в области энергий 200 - 800 МэВ.
Изучение
фоторождения нейтральных мезонов в
настоящее время ведется в нескольких исследовательских центрах за рубежом.
И если для данных по фоторождению π 0-мезонов
существует достаточно обширная база экспериментальных данных, то ситуация
с результатами измерений для η
-мезонов не столь оптимистическая. Существующие данные в основном относятся
к процессам на протонах и дейтонах. Проводились измерения на легких ядрах
на накопителе ЭЛЬЗА в начале 90-ых годов (Физический Институт Боннского
Университета). В конце 1996 года в печати появились результаты измерения
сечений фоторождения η
- мезонов на ядрах углерода, кальция, необия и свинца в диапазоне энергий
от 540 до 790 МэВ. Это пока единственные экспериментальные
данные по измерению данного процесса на ядрах.
Сравнительное
исследование фоторождения π 0
и
η
- мезонов на ядрах в околопороговой области энергий, полученных на одной
и той же установке, позволяет исключить целый ряд систематических погрешностей
и получить более достоверные данные для сравнения с теорией. Изучение
процесса фоторождения мезонов ведется на пучке тормозного излучения синхротроона
"ПАХРА" при максимальной энергии ускоренных электронов Е = 850 МэВ.
В работе принимают участие как сотрудники лаборатории: А.С. Белоусов, Я.А.
Ваздик, И.Е. Малиновский, В.Н. Меженин, П.А. Смирнов, А.Р. Теркулов, так
и специалисты из других подразделений: Г.Г. Таран, В.Г. Зверев, А.М. Фоменко.
Эксперимент выполняется на установке "Годоскоп" ( установка создана
на базе установки "Гамма", на которой исследовалось фоторождение π 0
-мезонов на твердых мишенях) по методике регистрации двух гамма-квантов
от распада мезонов. В качестве детекторов служат два идентичных годоскопа,
состоящих из 25 (5х5) черенковских счетчиков полного поглощения каждый[1].
Схема установки приведена на Рис.1.
Измерение энергии фотонов и координат их точек попадания в годоскопы позволяет
вычислить эффективную массу регистрируемого резонанса и тем самым выделять
изучаемые процессы из фона.
Рисунок 1. Схема экспериментальной установки "Годоскоп"
Годоскопы Д1 и Д2 смонтированы на подвижных платформах, которые имеют возможность перемещения в направлении перпендикулярном оси гамма-пучка и поворачиваться вокруг оси. Этим достигается настройка установки в соответствии с задачей эксперимента: получение максимальной эффективности регистрации мезонов с заданной энергией и углами вылета, либо в принципе включается процесс регистрации только одного сорта частиц ( π 0 или η - мезонов). Абсолютная калибровка спектрометров по энергии проводилась в рамках той же установки с использованием очистительного магнита М2 (СП-3), который предназначен для удаления заряженных частиц из тормозного пучка во время измерений. Для проведения калибровки перед ним помещался свинцовый радиатор толщиной в 0.5 радиационной длины Х0, а защитные стенки Т, прикрывающие апертуру годоскопов со стороны ускорителя, удалялись от пучка. Параметры установки описаны в работе [2], блок схема организации триггера показана на Рисунке 2.
Рисунок 2. Блок схема электронной аппаратуры эксперимента по регистрации резонансов, распадающихся на 2 фотона.
Монтаж установки был завершен в 1996 году. В 1997 были проведены работы по наладке установки в пучке синхротрона и тестовый сеанс по набору событий фоторождения π 0 и η - мезонов при различных углах настройки. На основании полученных результатов были внесены изменения в геометрию установки: вакуумизация тракта гамма-пучка перед мишенью, дополнительная защита детекторов от фона ускорителя и т.д. Эти изменения были реализованы в 1998 году. В новой редакции в 1999 году было проведено два тестовых сеанса по набору событий фоторождения при максимальной энергии Е=850 МэВ. К сожалению, время работы в пучке по известным причинам (недостаток пучкового времени) составило менее 20% от планируемого ранее и позволило провести измерения лишь с углеродной мишенью с со статистикой недостаточной для получения достоверных результатов. В течение двух лет велись работы по созданию программ моделирования процессов фоторождения, реконструкции событий, обработки экспериментальных данных, программ для съема информации, обеспечения контроля за работой установки. На Рис.3 представлены экспериментальные распределения двух фотонных событий по массе резонанса в различных редакциях настройки установки - для регистрации π 0 и η -мезонов. Там же пунктиром показаны распределения, полученные путем моделировании методом Монте-Карло регистрации этих процессов в установке с учетом реального разрешения детекторов (нормировка проводилась по величине максимума распределения в области пиков).
Рисунок 3. Спектр эффективных масс двухфотонных событий при различных углах настройки установки.
В приведенных
спектрах кроме распределения регистрируемых резонансов, наблюдается заметный
вклад фоновых событий. Особенно значителен фон в области малых масс М
gg при регистрации
η
- мезона, где подавляющую долю составляют события
от двойного фоторождения). Выборка из
полного набора данных лишь событий, принадлежащих области пиков распределений
(границы выбираются из результатов моделирования), позволяет снизить уровень
фона. На Рис. 4 показаны распределения зарегистрированных мезонов по энергии
до
и после отбора этих событий по массе
резонанса.
Рисунок 4. Энергетическое распределение мезонов, зарегистрированных установкой.
Из массива событий, принадлежащих заштрихованным гистограммам, с учетом реальной формы спектра тормозного излучения N ( Eg ) и эффективности регистрации процесса установкой (пример полученной при моделировании зависимости величины эффективности регистрации η -мезонов от энергии мезонов дана на Рис.5 ) можно получить зависимость выхода событий фоторождения η - мезонов на ядрах углерода от энергии гамма- квантов.
Рисунок 5. Эффективность регистрации
η - мезонов
в зависимости от его энергии
Из этих данных, представленных на Рис.6 ( примерно 50% всей статистики зарегистрированных событий), могут быть вычислены величины сечений фоторождения η - мезонов . Для получения абсолютных значений в настоящее время ведется моделирование эффективности триггера и критериев отбора.
Рисунок 6. Выход событий
фоторождения η -
мезонов на углероде в зависимости от энергии зарегистрированных частиц.
Литература.
1. А.С. Белоусов. , Я.А. Ваздик, В.Г. Зверев, Е.И. Малиновский, И.Е.
Малиновский, А.Р. Теркулов.
Препринт ФИАН, № 23, Москва, 1995
2.
А.С. Белоусов. , Я.А. Ваздик, В.Г. Зверев, Е.И. Малиновский, И.Е. Малиновский,
А.Р. Теркулов.
Препринт ФИАН, № 24, Москва, 1995