ИЗМЕРЕНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ И МАГНИТНОЙ ПОЛЯРИЗУЕМОСТЕЙ ПРОТОНА И НЕЙТРОНА. СТАТУС СОВМЕСТНОГО (ПИЯФ-ТУД) ЭКСПЕРИМЕНТА НА ЭЛЕКТРОННОМ УСКОРИТЕЛЕ (S-DALINAC) В ДАРМШТАДТЕ, ГЕРМАНИЯ.

ГАТЧИНА 1996 РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ПЕТЕРБУРГСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ ИМ. Б.П.КОНСТАНГИНОВА D.V. Balin, M.J. Borkowski, V.P. Chizhov, G.A. Kolomensky, E.M. Maev, D.M.Seliverstov, G.G. Semenchuk, Yu.V. Smirenin, A.A.Vasiliev, A.A. Vorobyov, N.Yu. Zaitsev ГАТЧИНА 1996 Compton Scattering on Protons: Project of Experimental Determination of Electric and Magnetic Polarizabilities of the Proton ГАТЧИНА 1996

Электрическая и магнитная поляризуемости нуклона, α and β, являются фундаментальными характеристиками протонов и нейтронов. Они характеризуют способность нуклона деформироваться под воздействием внешнего электромагнитного поля. d = α E μ = β B

Дифференциальное сечение Комптоновского рассеяния

V. Olmos de Leon et al., Eur. Phys. J. A 10, 207 (2001).

Правило сумм: α p + β p = /- 0.4 [10 -4 fm 3 ] Поляризуемость протона: α p = /- 0.5(stat) +/- 1.3(syst) +/-0.3(mod) β p = 1.2 +/- 0.7(stat) +/- 1.3(syst) +/-0.3(mod) Eur.Phys.J.A10,207 ( Mainz,2001) Поляризуемость нейтрона: a n = /-1.8(stat) +/-1.1(syst) +/-1.1(mod) b n = 2.7 +/-1.8(stat) +/- 1.1(syst) +/-1.1(mod) Phys.Rev.Lett.88,162301( Mainz,2002)

Kinematics of the experiment φ p 90° – θ γ /2 E p,d is measured with the help of the ionization chambers

Ускоритель и экспериментальный зал IKP TUD

Bremsstrahlung facility

Schematic view of the experimental setup 1 – bremsstrahlung converter, 2 – collimation system, 3 – electron beam dump, 4 – concrete shielding, 5 – hydrogen-filled ionization chambers, 6 – γ spectrometers, 7 – collimation system, 8 – position sensitive ionization chamber, Gaussian quantometer, γ beam dump, 9 – γ spectrometers

γ beam profile

Schematic top-view of the hydrogen-filled high-pressure ionization chambers 1, 6 – berillium windows, 2 – cleaning magnets, 3 – ionization chamber to measure γ- scattering on 90°, 4 – berillium windows, 5 – ionization chamber to measure γ- scattering on 130°

High-pressure (90 bar) hydrogen-filled ionization chambers at TUD

Anode-strips geometry (top view)

A signal on the anode of the ionization chamber from a recoil proton

Schematic view of a 10 x 14 NaI(Tl) spectrometer

NaI(Tl) spectrometer

E p – E γ correlation

Сечения γр- рассеяния dσ/dΩ (nb/sr)

COUNTING RATE INCREASE WITH THE NEW IC CHAMBER NEW ICOLD IC COUNTING RATE INCREASE Target length90 mm60 mm1.5 Target width30 mm20 mm1.5 Target height15 mm10 mm1.5 NEW Nal-IC geometry OLD Nal-IC geometry COUNTING RATE INCREASE IC to Nal distance60 cm110 cm3.3 Horizontal Be window size 15 cm10 cm Vertical Be window size 34 mm20 mm TOTAL COUNTING RATE INCREASE ~ 10 Увеличение толщины γ-радиатора – увеличение интенсивности γ-пучка

BEAM TIME ESTIMATION Minimum scenario: I e = 3 μA, E e = 60 MeV, T= 1000 h (6 weeks) N γ p = events, Δα ~ 0.6, Δβ ~ 0.7 (10 -4 fm 3 ) Maximum scenario: I e = 10 μA, E e = 100 MeV, T= 1000 h (6 weeks) N γ p = events, Δα ~ 0.2, Δβ ~ 0.3 (10 -4 fm 3 )

Bremsstrahlung spectrum of photons (E e =71 MeV)

Cathode-grid-anode geometry of the chambers (side view) Maximum drift time is ~ 3.5 μs

d σ / d Ω ( ° ) 1. 5 d σ / d Ω ( 9 0 ° ) А в э к с п е р и м е н т е N ( ° ) < N ( 9 0 ° ) ? Энергетический спектр фотонов, рассеянных на малый угол.

Drift-time distribution of signals from recoil protons Drift velocity is ~ 5 mm/μs

ТЕОРИЯ Нерелятивистская кварковая модель: α p fm 3, β p fm 3 Киральные кварковые модели: α p fm 3, β p fm 3 Киральные солитонные модели: α p fm 3, β p – fm 3

Veto detector before the NaI spectrometer to exclude background from electrons ( ~5% )

1996 г. – предложение о проведении эксперимента в ТУД 1999 г. – Ti IC в IKP TUD 2000 г. – проблемы с камерой 2001 г. – Fe IC в IKP TUD 2004 г. – 1 день набора данных на пучке электронов 1μА 2006 г. – диссертация Steffen Watzlawik 2004 г. – начато изготовление камеры на 2 угла рассеяния 2005 г. – новая камера в IKP TUD (с задержкой в 0.5 года) проблемы со сваркой и электродами 2006 г. – набор данных в течение 1 недели на пучке 60 МэВ, 3 μА (набрано около 1000 событий) 2007 г. – набор данных в течение 3 недель на пучке 70 МэВ, 1 μА (ускоритель работал неустойчиво,набрано около 250 событий) 2008 г. – калибровка NaI спектрометра 2009 г. – диссертация О. Евецки