Лаборатория мезонной физики ОФВЭ Отчет за 2004 год о ходе выполнения научно-исследовательской работы «Барионная спектроскопия и физика с -мезонами» (Сумачев В.В.)

Выполненные этапы в 2004 году: а) На -мезонном канале синхроциклотрона ПИЯФ проведен сеанс измерения сечений реакции р n в околопороговой области импульсов (до 730 МэВ/с); б) На -мезонном канале ускорителя ИТЭФ измерен поляризационный параметр Р при рассеянии отрицательных пионов на поляризованных протонах для углов см = при импульсе налетающих пионов 2.07 ГэВ/с. в) Продолжена обработка данных, полученных в экспериментах на -мезонном пучке ускорителя AGS в Брукхэйвенской национальной лаборатории США; г) На пучке меченых фотонов ускорителя MAMI в Майнце (Германия) выполняется первый этап эксперимента по измерению магнитного дипольного момента +(1232)-изобары путем исследования реакции р 0 р; д) На электронном ускорителе ELSA в Бонне (Германия) начата модернизация спектрометра Crystal Barrel, включающая в себя, в частности, перемещение спектрометра на другую пучковую линию и разработку нового Forward детектора; продолжена обработка данных по фоторождению нейтральных мезонов, полученных в цикле экспериментов гг.; е) Продолжались работы по выполнению нового парциально-волнового анализа. ж)Осуществлялась подготовка новых экспериментов в области барионной спектроскопии. - Измерение дифференциального сечения в пион-нуклонном рассеянии на ускорителе ИТЭФ. - Измерение параметров вращения спина A и R на строящемся ускорителе J-PARC (Япония).

а) Выполнены первые измерения сечения реакции р n на жидко- водородной мишени при импульсе налетающих -мезонов 710 МэВ/с. Калориметры спектрометра были расположены таким образом, чтобы в одном эксперименте можно было измерить дифференциальные сечения процесса р n в угловом диапазоне от cos см = +1 до cos см = 1 в системе центра масс. Начата предварительная обработка данных. Для получения окончательных результатов необходим детальный анализ систематических погрешностей и про- ведение дополнительных контрольных измерений на -мезонном пучке.

P = 710 MeV/c Предварительные результаты.

б) Продолжалась программа исследования поляризационных параметров пион-нуклонного рассеяния. В 2004 году на пионном пучке протонного синхротрона ИТЭФ выполнены измерения поляризационного параметра Р в упругом p-рассеянии назад при импульсе 2,07 ГэВ/с. В эксперименте использована поляризованная мишень ПИЯФ. Результаты эксперимента обработаны и представлены в докладе на конференции SPIN2004 (Триест, Италия). Выполнена модернизация системы измерения поляризации поляризованной мишени. Проведен методический сеанс по подготовке измерения поляризационного параметра Р в упругом +p-рассеянии для углов рассеяния назад. Подготовлена программа дальнейших экспериментов по измерению поляризационных параметров в резонансной области пион- нуклонного взаимодействия.

Схема эксперимента по измерению параметра Р на пионном пучке ускорителя ИТЭФ.

TARGET: Cylinder 30mm, h=30mm, propanediole C 3 H 8 O 2, free proton density 10 % Magnetic field 2.5 T 3 He evaporation type cryostat at 0.5 K Dynamic nuclear orientation Polarization (70-80) %, measurement accuracy 2 % Sign reverse once per day MAIN ELEMENTS: Vertically polarized proton target PT 4 sets of wire chambers for tracking Trigger scintillation counters Main elements SPIN-P setup: Polarized target.

Разность между предсказаниями парциально-волновых анализов FA02 и KА84 для величины параметра Р -.

Отбор упругих событий.

Импульс пучка отрицательных пионов -. 2,07 ГэВ/с Открытые точки – результаты предыдущих измерений, выполненных коллаборацией ПИЯФ-ИТЭФ в 1991 году с использованием другой поляризованной мишени. Сплошные точки – результаты года. Сравнение результатов измерений с предсказаниями ПВА.

