Эксперименты с применением эффекта каналирования в изогнутом кристалле при высоких энергиях

• Автор: Ханзадеев, Алексей Викентьевич
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 162 с. : ил.

Глава 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ПОВОРОТА ВЕКТОРА ПОЛЯРИЗАЦИИ ПУЧКА 1+ ГИПЕРОНОВ С ПОМОЩЬЮ КАНАЛИРОВАНИЯ В ИЗОГНУТОМ КРИСТАЛЛЕ
1.1. Введение
1.2. Экспериментальная установка
1.3. Кристаллическая мишень
1.4. Триггер на каналирование
1.5. Обработка и анализ экспериментальных данных
1.5.1. Отбор каналирующих частиц и измерение угла отклонения кристаллом
1.5.2. Реконструкция каналирующих Е+ гиперонов
1.5.3. Наблюдение прецесси спина и измерение магнитного момента
Е+ гиперона
1.6. Возможные пути увеличения скорости набора статистики в эксперименте по измерению магнитного момента с помощью изогнутого кристалла
Глава 2. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОГО МОМЕНТА А+с БАРИОНА МЕТОДОМ КАНАЛИРОВАНИЯ В ИЗОГНУТОМ КРИСТАЛЛЕ (АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УСТАНОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТА Е781, ФЕРМИЛАБ, США)
2.1. Предсказание магнитных моментов очарованных барионов
2.2. Необходимые условия для измерения магнитного момента очарованных барионов
2.3. Прецессия вектора спина в изогнутом кристалле
2.4. Экспериментальная установка
2.4.1. Угловой аксептанс предполагаемой экспериментальной установки
2.4.2. Составные элементы экспериментальной установки
2.4.2.1. Вершинный детектор и счетчик 1C
2.4.2.2. Спектрометр Ml
2.4.2.3. Спектрометр М2
2.4.2.4. Спектрометр М3
2.4.3. Оптимизация параметров кристалла
2.4.4. Предварительная оценка времени, необходимого для набора статистики
2.4.5. Триггер
2.4.6. Off-line восстановление событий
Приложение
Глава 3. КРИСТАЛЛЫ, ИЗГИБАЮЩИЕ И ГОНИОМЕТРИЧЕСКИЕ
УСТРОЙСТВА В ЭКСПЕРИМЕНТАХ Е761 И Е853
3.1. Отбор кристаллов и проверка степени их совершенства
3.2. Кристаллы для эксперимента Е761
3.3. Ориентированная вырезка кристаллов
3.4. Создание детекторов на поверхности кристаллов
3.5. Закрепление и изгиб кристаллов
3.6. Подготовка кристаллов для эксперимента Е853
Глава 4. ВЫВОД ПУЧКА ПРОТОНОВ С ЭНЕРГИЕЙ 900 ГэВ ПРИ
ПОМОЩИ ИЗОГНУТОГО КРИСТАЛЛА
4.1. Введение
4.2. Эксперимент
4.3. Установка...
4.3.1. Изогнутый кристалл и относящееся к нему устройство
4.3.1.1. Кристалл
4.3.1.2. Изгибающее устройство
4.3.1.3. Гониометр
4.3.2. Детекторы линии вывода
4.3.3. Диагностические детекторы ускорителя
4.4. Каналирование в Е853
4.4.1. Выстройка кристалла
4.4.2. Размер выведенного пучка
4.4.3. Деканалирование
4.5. Первое наблюдение вывода
4.6. Эффективность вывода и интенсивность выведенного пучка
4.6.1. Способы измерения эффективности
4.6.2. Вывод при работе ускорителя с протон-антипротонными столкновениями
4.6.3. Влияние на вывод “пролетающей нити”
4.7. Организация тестового пучка в Фермилаб
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Идея о существовании эффекта каналирования возникла тогда, когда с помощью дифракции рентгеновских лучей было окончательно доказано существование кристаллической решетки (начало века). Первые эксперименты показали, что коллимированный пучок рентгеновских лучей, попадая на кристалл, разбивается на несколько пучков, образующих на фотопластинке так называемые пятна Лауэ. У.Г. Брэгг и У.Л. Брэгг, привлекая фотонную модель рентгеновского излучения, предложили объяснение лауэграмм на основе представлений о том, что рассеянные фотоны выходят из кристалла легче всего вдоль открытых каналов, которые, как предполагалось, существуют между атомными рядами в кристалле. Для проверки этой идеи они провели эксперимент, в котором кристалл поворачивался на некоторый угол. Если бы их предположение оказалось верным, то пятна на лауэграммах должны были бы повернуться на тот же угол. На самом же деле этот известный эксперимент показал вращение на угол вдвое больше, что привело к представлению о кристалле как о наборе плоскостей, действующих подобно зеркалам. Первая модель Брэггов теперь называется каналированием. Не смотря на то, что каналирование оказалось непригодным для описания рассеяния рентгеновских лучей, его существование для заряженных частиц было продемонстрировано экспериментально в 60-е годы (хотя провести эксперимент с заряженными частицами предложено Штарком еще в 1912 году).
Вообще 60-е годы отмечены всплеском активности в исследовании различных ориентационных эффектов, возникающих при прохождении заряженных частиц через кристаллы. В начале исследования в основном концентрировались в области низких энергий, что привело к разработке (на основе проявлений эффекта каналирования) в 70-х годах ряда методов изучения структуры, степени совершенства кристаллов и различных физических процессов, протекающих в них [1,2-7]. Однако в последующие годы интерес сместился к изучению каналирования частиц высоких и сверхвысоких энергий. Стимулирующее воздействие на экспериментальные исследования в этой области оказали теоретические предсказания ряда новых физических явлений, связанных с каналированием релятивистских частиц: эффект спонтанного излучения [8-11], вращение спина частиц [12-14], радиационная поляризация электрон-позитронных пучков [15-17], электромагнитная конверсия фононов [18], поворот пучка заряженных частиц изогнутым кристаллом [19,20] и т.д.
Поясним (в объеме, достаточном для обсуждения экспериментов, лежащих в основе данной работы) несколько подробнее суть эффекта каналирования [21-23]. При этом под “каналированием” будем понимать “плоскостное каналирование”, имеющее место для положительно заряженных частиц. Болес того, речь пойдет о высокоэнергетичных частицах с массами порядка массы протона, что существенно упрощает картину.

2 2.2 2.4 2.0 2.8 3 3
(а) Х(ст)
2 2.2 2.4 2.0 2
(Ь) ;<(ст)
Рис. 1.33. Увеличенный масштаб рис. 1.30: а) - 5-й кристалл, б) - 2-й кристалл.
Для примера рис. 1.34а,б представляет X и У фазовые объемы пучка, падающего на входной торец 5-го кристалла. Отсюда может быть получен угловой разброс пучка, перекрывающего входной торец кристалла. Для обоих кристаллов этот разброс составил в У направлении Р’УНМ=72 ррад.
Рис. 1.34. Фазовый объем, занимаемый торцом 5-го кристалла в горизонтальном (а) и вертикальном (б) направлениях.
Теперь проведем “теоретическую” оценку величины максимально возможной каналирующей фракции пучка. Значения критического угла для положительно заряженной частицы с импульсом 375 ГэВ/с для плоскости (111), вычисленная Линдхардом, составляет 9.03 ррад. Если же использовать подход Геммеля [3], отличающийся от формулы Линдхарда видом межатомного потенциала, то величина критического угла равна 8.16 ррад.