Исследование влияния ядерной среды на характеристики

Исследование влияния ядерной
среды на характеристики
протон-протонного рассеяния
при энергии 1 ГэВ
О.В. Миклухо
ПИЯФ, Проект МАП-2, 2009
ПЛАН ДОКЛАДА :




1. Цель и методы реализации проекта
2. Экспериментальная установка
3. Результаты работы
4. Заключение
Схема экспериментальной установки до 2007 года
P1,2 = 2 < Cos(F1,2) > / < A1,2 (Q1,2 ,E1,2) >
Поляризация вторичных протонов от реакции (p,2p) с протонами
S- оболочек ядер в зависимости от величины средней энергии
отделения ядерного протона
Для прояснения природы эффекта требуется исследовать, кроме
поляризации, и другие поляризационные характеристики реакции
Cnn and Cs’s’’
Матрица протон-протонного рассеяния :
M = a + bs1ns2n + c(s1n + s2n) + es1ms2m + fs1ls2l
Связь наблюдаемых Сnn, P1, P2 и элементов матрицы рассеяния :
P1n= P2n = 2Re((a + b)c*) / s
где :
Cnn = Tr[s1ns2nMM+] / 4s = 2(IcI2 + Re(ab* - ef*)) / s
s = IaI2 + IbI2 + IeI2 + IfI2 + 2IcI2
Для реализации проекта проведена модификация
экспериментальной установки :




Создана быстрая электроника считывания информации CROS-3 с
пропорциональных камер поляриметров двухплечевого спектрометра, что
позволило существенно увеличить скорость набора данных.
Созданы дополнительные пропорциональные камеры поляриметров,
повернутые на угол 45 градусов в плоскости, перпендикулярной импульсу
анализируемых протонов. Это позволило однозначно реконструировать
треки протонов в условиях большой фоновой загрузки и , как следствие,
существенно увеличило эффективность поляриметров.
Проведена модернизация универсальной криогенной мишени
(автоматизирована система заливки гелия (водорода) и хладоагента (азота)
в мишень, что позволило существенно увеличить время работы мишени на
пучке.
С целью увеличения скорости считывания временной информации
осуществлена замена электроники в стандарте САМАС на электронику в
стандарте VME (TDC V775N). Заменены пластик и ФЭУ сцинтилляционных
детекторов во временном канале на более быстрые (пластик BC 408, ФЭУ
Hamamatsu R2083 и R4998) с целью достижения наилучшего временного
разрешения.
Схема экспериментальной установки с 2008 года
Поляриметр спектрометра МАП
Поляриметр спектрометра МАП
Панель контроля за состоянием жидкой гелиевой
(водородной) мишени
Cryogenic target monitor
VME electronics
VME
CAMAC
Ноябрь 2009
Мониторы измерительного зала
VME
Slow control
Ноябрь 2009
Спектр по энергии отделения ядерного протона в реакции
ONLINE - монитор
S
P
12C(p,2p)11B.
Пробный эксперимент :
Измерение поляризационных параметров в упругом pp рассеянии
Эксперименты по измерению поляризационных
параметров в реакции (p,2p) с ядрами


Впервые выполнены измерения (декабрь 2008 года) параметров
корреляции спинов Cnn и Cs’s’’ в реакции (p,2p) с ядром 4He. Ожидаемая
статистическая точность измерений ~ 5-7%. Важно отметить, что
принципиально невозможно измерить параметр Ayy , аналогичный
корреляционному параметру Cnn, в этой реакции из-за невозможности
поляризовать протоны ядра 4He.
Впервые измерены параметры корреляции спинов Cnn и Cs’s’’ в
реакции (p, 2p) с протонами S – и P – оболочек ядра углерода (12C) в
двух экспериментах в апреле и ноябре 2009 года с использованием
неполяризованного протонного пучка с энергией 1 ГэВ. Измерялась
также, как и прежде, с высокой статистической точностью
поляризация вторичных протонов от этой реакции.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ : План на 2010 год


Обработка данных, полученных в экспериментах в 2008-2009 годах.
Измерение поляризации в реакции (p,2p) с протонами 1S-оболочки
ядра 40Са.
ПУБЛИКАЦИИ