в) Продолжена обработка данных, полученных в экспериментах с детектором Crystal Ball на пионном канале ускорителя AGS BNL (США). Совместно с учеными из Абилинского университета (ACU) США физики ПИЯФ занимались обработкой данных по дифференциальным. сечениям реакции перезарядки р 0 n. Был проведен анализ состава пучка по времени пролета, изучены источники возможных систем. ошибок. Сравнение результатов, полученных двумя группами физиков (в ПИЯФ и в ACU), подтвердило, что систем. ошибки эксперимента не превышают (4-6)%. К настоящему времени в области импульсов налетающих -мезонов от 148 до 323 МэВ/c обработка данных завершена, результаты опубликованы. Эти результаты хорошо согласуются (за исключением точек при малых углах) с предсказаниями ПВА FA02, выполненного группой из Университета им. Джорджа Вашингтона. В анализе использовались результаты предыдущих экспериментов. В 2004 году продолжалась обработка данных, полученных в BNL при более высоких импульсах вплоть до 750 МэВ/c. Сотрудники ЛМФ ОФВЭ в свое время участвовали в проведении экспериментов в BNL и являются соавторами опубликованных в 2004 г. работ, по результатам экспериментов с использованием детектора Crystal Ball. В этой серии измерений изучены реакции р n, р 0 0 n, p 0 0, р 0 0 0, а также редкие моды распада -мезона.

Дифференциальные сечения π–р-рассеяния с перезарядкой, измеренные с использованием детектора Crystal Ball

г) На пучке меченых фотонов электронного ускорителя MAMI-В в Майнце (Германия) физики ПИЯФ участвовали в выполнении первого этапа эксперимента по измерению магнитного дипольного момента + (1232)- изобары. Эксперимент осуществляется на пучке линейно-поляризованных фотонов с использованием детектора Crystal Ball. Исследуется реакция р 0 p, фотоны и протоны регистрируются детектором Crystal Ball и дополнительным форвардным детектором TAPS. Первый этап эксперимента будет завершен к апрелю 2005 г. В левой части рисунка – схематической изображение экспериментальной установки с детектором Crystal Ball на ускорителе MAMI в Майнце, в правой части детектор Crystal Ball в разрезе.

Форвардный детектор TAPS.

д) На электронном ускорителе ELSA с энергией электронов 3.2 ГэВ в 2004 году осуществлялась модернизация многофотонного спектрометра полного поглощения Crystal Barrel, в настоящее время являющегося основной экспериментальной установкой на этом ускорителе. В ходе этой модернизации спектрометр будет перемещен на другую пучковую линию, что позволит изучать с его помощью не только фоторождение, но также и электророждение нейтральных мезонов. Для увеличения углового аксептанса Crystal Barrel будет снабжен дополнительным форвардным детектором, который способен регистрировать заряженные частицы и нейтральные продукты реакции, испускаемые под малыми углами. В разработке и изготовлении нового форвардного детектора активное участие принимают физики ПИЯФ. Детектор состоит из 90 кристаллов CsI, захватывающих угол 30 по отношению к направлению пучка фотонов и набора тонких «вето» счетчиков.

Схематическое изображение экспериментальной установки с детектором Crystal Barrel на ускорителе ELSA в Бонне. FD

14 Scintillator (fast Trigger) 2 PWC (Position determination, 4 mm Wire Spacing, 350 Wires) 480 Scintillating Fibres (High Rates, Multi Hit TDC, 2mm Fibre Diameter) Range: 95% to 25% of Electron Beam Momentum Resolution: 0,03% to 2.8% Tagger System

Эскиз форвардного детектора, создаваемого для работы в комбинации с детектором Crystal Barrel. Ускоритель ELSA, Бонн. Пучок

. На рисунке представлена энергетическая зависимость полных сечений реакции р p, измеренная коллаборацией на ускорителе ELSA. Темными квадратами показаны значения сечений, полученные в данном эксперименте, светлыми точками – результаты предыдущих измерений. Видно, что в настоящей работе впервые измерены сечения реакции р p при энергиях фотонов Е >2 ГэВ.

