Фрагментация релятивистских ядер 16O,22Ne,32S и 208Pb в диапазоне энергий 3,7-200 А ГэВ в ядерных фотоэмульсиях

• Автор: Левицкая, Ольга Васильевна
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 115 с. : ил.

Диссертация посвящена исследованию механизма фрагментации релятивистских ядер различной массы ( О, Ne, S и РЬ) в широком диапазоне энергий (от ~ 3,7 до 200 ГэВ/нуклон) при их неупругих
взаимодействиях с ядрами в фотоэмульсии.
Исследование механизма фрагментации релятивистских ядер наряду с поисками кварк-глюонной плазмы является одной из центральных проблем физики ядро-ядерных взаимодействий при высоких энергиях. Изучение этого процесса представляет интерес для современной физики по многим причинам. Прежде всего это необходимо для понимания динамики процесса фрагментации (определения доминирующего механизма и вклада других возможных каналов фрагментации, таких как электромагнитная диссоциация, образованиие префрагментов, распад нестабильных промежуточных ядер, взаимодействие в конечном состоянии), его связи с процессами деления ядер и множественного рождения частиц. Хотя спектр моделей, описывающих этот процесс, достаточно широк, в их основе лежат два альтернативных подхода.
В первом, все еще встречающемся, фрагментация трактуется как распад возбужденных остаточных ядер и происходит после процесса множественного рождения частиц во второй медленной фазе ядро-ядерного взаимодействия [1-3].
Во втором представление о механизме предельной фрагментации адронов при высоких энергиях [4] распространено на релятивистские ядра. Т. е. фрагментация рассматривается как быстрый, холодный процесс освобождения виртуальных кластеров, существующих в релятивистском ядре еще до его взаимодействия с ядром-мишеныо. После взаимодействия виртуальные кластеры, т. е. фрагменты, становятся реально наблюдаемыми с импульсами, близкими к тем, которые они имели в собственной системе фрагментирующего ядра. Распределение поперечных импульсов фрагментов удовлетворительно описывается статистической моделью Гольдхабер-Фешбаха-Хуанга-{Г-Ф-Х) [5, 6] и определяется граничным импульсом Ферми

исходного фрагментирующего ядра. Сравнительно недавно был предложен и квантово-механической подход к описанию процесса фрагментации ядер [7].
Виртуальные фрагменты можно рассматривать как квазичастицы, возникающие в результате самосогласованного движения нуклонов в ядре. Эта способность образовывать квазичастицы является общим свойством системы многих тел. Именно поэтому фрагментация, как физический процесс, представляет интерес и в связи с проблемой многочастичных систем [8].
Фрагментация релятивистских ядер является инструментом изучения их структуры в условиях малых передач энергии-импульса. Особенно наглядно это проявляется в случае легких ядер. Так, при исследовании фрагментации легких нейтроноизбыточных ядер 6Не, 8Не, 11 Li, пВе, 19С при энергиях менее 1 ГэВ/нуклон было установлено наличие в них кора и нейтронного гало [9-14]. При изучении фрагментации ядер 6Li с импульсом 4,5 А ГэВ/с в фотоэмульсии было показано, что его двухзарядные фрагменты 3Не и 4Не формируются в двух пространственно разделенных областях: « 3/4 в коре ядра и « 1/4 на его периферии [15]. Появление пучков легких релятивистских ядер (7Ве, 9В, 1()В, ПВ, |4Ы и ряда других) на нуклотроне ОИЯИ создало возможности для изучения их виртуальной кластерной структуры в виде легчайших ядер (проект BECQUEREL) [16]. В основе проекта также лежит изучение фрагментации вышеперечисленных легких релятивистских ядер в фотоэмульсии, но при более низких энергиях, порядка 1 ГэВ/нуклон. Под легчайшими ядрами подразумеваются дейтроны, тритоны, ядра 3Не и 4Не, играющие роль кластеров в более сложных системах. Среди виртуальных кластеров в ядрах могут существовать и нестабильные изотопы, такие как 3Не, 5Li, 8Ве. Кластерная структура легких ядер может быть эффективно исследована по оценке вероятностей образования таких виртуальных кластеров. В частности, расчеты, основанные на представлении ядра как динамической системы [17], предсказывают существенный вклад канала 8Ве —» 2а при фрагментации ядер |0В, ПВ, ,2С, 14Ы и |60. Так, при фрагментации ядра 10В в реакциях 10В —■> 2а+Х [18] экспериментальная оценка доли а-частиц от распада 8Ве —» 2а
составляет 18 ± 3 %. Экспериментальное определение доли этого канала при фрагментации релятивистских ядер различной массы может оказаться полезным для расширения и уточнения существующих представлений о процессе нуклеосинтеза в гелиевых звездах.
Знание фрагментационных характеристик релятивистских ядер при различных начальных энергиях необходимо и для решения ряда задач ядерной астрофизики. По современным представлениям именно в результате фрагментации релятивистских ядер в составе космических лучей при их прохождении через межзвездную среду происходит образование легких ядер (в основном группы Ы-Ве-В) и, в том числе, восстановление изотопов водорода и гелия, которые «выгорают» в процессе вторичного нуклеосинтеза [19]. Поэтому относительный изотопный состав ядер в космических лучах, измеренный в земных условиях, является искаженным (обедненным изотопами тяжелых и средних ядер и обогащенным легкими ядрами) [20]. Точное же знание относительной распространенности элементов и их изотопов в астрофизических объектах, источниках космических лучей, необходимо для правильного понимания и описания процессов нуклеосинтеза в раннюю эпоху развития Вселенной.
Именно благодаря фрагментации стало возможным получать вторичные пучки нейтроноизбыточных ядер, удаленных от полосы стабильности.
Фотоэмульсионный метод является вполне адекватным для изучения механизма фрагментации релятивистских ядер благодаря своим традиционным достоинствам: наблюдаемости акта взаимодействия в условиях 471-геометрии и высокой пространственной разрешающей способности. Кроме того, уверенная идентификация продуктов фрагментации релятивистских ядер при их изучении методом фотоэмульсий является несомненным преимуществом по сравнению с классическими экспериментами по расщеплению ядер-мишеней (т. к. фрагменты исходного ядра с импульсом на нуклон ро и с массой А|- в лабораторной системе имеют импульсы р ~ р0-АР и локализованы в узком

коэффициента азимутальной асимметрии для ядра 32Б с импульсом 200 АГэВ/с).
Т. о. показано, что простая статистическая модель прямой фрагментации Г-Ф-Х позволяет с единых позиций и с помощью одной константы (го), характеризующей радиус ядра (формула 2.1), как качественно, так и количественно предсказать целый ряд импульсных и корреляционных характеристик фрагментов. Конечно, существуют и отклонения от этих общих закономерностей. Они могут быть обусловлены целым рядом причин. Например, дополнительным каскадным механизмом образования легких фрагментов. Среди одно- и двухзарядных фрагментов исходного релятивистского ядра может быть примесь за счет распада нестабильных промежуточных ядер, таких как 51л , 5Не, 8Ве. Другим примером такого альтернативного механизма может служить взаимодействие в конечном состоянии. Более подробно этот вопрос будет обсуждаться в четвертой главе.