Исследования взаимодействий пионов и антипротонов с ядрами с помощью самошунтирующихся стримерных камер и ядерной фотоэмульсии

• Автор: Понтекорво, Джиль Брунович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Дубна
• Количество страниц: 235 с. : ил.

Предисловие
Исследование пион-нуклонного и пион-ядерного взаимодействия при низких и промежуточных энергиях имеет долгую традицию. Как только оптическая модель [295] была установлена в ттр рассеянии, последующие исследования сосредоточились на модификациях потенциала, связанных с комплексами нуклонов (см. [296]). Эффекты так-называемой “ядерной материи” были обнаружены как в упругом, так и в неупругом рассеянии. Как оказалось, возбуждение Д-резонанса в упругих реакциях зависит от массы и угла (см. работу [297]) в соответствии с гипотезой коллективного возбуждения изобарного резонанса. Изучение неупругих реакций выявило эффекты, которые должны были быть связаны с ядерной средой. Так, кластерные эффекты, многократное рассеяние, поглощение пионов на множественных нуклонных системах (см.[298]) послужили источниками информации о квазидейтонной и квазигелиевой подструктуре.ядер, высветили возбуждение резонансов в неупругих реакциях, а также сделали возможным изучение эффектов кулоновского барьера [299].
Тем не менее, несмотря на большое количество эспериментальных и теоретических работ, до сих пор не существует всеобъемлющей модели "ядерной материи".
Информация, полученная в большинстве недавних экспериментальных исследований [303, 304] взаимодействии пионов при энергиях в области Д(1232)-резонанса и ниже основана на измерениях импульсов и углов рассеяния пионов и/или быстрых вторичных протонов. Прямое измерение кинематических характеристик большинства тяжёлых сильно ионизующих вторичных частиц было невозможно. Отличительной же чертой этих экспериментов было использование детекторов, регистрирующих вторичные заряженные частицы внутри большого телесного угла (LADS - large acceptance detector system [303]), как в случае камер Вильсона и диффузионных камер, использованных совместно с фотографической техникой в более ранних исследованиях (см., например, нашу работу 1980 г. [298]). Энергии вторичных протонов могли быть измерены, начиная с порогов для LADS: TtilreSh ~ 20 4-30 МэВ. Однако, результаты нашей работы [298], выполненной с помощью диффузионной камеры, показывают, что даже при энергии падающих пионов, равной 145 МэВ, около 20-7-30% протонов, рождаемых в реакциях одиночной перезарядки положительных пионов, выбивания нуклона, а также при поглощении пионов, имеют энергии ниже 20 МэВ, и следовательно, не могли быть зарегистрированы установкой.
Таким образом, для воссоздания более ясной картины взаимодействия пионов, да и любых других элементарных частиц, с ядрами необходимы новые данные, для получения которых нужны соответствующие экспериментальные установки.
Представляемая диссертация в основном посвящена исследованию взаимодействия пионов промежуточных энергий (в области 50-4-150 МэВ) и антипротонов низких энергий (с импульсами < ОООМэВ/с, т.е. энергиями < 175,5 МэВ) с ядрами изотопов гелия и неона, причём для получения экспериментальных данных создана и использована описанная в диссертации техника самошунтирующнхся стримерных камер, совмещающих свойства управляемых трековых камер с фотографическим съёмом .информации и преимущества современной видео-техники регистрации изображений на ПЗС-матрицах. Диссертация также включает две работы, выполненные с помощью ядерной фотоэмульсии, в которой, как и в стримерной камере, видны следы всех заряженных продуктов ядерных реакций.
Я благодарю всех своих коллег, которые участвовали в получении представленных в диссертации результатов.