1) 1)Измерение дифференциальных сечений p-рассеяния с перезарядкой в области малых углов рассеяния. Д Д.Е.Баядилов, Ю.А.Белоглазов, М.Р.Кан, Н.Г.Козленко, С.П.Круглов, И.В.Лопатин, Д.В.Новинский, А.К.Радьков, В.В.Сумачев, Е.А.Филимонов. Ядерная физика 67, 512 (2004). 2) 2)Study of р charge exchange scattering for forward angles. D.E.Bayadilov, Yu.A.Beloglazov, M.R.Kan, N.G.Kozlenko, S.P.Kruglov I.V.Lopatin, D.V.Novinsky, A.K.Radkov, V.V.Sumachev, and E.A.Filimonov. Proceedings of the 10th International Conference on Hadron Spectroscopy (31 August 5 September 2003, Aschaffenberg, Germany), AIP Proceedings, vol. 717, p. 270, )Differential cross section of the charge-exchange reaction p 0 n in the momentum range from 148 to 323 MeV/c. M.Sadler, A.Kulbardis, V.Abaev, …, V.Bekrenev, …, N.Kozlenko, S.Kruglov, …, I.Lopatin, …, A.Starostin, el al. (Crystal Ball Collaboration). Phys. Rev. C69, (2004). 4) Reaction K p 0 0 from p K = 514 to 750 MeV/c. S.Prakhov, B.M.K.Nefkens, C.E.Allgower, V.Bekrenev, …, A.Koulbardis, N.Kozlenko, S.Kruglov, …, I.Lopatin, …, A.Starostin, et al. (Crystal Ball Collaboration). Phys. Rev. C69, ® (2004). 5) Measurement of p o on from threshold to p = 750 MeV/c. S.Prakhov, B.M.K.Nefkens, C.E.Allgower, V.Bekrenev, …, A.Koulbardis, N.Kozlenko, S.Kruglov, …, I.Lopatin, …,A.Starostin, et al. (Cr y stal Ball Collaboration). Phys. Rev. C 69, (2004). Публикации за 2004 год.

6) Does the (1580)3/2 resonance exist? J.Olmsted, S.Prakhov, …, V.S.Bekrenev, …, N.G.Kozlenko, S.P.Kruglov, A.A.Kulbardis, …, I.V.Lopatin, …, A.Starostin, et al. (Crystal Ball Collaboration). Phys. Lett. B 588, 29 (2004). 7) Relative branching ratio of the 0 decay channel. N.Knecht, …, V.S.Bekrenev, …, N.G.Kozlenko, S.P.Kruglov, et al. Phys. Lett. B 589, 14 (2004). 8) K p at p K = MeV/c and comparison with other 0 0 production. S.Prakhov, B.M.K.Nefkens, C.E.Allgower, V.Bekrenev, …, A.Koulbardis, N.G.Kozlenko, S.Kruglov, …, I.Lopatin, …, A.Starostin, et al. (Crystal Ball Collaboration). Phys. Rev. C70, (2004). 9) Measurement of inverse pion photoproduction at energies spanning the N(1440) resonance. S.Shafi, S.Prakhov, …, V.Bekrenev, …, A.Kulbardis, N.Kozlenko, S.Kruglov, … I.V.Lopatin, …, A.Starostin, et al. (Crystal Ball Collaboration). Phys. Rev. C70, (2004). 10) Investigation of p p 0 at ELSA in Bonn. V.Crede for the CB-ELSA and CB/TAPS Collaboration. Proceedings of the 10 th International Conference on Hadron Spectroscopy (31 August 5 September 2003, Aschaffenberg, Germany), AIP Proceedings, vol. 717, p. 236, ) Single 0 and photoproduction off the proton at CB-ELSA. O.Bartholomy for the CB-ELSA Collaboration. Proceedings of the 10 th International Conference on Hadron Spectroscopy (31 August 5 September 2003, Aschaffenberg, Germany), AIP Proceedings, vol. 717, p. 255, ) Photoproduction of mesons off protons for 0.75 GeV < E < 3 GeV. V.Credé, O.Bartholomy, …, Yu.Beloglazov, …, A.Gridnev, …, I.Lopatin, …, D.Novinski,…, A.Radkov, …, V.Sumachev, et al. (CB-ELSA Collaboration). Phys. Rev. Lett. – accepted for publication. 13) Neutral pion photoproduction in the energy range 0.3 GeV < E < 3 GeV. O.Bartholomy, V.Credé, Yu.Beloglazov, …, A.Gridnev, …, I.Lopatin, …, D.Novinski, …, A.Radkov, …, V.Sumachev, et al. (CB-ELSA Collaboration). Phys. Rev. Lett. – accepted for publication. Публикации за 2004 год.

