Дельбрюковское рассеяние фотонов в кулоновском поле при энергиях 140-450 Мэв

• Автор: Малышев, Владимир Михайлович
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 57 с. : ил.

Оглавление
1 Введение
2 Экспериментальная установка
2.1 Требования к аппаратуре
2.2 Пучок меченых фотонов
2.3 Калориметр на основе жидкого криптона
2.4 Триггер
3 Сечение дельбрюковского рассеяния и фоновые процессы
4 Обработка и результаты эксперимента
4.1 Алгоритм отбора полезных событий
4.2 Фон с краёв коллиматоров
4.3 Результаты измерения сечения дельбрюковского рассеяния

Заключение.

1 Введение.
Экспериментальные исследования, на которых основана настоящая диссертация, были выполнены на установке РОКК-1М накопителя ВЭПП-4М в ИЯФ СО РАН. Основной задачей этих экспериментов [1, 2] было изучение дельбрюковского рассеяния фотона [3] (рис. 1а) и наблюдение процесса расщепления фотона в кулоновском поле ядра (рис. 1Ь).
+ + Х< >х +

Рис. 1. а) Диаграммы Фейнмана для процесса дельбрюковского рассеяния: в представлении Фарри и в виде обычных диаграмм теории возмущений. Двойная линия обозначает функцию Грина электрона в кулоновском поле, кресты обозначают взаимодействие с кулоновским полем. Ь) Диаграммы Фейнмана в представлении Фарри для процесса расщепления фотона.
Данные процессы принадлежат к числу нелинейных эффектов квантовой электродинамики, описываемых диаграммами с фермионной петлёй. Другими подобными эффектами являются рассеяние света на свете и обратный процессу расщепления фотона процесс слияния двух фотонов в поле ядра.
Все эти эффекты невозможны в классической электродинамике, поскольку уравнения Максвелла линейны по электромагнитному полю, и поэтому фотон не может рассеиваться на фотоне или на внешнем куло-

новском поле ядра, или же расщепиться в этом поле. В квантовой электродинамике такие процессы возможны и некоторые даже доступны для прямого наблюдения в эксперименте. В первую очередь это относится к дельбрюковскому рассеянию, сечение которого, рассчитанное в низшем
более благоприятно для наблюдения. По этой причине из этих нелинейных процессов ранее в экспериментах наблюдалось лишь дельбрюковское рассеяние.
Единственным параметром, определяющим кинематику этого процесса, является угол рассеяния в, так как отдачей ядра можно пренебречь, и энергия начального фотона равна энергии конечного. При больших энергиях начального фотона ш т (где т - масса электрона) оценка для сечения в углы в < втах даёт (Н. А. ВеПге, Е. КоЬгЦсЬ, 1952, см. [5],§128 ):
где Z - заряд ядра, а - постоянная тонкой структуры, ге - классический радиус электрона.
Основной вклад в сечение происходит от области углов 9 ~ т/ш, поэтому
Таким образом, при больших энергиях сечение дельбрюковского рассеяния стремится к постоянному пределу.
Здесь необходимо отметить, что вышеприведённая оценка справедлива лишь при небольших значениях Z, поскольку она учитывает только вклад диаграммы низшего порядка, в то время как диаграммы высшего порядка (так называемые кулоновские поправки) при больших Z существенно модифицируют сечение [б] (рис. 2).
В качестве мишени в эксперименте, описанном в диссертации, использовался кристалл германата висмута В14Се,з012. Основной вклад в сече-
порядке теории возмущений, пропорционально Z', и при больших Z наи-

координата первого по ходу пучка кластера, и расстояние от линии трека до остальных кластеров не должно превышать 25 мм. В треке должно быть по меньшей мере два кластера.
в) Если найдено по одному треку в X- и У-плоскостях, то считается, что в калориметре реконструирован фотон.
На рис. 15 приведён пример события, отобранного при помощи данного алгоритма. В этом событии конверсия фотона произошла в первом по ходу фотонного пучка Х-слое.
| 20 >ч

Щ 10 с ш

Рис. 15. Пример события, в котором зарегистрирован фотон с координатами Х=1.46 см, У=-2.56 см.
Эффективность реконструкции фотона с данным алгоритмом отбора составляет около 70% и слабо зависит от энергии при ш > 140 МэВ (рис. 16). Она определялась следующим образом. Было проведено не-
Loyer

Strip Number
г 20
г 10
L_ Vl-т—1 , , 1- 0 ТЦ-Г

Strip Number