O.V.Miklukho et al., Nucl.Phys. A683 (2001) 145.
T.Noro et al., Proc. Of the Inter. Conf. “Nuclear Physics in 21st
Century” (Berkeley, 2001), 2001, p. 1034.
O.V.Miklukho et al., Czech.J.Phys., Vol.52 (Suppl.C), 2002, 293.
V.A.Andreev et al., Phys.Rev. C69 (2004) 024604.
O.V.Miklukho et al., Preprint PNPI-2614, Gatchina, 2005, 27 p.
O.V.Miklukho et al., Phys.Atom.Nucl., 69, (2006) 474.
Main Scientific Activities 2002-2006, HEPD (2007) 334.
O.V.Miklukho et al., Preprint PNPI-2782, Gatchina, 2008, 29 p.
L.Kotchenda et al., Preprint PNPI-2816, Gatchina, 2009, 19 p.
O.V.Miklukho et al., Phys.Atom.Nucl., V. 73, No 6 (2010).
ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ по ТЕМЕ ПРОЕКТА
1. G.E. Brown and M. Rho, Phys.Rev.Lett. 66 (1991) 2720.
2 G.E. Brown et al. Phys.Rev. C 44, (1991) 2653,
3. T. Hatsuda , Nucl.Phys. A544 (1992) 27.
4. C.J. Horowitz and V.J. Iqbal, Phys.Rev. C 33 (1986) 2059.
5. D.P. Murdock and C.J. Horowitz, Phys.Rev. C 35 (1987) 1442.
6. J.A. Tjon and S.J. Wallace, Phys.Rev. C 36 (1987) 1085.
7. R.J. Furnstahl et al., Phys.Rev. C 46 (1992) 1507.
8. J.J. Kelly and S.J. Wallace, Phys.Rev. C 49 (1994) 1315.
9. O.V. Maxwell and E.D. Cooper, Nucl.Phys. A574 (1994) 819.
10. N.S. Chant and P.G. Roos, Phys.Rev. C 27 (1983) 1060.
11. G. Krein et al., Phys.Rev. C 51 (1995) 2646.
12. E.D. Cooper et al., Phys.Rev. C 47 (1993) 297.
13. D. Serot and J.D. Walecka, in Advances in Nuclear Physics, edited by J.W.
Negele and E. Vogt (Plenum, New York, 1986), Vol. 16.
IA
R
I
A
Brown and Rho scaling conjecture for hadron properties in nuclei
Polarization and Ay in elastic proton-proton scattering at 1 GeV
Цель и методы реализации проекта
Исследование модификации свойств адронов и их взаимодействия в
ядерной среде.
Исследуется реакция (p,2p) на ядрах, которая в области
промежуточных энергий имеет простой механизм и рассматривается
как протон-протонное рассеяние в ядерном поле. Сравнение
характеристик этой реакции и свободного протон-протонного
рассеяния позволяет выделить вклад от эффекта модификации
протон-протонной амплитуды рассеяния в ядерной среде.
Измеряются поляризационные характеристики реакции
(поляризации вторичных протонов P1 и P2 и параметры корреляции
спинов), так как они менее чувствительны к особенностям волновой
функции ядра.
Исследуется рассеяние на протонах S-оболочек ядер с нулевым
орбитальным моментом, что исключает проявление эффективной
поляризации ядерных протонов.
Эксперимент проводится в кинематических условиях, в которых
импульс ядра-остатка близок к нулю, что обеспечивает близость к
кинематике свободного pp-рассеяния, наибольшую скорость набора
данных и реальное значение эффективной ядерной плотности,
определяемой поглощением первичного и вторичных протонов в
ядерном веществе.
В эксперименте измеряется также параметр корреляции спинов Cs’s’’
Анализатор-2
НЭС
МАП
n = ki x k f
Анализатор-1
Распределение коррелированных событий :
K(f1, f2) = I0 {1 + A1Pcos(f1) + A2Pcos(f2) + A1A2 [Cnncos(f1) cos(f2) + Cs’s’’ sin(f1) sin(f2)]} ,
где
Cs’s’’ = - Cmmcos(a) cos(b) – Cllsin(a) sin( b) + Cmlsin(a + b) ,
a и b - углы релятивистского поворота компонент спина m и l при переходе из СЦМ в ЛСК при угле
рассеяния протона в ЛСК J1 (МАП) и J2 (НЭС) : a = q / 2 - J1 , b = q / 2 + J2 , q - угол рассеяния в СЦМ.
Параметры корреляции спинов Сij (I,j = m, l) и параметры Вольфенштейна матрицы рассеяния
M:
Cll = 2 Re(af* - be*) / s, Cmm= 2 Re(ae*- bf*) / s, Clm= Cml= 2 Im[(e-f)c*] / s
Угол поворота спина протона в магнитном поле ns = nk + nk( mp – 1)g, где :
nk – угол поворота вектора импульса, mp – магнитный момент протона,
g = Ep / mp .
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ в 2007 ГОДУ



