А.С. Белоусов, Я.А. Ваздик, А.Н. Елисеев, Е.И. Малиновский, С.В. Русаков, Ю.В. Соловьев, П.Н. Шарейко, А.М. Фоменко

 

                    ФОТОРОЖДЕНИЕ   π ^о  - МЕЗОНОВ НА ЯДРЕ ⁶Li

   

      Работа выполнена в период 1979 -1981 г.г. на тормозном пучке синхротрона с использованием установки     “ГАММА”. Схема установки приведена на Рисунке 1. Описание отдельных узлов установки приведено в     работах [1-5],   полученные результаты представлено в [6-8].
 

                              Рисунок 1. Блок-схема установки для регистрации процессов
                                                 фоторождения  π ⁰ -  мезонов  на  ядрах  лития
 

Аннотация

Измерения проводились с применением методики регистрации нейтральных мезонов по каналу распада на два гамма-кванта. Запуском считывания информации с детекторов установки служило:
      А- наличие в детекторных системах Д1 и Д2 фотонов с энергий больше Е_п~ 70 МэВ  (упругое рождение мезонов)
      Б - плюс энерговыделение в сцинтилляционном γ-спектрометре больше ~1.5 МэВ. 
При этом между мишенью М  и радиатором спектрометра, в  качестве  которого использовался  монокристалл  иодистого  нартия  (диаметр 150 мм, толщина 100 мм),  помещался счетчик AS₃ для устранения сопутствующего  фона заряженных частиц.  Т.е. использовался  “3γ-триггер” (совпадение сигналов от 3-х γ-детекторов)  для регистрации процесса фоторождения  с парциальными переходами конечного ядра-мишени в основное состояние:

      γ + A → π ⁰ + A*   → γ ₁ + γ ₂+ A + γ ₃

γ ₁, γ ₂  – гамма-кванты от распада мезона с энергиями в сотни МэВ, а  γ ₃- гамма квант малой энергии (порядка нескольких МэВ), равной энергии возбужденного состояния ядра. Масса регистрируемого мезона, определяется из выражения :

                                     (m _{γ γ} ) ² = 2 E _{γ 1} E _{γ 2} ( 1 - cos y )

где E _{γ 1} иE _{γ 2} – энергии γ - квантов от распада мезона, а y- угол разлета гамма-квантов. Энергия фотонов измерялась черенковскими спектрометрами полного поглощения С₁и С₂, а угол между ними вычислялся на основания информации
от годоскопов, определяющих координаты точек попадания фотонов во фронтальные грани детекторов. В качестве источника фотонов использовались гамма-кванты тормозного излучения  от  внутренней мишени синхротрона   с эффективной толщиной ~  0.035 Х_о.   Энергия ускоренных электронов в кольце  составляла
650 МэВ.  В ряде измерений для уменьшения фона от низкоэнергетических фотонов перед коллиматором   ИК1   и антисовпадательными счетчиками АС₁, АС₂помещался парафин толщиной соответственно 1.7 и 1.0 Х_о.  В качестве спектра тормозного излучения использовался спектр Шиффа – благодаря малости эффективной толщины мишени. Влияние парафинового поглотителя на форму тормозного спектра оценивалось на основании результатов моделирования прохождения фотонов по каналу.

Большая апертура детекторов при фиксированной настройке установки ( угол между осями Д1и Д2 порядка 27 ⁰ , что соответствует Е_π~350 МэВ) позволяла регистрировать π^о– мезоны в широком диапазоне энергий. Весь “видимый” диапазон энергий разбивался на отдельные интервалы и сечение вычислялось для каждого диапазона отдельно. Выбираемая ширина интервала определялась, с одной стороны, разрешением по энергии, а с другой – статистической точностью. Средний угол вылета мезонов  Θ_π составлял   ~ 10 ⁰, а разрешение по углу ΔΘ~± 4 ⁰. Разрешение по энергии мезона изменялось от  ΔЕ_π  = 10 МэВ  при энергии пиона   310 МэВ   до  ΔЕ_π = 20МэВ   при  Е_π= 500 МэВ.
 

Рисунок 2. Сечение фоторождения π ⁰ –мезонов на литии.

     

На Рисунке 2  показаны результаты измерения сечения упругого фоторождения π^о мезонов на ядрах ⁶Li  в зависимости от энергии фотонов. Здесь же приведены результаты расчетовдля сечений упругого фоторождения в рамках импульсного приближения с плоскими волнами и имеющиеся данные для натурального лития.  Наряду с измерением упругого рождения проведена серия измерений процесса квазиупругого фоторождения π⁰ –мезонов, когда ядро   ⁶Li переходит в определенное возбужденное состояния – режим Б.

На Рисунке 3 представлен спектр амплитуд гамма-квантов в спектрометре NaI(Tl) при запуске установки “3γ”-триггером. Если идентифицировать явно выраженный пик в области ~3.5 МэВ как парциальный переход ядра в основное состояние с уровня Е*= 3.56 МэВ, то можно оценить величину парциального сечения фоторождения, усредненного по диапазону энергий ~270- 380 МэВ и углов вылета мезона ~ 0- 20⁰:

      < dσ / dΩ > = (5.12 ± 0.76) · 10 ^{- 31} см ² /стер.
 

Рисунок 3. Энергетический спектр γ-квантов в спектрометре NaJ(Tl) при фоторождении π⁰ –мезонов на литии.

Литература.

1. А.С. Белоусов, Я.А. Ваздик, Е.И. Малиновский и др.   Препринт ФИАН № 120, Москва, 1975
2.  А.С. Белоусов, Я.А. Ваздик, Е.И. Малиновский и др.   Препринт ФИАН № 326, Москва, 1985
3. А.С. Белоусов, Я.А. Ваздик, Е.И. Малиновский и др.    Препринт ФИАН № 262, Москва, 1982
4.  А.С. Белоусов, Я.А. Ваздик, А.Н. Елисеев и др. Вопросы атом. науки и техники
     Сер. Общ. И Ядер. Физика, 1982 №1 (19), стр.58
5. А.С. Белоусов, Я.А. Ваздик, А.Н. Елисеев и др.  Труды ФИАН СССР, т.135 (1983) стр. 130-146
6.  А.С. Белоусов, Я.А. Ваздик, А.Н. Елисеев и др.  Препринт ФИАН № 93, Москва, 1978
7. А.С. Белоусов, Я.А. Ваздик, Е.И. Малиновский и др. Вопросы атом. науки и техники
    Сер. Общ. И Ядер. Физика, 1979, №4 (10), стр.27
8. А.С. Белоусов, Я.А. Ваздик, А.Н. Елисеев и др.  Труды ФИАН СССР, т.186 (1988) стр. 143-156