Оглавление
1 Введение

2 Разработка и использование в физическом эксперименте самошунтиру-

ющихся стримерных камер
2.1 Использование стримерных камер в физическом эксперименте
2.1.1 Создание стримерной камеры - трекового прибора с изотропными свойствами
2.1.2 Развитие техники обычных стримерных камер
2.1.3 Самошунтирующаяся стримерная камера
2.1.4 Стримерные камеры в физическом эксперименте
2.2 Образование следа заряженной частицы в самошунтирующейся стримерной
камере
2.2.1 Фотоионизация газа и первый коэффициент ионизации Таунсенда
2.2.2 Изменение напряжения на электродах стримерной камеры при распространении разряда в ней
2.2.3 Форма стримерпого канала в камере
2.2.4 Качественная оценка распределения интенсивности свечения вдоль разрядных каналов
2.3 Локализация следов заряженных частиц в самошунтирующейся гелиевой
стримерной камере
2.3.1 Характеристики гелиевой самошунтирующейся камеры с различными примесями (СНА, Н2,Хе, А^е,
Н20, а — пинен)
2.3.2 Смесь гелия и малых количеств паров воды - оптимальная для гелиевой самошунтирующейся камеры
2.3.3 Регулирование памяти гелиевой самошунтирующейся стримерной камеры
2.3.4 Самошунтирующиеся стримерные камеры, наполненные различными газами
2.4 Работа самошунтирующейся стримерной камеры в магнитном поле (СКМП)
и коническое репроектирование фотографий следов ч_астиц
2.4.1 Особенности работы СКМП
2.4.2 Учет конического репроектирования камерных стереофотографий при определении импульсов заряженных частиц, движущихся в магнитном поле
2.4.3 Измерение параметра Мишеля р ъ ц~ —* е--распаде

2.5 Обработка фотографий событий упругого рассеяния пионов на ядрах 3Не и 4Не, регистрируемых в гелиевой стримерной камере высокого давления (СКВД)
2.5.1 Стримерная камера высокого давления (СКВД)
2.5.2 Измерения на просмотрово-измерительном столе
БПС-2 и запись информации об измерениях
2.5.3 Программа геометрической реконструкции событий OPTICS, общее
описание
2.5.4 Аналитический расчёт геометрической эффективности регистрации
цилиндрическим годоскопическим детектором частиц, рассеянных в протяжённой мишени
3 Изучение взаимодействия антипротонов с ядрами 'Не, 4Не и 20Ne.
3.1 Стримерная камера для изучения взаимодействия антипротонов с ядрами 3Не, 'Не и 20Ne
3.1.1 Общая схема экспериментальной установки
3.1.2 Самошунтирующаяся стримерная камера
3.1.3 Высокольтный генератор импульсных напряжений (ГИН)
3.1.4 Оптическая система
3.1.5 Электромагнит
3.1.6 Работа стримерной камеры
3.1.7 Система запуска (триггера)
3.1.8 Визуальный контроль за работй стримерной камеры с помощью системы, включающей ТВ камеру '.
3.2 Измерение событий взаимодействия р 4Не
3.2.1 Параметры установки, имеющие отношение к измерению событий
3.2.2 Просмотр плёнок, измерение и восстановление следов в пространстве
3.2.3 Идентификация частиц
3.3 Сечения взаимодействия антипротонов с ядрами 3Не, 4Не и 20Ne при импульсах ~50 МэВ/с (энергии ~1,5 МэВ)
3.3.1 Аннигиляция антипротонов на 4Не
при импульсе около 45 МэВ/с
3.3.2 Аннигиляция антипротонов на 3Не при 55 МэВ/с
3.3.3 Аннигиляция антипротонов на неоне при 57 МэВ/с
4 Использование ядерной фотоэмульсии для наблюдения образования гиперфрагментов и резонанса d!.
4.1 Образование гиперфрагментов при аннигиляции антипротонов, остановившихся в ядерной фотоэмульсии
4.2 Резонансное поведение в реакции двойной перезарядки 7г+-мезоиов в ядерной фотоэмульсии
5 Наблюдение Д~-резонанса и одиночных 7-квантов в двухлучевых событиях 7Г~4Не взаимодействия при энергии 106 МэВ.
5.1 Магнитный спектрометр со стримерной камерой, снабжённой видео-камерами на ПЗС матрицах для изучения взаимодействия пионов с лёгкими ядрами
при энергиях ниже Д-резонанса
5.1.1 Стримерная камера: ядерная мишень с низкой плотностью

100 200 300 L/o,
Рис. 2.18: Зависимость скорости распространения стримера от его длины
Рис. 2.19: Зависимость скорости распространения стримера от его длины при различных напряжённостях электрического поля: чёрные кружки - 16 кВ/см [57]; белые кружки -
10.4 кВ/см [57]; кресты - 16.7 кВ/см [56].