Создана новая быстрая электроника считывания информации
CROS-3 с пропорциональных камер поляриметров двухплечевого
магнитного спектрометра.
Проведен пробный эксперимент по измерению поляризации
вторичных протонов P1 и P2 и параметров корреляции спинов Cnn и
Сs’s’’ в реакции (p,2p) с протонами ядра 4He.
Впервые с высокой статистической точностью измерены параметры
корреляции спинов Cnn и Cs’s’’ в упругом свободном протон-протоном
рассеянии с использованием неполяризованной протонной мишени и
неполяризованного протонного пучка с энергией 1 ГэВ.
P1,2 = 2 < Cos(F1,2) > / < A1,2(Q1,2 , E1,2) >
Cnn = 4 < Cos(F1) Cos(F2) > / < A1(Q1 , E1) >< A2(Q2 , E2) >
+
Cs’s’’ = 4 < Sin(F1) Sin(F2) > / < A1(Q1 , E1) >< A2(Q2 , E2) >
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ в 2008 ГОДУ





С целью повышения эффективности экспериментальной
установки :
созданы дополнительные пропорциональные камеры и
электроника к ним,
автоматизирована система заливки гелия и водорода в
мишень,
увеличена скорость считывания информации с
пропорциональных камер (в два раза).
Впервые выполнены измерения параметров корреляции спинов Cnn
и Cs’s’’ в реакции (p,2p) с ядром 4He. Ожидаемая статистическая
точность измерений ~ 5-7%. Важно отметить, что принципиально
невозможно измерить параметр Ayy , аналогичный корреляционному
параметру Cnn, в этой реакции из-за невозможности поляризовать
протоны ядра 4He.
РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ в 2009 ГОДУ



Впервые измерены параметры корреляции спинов Cnn и Cs’s’’ в
реакции (p, 2p) с протонами S – и P – оболочек ядра углерода (12C) в
двух экспериментах в апреле и ноябре 2009 года с использованием
неполяризованного протонного пучка с энергией 1 ГэВ. Измерялась
также, как и прежде, поляризация вторичных протонов от этой
реакции.
С целью увеличения скорости считывания временной информации
осуществлена замена электроники в стандарте САМАС на электронику
в стандарте VME (TDC V775N). Заменены пластик и ФЭУ
сцинтилляционных детекторов во временном канале на более
быстрые (пластик BC 408, ФЭУ Hamamatsu R2083 и R4998) с целью
получения наилучшего временного разрешения.
Проведена модернизация универсальной криогенной мишени (в том
числе, автоматическая заливка хладоагента (азота) в мишень),
которая позволит увеличить время работы мишени на протонном
пучке.
Технические характеристики
ФЭУ: Hamamatsu R4998(MAP) and R2083(NES)
Type
size(mm) min l nm max l nm Peak sen. nm Window
R4998
25
300
650
420
Borosilicate
R2083
51
300
650
420
Borosilicate

Gain
Dark Current nA Rise time ns Multi anode
6
5.7 *10
100
0.7
N
2.5 *106
100
0.7
N
Поляризации вторичных протонов Pmap , Pnes и параметры
корреляции спинов Cnn и Сs’s’’ в упругом протон-протоном
рассеянии при энергии 1 ГэВ.
Эксперимент 2007 года