Разработка и создание спектрометра для исследования низколежащих состояний пионных атомов ксенона

• Автор: Гребенев, Валерий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 84 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ПИОННЫЕ АТОМЫ
§1.1. Образование и качественные особенности
§ 1.2. Свойства низколежащих состояний пионных атомов
§ 1.3. Выбор реакции для поиска низколежащих состояний
пионных атомов
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА
§2.1. Методическое решение
§ 2.2. Описание установки
§2.3. Полупроводниковый телескоп
§ 2.4. Система охлаждения детекторов
§2.5. Система перемещения спектрометра
§2.6. Электронная система сбора экспериментальной информации
§ 2.7. Методика определения энергии и идентификации частиц
ГЛАВА 3. МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО
ОПРЕДЕЛЕНИЯ ХАРАКТЕРИСТИК НИЗКОЛЕЖАЩИХ
СОСТОЯНИЙ ПИОННЫХ АТОМОВ
§3.1. Калибровка спектрометра
§ 3.2. Калибровка спектрометра с помощью реакции Н(с/,3Не)тс°
§3.3. Определение энергетического разрешения спектрометра
ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ПОИСК НИЗКОЛЕЖАЩИХ
СОСТОЯНИЙ ПИОННЫХ АТОМОВ КСЕНОНА
§4.1. Моделирование эксперимента
§ 4.2. Описание эксперимента
§ 4.3. Результаты эксперимента на мишени из природного ксенона
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Одной из фундаментальных задач современной ядерной физики является описание свойств адронных систем и взаимодействий в области низких и промежуточных энергий. Квантовая хромодинамика (КХД), успешно зарекомендовавшая себя в качестве основной полевой теории сильного взаимодействия, описывает адронные процессы лишь в области высоких энергий (порядка сотен гигаэлекгронвольт), определяемой условием асимптотической свободы кварков. В то же время при энергиях до ~ 1 ГэВ возникают принципиальные проблемы, связанные с ростом константы сильного взаимодействия, в результате чего пертурбативное разложение, лежащее в основе расчетов в рамках КХД, теряет смысл. В этой области подходящими степенями свободы являются не кварки и глюоны, а мезоны и барионы, в которых кварки удерживаются большими силами, и наиболее перспективным инструментом анализа в физике сильных взаимодействий является киральная теория возмущений (КТВ) [1]. В основе построения КТВ лежит эффективный лагранжиан, учитывающий основные принципы симметрии лагранжиана КХД, в том числе спонтанное нарушение киральной симметрии. Однако до настоящего времени практическое использование КТВ сталкивается с определенными концептуальными трудностями [2]. С другой стороны, значительная часть экспериментальной информации, полученной в ядерной физике низких и промежуточных энергий, успешно объясняется в рамках мезонных теорий. Тем не менее, остается неясным обоснованность этих теорий для описания ядерных взаимодействий на малых расстояниях.
В последнее время активно обсуждаются направления экспериментальных исследований, позволяющие связать эти два подхода [2]. Одним из наиболее перспективных является поиск и определение параметров низкоколежащих (1з-, 2р-) состояний пионных атомов тяжелых элементов. Интерес к этой проблеме обусловлен тем, что отвечающая этим состояниям волновая функция

пиона оказывается локализованной вблизи поверхности ядра [3]. Этот факт позволяет исследовать эффекты, связанные с изменением свойств адронов внутри ядерной среды, в частности, уточнив локальную часть оптического пион-ядерного потенциала [4], сопоставить величину сдвига эффективной массы пиона в ядерной среде с расчетами в рамках КТВ [5, 6], где массы частиц имеют динамическое происхождение и в значительной степени определяются величиной кварк-антикваркового конденсата (с/д), найти константу распада пиона /я в ядерной
среде [7] и, как результат, величину кварк-антикваркового конденсата, являющегося мерой спонтанного нарушения киральной симметрии в квантовой хромодинамике.
Длительное время поиск низколежащих состояний пионных атомов тяжелых элементов был безрезультативен в силу низких сечений реакций, выбранных для их формирования, и высокого физического фона, присущего экспериментам, выполняемым на ускорителях. После того как теоретиками было предложено использовать реакцию подхвата (с/, 3Не) при энергии, отвечающей условию безотдаточной кинематики, в ЭЭ1 (Германия) на изотопах свинца и олова были получены экспериментальные результаты, подтверждающие образование низколежащих состояний. Параметры -состояния определены для пионных атомов олова. Отсутствие независимых от выполненных в ЭЭ! измерений оставляет открытым вопрос о надежности полученной информации.
В значительной степени достигнутый успех связан с прогрессом в ядерно-физических исследованиях, выполняемых на ускорительно-накопительных комплексах, и обусловлен совместным применением измерительной аппаратуры высокого разрешения и интенсивных прецизионных пучков заряженных частиц. Современные регистрирующие системы и методические решения, направленные на улучшение точностных характеристик эксперимента (электронное или стохастическое охлаждение пучков, применение внутренних газовых и
корпускулярных мишеней и т.п.), дополняют друг друга и позволяют проводить

Рис. 15. Ирве-детекторы
и . Г . г-—Г-—л- —"* I *
2200 2400 2600 N. канал
Рис. 16. Спектр -источника 60Со (Е,= 1332 кэВ), измеренный НрСе-детектором толщиной 5 мм.