14) Экспериментальная установка для измерения асимметрии Р в резонансной области упругого пион-протонного рассеяния. Ю.А.Белоглазов, А.И.Ковалев, С.П.Круглов, Д.В.Новинский, В.А.Щедров, В.В.Сумачев, В.Ю.Траутман, Е.А.Филимонов и др. (сотрудничество ПИЯФ-ИТЭФ).; ПТЭ 5, 1(2004). 15) The PNPI-ITEP experimental setup for the asymmetry of the elastic pion-proton scattering measurement in the resonance region. E.A.Filimonov, A.I.Kovalev, S.P.Kruglov, D.V.Novinsky, V.A.Shchedrov, V.V.Sumachev, V.Yu.Trautman, et al. (PNPI-ITEP Collaboration). Proceedings of the 10th Workshop on High Energy Spin Physics (Dubna, September 2003), Dubna, p. 372, ) Results for asymmetry measurements in the elastic pion-proton scattering in the region of differential cross section minimum. I.G.Alekseev, N.A.Bazhanov, Yu.A.Beloglazov, P.E.Budkovsky, E.I.Bunyatova, E.A.Filimonov V.P.Kanavets, A.I.Kovalev, S.P.Kruglov, …,D.V.Novinsky, …, V.A.Shchedrov, V.V.Sumachev V.Yu.Trautman, et al. (PNPI-ITEP Collaboration). Proceedings of the 10th Workshop on High Energy Spin Physics (Dubna, September 2003), Dubna, p. 316, Публикации за 2004 год.

Полное сечение упругого + p – рассеяния. Промежуточные результаты нового ПВА ПИЯФ.

Установка для поиска резонанса в упругом рассеянии. Показана схема установки для поиска криптоэкзотического резонанса в –p –p упругом рассеянии. Она состоит из следующих основных элементов: -- «импульсный» годоскоп H1, расположенный в первом фокусе магнитного канала 322. Ø -- пучковые пропорциональные камеры DC1, DC2 для определения траекторий пионов пучка Ø -- жидководородной мишени длиной 25 см Ø -- системы дрейфовых камер для регистрации продуктов реакции DC3–DC6 Ø -- системы триггерных сцинтилляционных счетчиков H2, H3 с возможностью измерения времени пролета В декабре 2004 года проведен методический сеанс: включены все элементы канала 322, получен пучок во втором фокусе – 30 мм х 7 мм (FWHM), проверен макет электроники с макетом дрейфовой камеры – получили по трем искрам разброс точек от прямой 0,17 мм (sigma).

Table 1: Elastic p- p scattering. (Regions with presumed existence of discrete ambiguities.) Number : Momentum region : Angle region : Diff. cross section : : ( MeV/c) : c.m.s.(deg.) : (mb/sr) : 700 – 900 : : : 800 – 1000 : 155 – 175 : 0.08 – : 800 – 1200 : 80 – 100 : 0.13 – : 1600 – 1900 : 50 – 70 : 0.08 – : 1800 – 2100 : 130 – 150 : 0.03 – К проекту эксперимента на ускорителе J-PARC (Япония) по измерению параметров вращения спина A и R.