Б. Шутову, В.В. Фи-

A. N. Livanov, et al., Nucl. Instrum. Methods A 642,

мушкину за настройку источника поляризован-

45 (2011).

ных дейтронов. Авторы благодарят С.Н. Базылева,

12.

V. V. Fimushkin, A. D. Kovalenko, L. V. Kutuzova,

В.И. Максименкову, И.В. Слепнева, В.М. Слеп-

Yu. V. Prokofichev, B. Shutov, A. S. Belov,

нева, А.В. Шутова и Я.Т. Схоменко за помощь во

V. N. Zubets, and A. V. Turbabin, J. Phys.: Conf. Ser.

время подготовки и проведения эксперимента.

678, 012058 (2016).

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 86

№6

2023

ИЗМЕРЕНИЕ ДЕЙТРОННЫХ АНАЛИЗИРУЮЩИХ СПОСОБНОСТЕЙ

685

13.

A. Yu. Isupov, V. A. Krasnov, V. P. Ladygin,

N. Kalantar-Nayestanaki, H. Kato, Y. Maeda,

S. M. Piyadin, and S. G. Reznikov, Nucl. Instrum.

J. Nishikawa, A. Nogga, T. Ohnishi, H. Okamura,

Methods A 698, 127 (2013).

T. Saito, et al., Phys. Rev. C 70, 014001 (2004).

14.

M. Haji-Saied, E. Bleszynski, M. Bleszynski,

22. R. V. Cadman, J. Brack, W. J. Cummings,

J. Carroll, G. J. Igo, T. Jaroszewicz, A. T. Wang,

J. A. Fedchak, B. D. Fox, H. Gao, W. Gl ¨ockle,

A. Sagle, J. B. McClelland, C. L. Morris, R. Klem,

J. Golak, C. Grosshauser, R. J. Holt, C. E. Jones,

T. Joyce, Y. Makdishi, M. Marshak, B. Mossberg,

H. Kamada, E. R. Kinney, M. A. Miller,

E. A. Peterson, K. Ruddick, et al., Phys. Rev. C 36,

W. Nagengast, A. Nogga, et al., Phys. Rev. Lett. 86,

2010 (1987).

967 (2001).

15.

J. Arvieux, S. D. Baker, R. Beurtey, M. Boivin,

23. B. von Przewoski, H. O. Meyer, J. T. Balewski,

J. M. Cameron, T. Hasegawa, D. Hutcheon,

W. W. Daehnick, J. Doskow, W. Haeberli,

J. Banaigs, J. Berger, A. Codino, J. Duflo,

R. Ibald, B. Lorentz, R. E. Pollock, P. V. Pancella,

F. Rathmann, T. Rinckel, S. K. Saha, B. Schwartz,

L. Goldzahl, F. Plouin, A. Boudard, G. Gaillard,

P. Thorngren-Engblom, et al., Phys. Rev. C 74,

N. Van Sen, et al., Nucl. Phys. A 431, 613 (1984).

064003 (2006).

16.

N. B. Ladygina, Phys. At. Nucl. 71, 2039 (2008).

24. M.

Garcon,

Bonin,

Bruge,

17.

N. B. Ladygina, Eur. Phys. J. A 42, 91 (2009).

J. C. Duchazeaubeneix, M. Rouger, J. Saudinos,

18.

N. B. Ladygina, Eur. Phys. J. A 52, 199 (2016).

B. H. Silverman, D. M. Sheppard, J. M. Cameron,

19.

N. B. Ladygina, Eur. Phys. J. A 56, 133 (2020).

W. J. McDonald, G. C. Neilson, W. C. Olsen, and

20.

K. Sekiguchi, H. Sakai, H. Witała, W. Gl ¨ockle,

K. R. Starko, Nucl. Phys. A 458, 287 (1986).

J. Golak, M. Hatano, H. Kamada, H. Kato, Y. Maeda,

J. Nishikawa, A. Nogga, T. Ohnishi, H. Okamura,

25. V. Ghazikhanian, B. Aas, D. Adams, E. Bleszynski,

N. Sakamoto, S. Sakoda, Y. Satou, et al., Phys. Rev.

M. Bleszynski, J. Bystricky, G. J. Igo, T. Jaroszewicz,

F. Sperisen, C. A. Whitten, Jr., P. Chaumette,

C 65, 034003 (2002).

J. Deregel, J. Fabre, F. Lehar, A. de Lesquen,

21.

K. Sekiguchi, H. Sakai, H. Witała, K. Ermisch,

L. van Rossum, et al., Phys. Rev. C 43, 1532 (1991).

W. Gl ¨ockle, J. Golak, M. Hatano, H. Kamada,

MEASUREMENT OF THE DEUTERON ANALYZING POWERS Ay, Ayy

AND Axx IN dp-ELASTIC SCATTERING AT NUCLOTRON

V. P. Ladygin¹⁾, A. V. Averyanov¹⁾, E. V. Chernykh¹⁾, D. Enache²⁾, Yu. V. Gurchin¹⁾,

A. Yu. Isupov¹⁾, M. Janek³⁾, J. T. Karachuk²⁾, A. N. Khrenov¹⁾, D. O. Krivenkov¹⁾,

P. K. Kurilkin¹⁾, N. B. Ladygina¹⁾, A. N. Livanov¹⁾, S. M. Piyadin¹⁾, S. G. Reznikov¹⁾,

A. A. Terekhin¹⁾, A. V. Tishevsky¹⁾, T. Uesaka⁴⁾, I. S. Volkov¹⁾

¹⁾Joint Institute for Nuclear Research, Dubna, Russia

²⁾National Institute for R&D in Electrical Engineering ICPE-CA, 030138, Bucharest, Romania

³⁾Physics Department, University of Zilina, 010 26,

Zilina, Slovakia

⁴⁾Nishina Center for Accelerator-Based Science, RIKEN, Wako, Japan

The results on the vector Ay and tensor Ayy and Axx analyzing powers in deuteron-proton elastic

scattering at large scattering angles are presented. These data were obtained at internal target at JINR

Nuclotron in the energy range 400-1800 MeV using polarized deuteron beam from new polarized ion

source. New data on the deuteron analyzing powers in the wide energy range demonstrate the sensitivity to

the short-range spin structure of the isoscalar nucleon-nucleon correlations.

ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 86

№6

2023