Применение метода ядерных фотоэмульсий для исследования множественной фрагментации релятивистских ядер 14 N. (Работа выполнена в Лаборатории высоких энергий Объединенного института ядерных исследований, г. Дубна) Станоева Р..Ж. (ИЯИЯЭ,София)

Введение Цель настоящего исследования состояла в получении экспериментальной данных о проявлении структурных особенностей ядер азота в возбужденных состояниях выше порога распада на фрагменты в ядерной эмульсии. В настоящей работе приводятся данные по каналам диссоциации для легких ядер 14 N в событиях типа «белая» звезда. Экспериментальные данные о соотношениях наблюдаемых каналов диссоциации ядер дают представление как об общих закономерностях процесса фрагментации ядер, так и об особенностях фрагментации, связанных со структурой этого ядра.

Актуальные вопросы исследования кластеризации легких ядер при фрагментации в фотоэмульсии. Прогресс в исследованиях на пучках релятивистских ядер открывает новые подходы к решению актуальных проблем структуры ядра. Одной из таких проблем является изучение коллективных степеней свободы в возбужденных ядрах, в которых отдельные группы нуклонов ведут себя как составляющие кластеры. Указанная структурная особенность – кластеризация в возбужденных ядрах – особенно отчетливо проявляется в легких ядрах, где возможное число кластерных конфигураций относительно невелико. Кластеры. Естественными компонентами такой картины являются малонуклонные системы, не имеющие собственных возбужденных состояний. Прежде всего это α-частицы, а также дейтроны, тритоны, ядра 3 Не и, кроме того, парные состояния протонов и нейтронов.

Наиболее распространенная эта альфа- частичная кластеризация Кластеризация 12 С* 3 и 12 С* 8 Be + Событие фрагментации ядра 12 С c энергией 4.5 А ГэВ в периферическом взаимодействии на ядре эмульсии на три α частицы. На верхней фотографии видна вершина взаимодействия и струя фрагментов в узком угловом конусе. При смещении по направлению струи фрагментов (нижняя фотография) можно различить 3 фрагмента He.

Дейтронная кластеризация Заряженными фрагментами ядра 6 Li могут быть только изотопы водорода и гелия. Кластеризация 6 Li α + d. Событие фрагментации ядра 6 Li c энергией 4.5 А ГэВ в периферическом взаимодействии на ядре эмульсии на фрагменты Н и Не. На верхней фотографии видна вершина взаимодействия с очень узкая по углу пара фрагментов. При смещении по направлению струи фрагментов (нижняя фотография) можно различить однозарядной и двухзарядной фрагмент.

Продолжением исследований мультифрагментации легких четно-четных ядер с диссоциацией только на частицы является изучение вклада дейтронов в распады нечетно-нечетных ядер 10 В. Топология «белых звезд» была исследована для ядер 10 B при энергии 1.0 А ГэВ. Доля распадов 10 В* d среди событий с зарядовой топологией составила 40%. Соотношение каналов (2Не + d)/(2He + p) 1 находит аналогию с фрагментацией ядра 6 Li, где (Не + d)/(He + p) 1. Когерентная диссоциация 10 В 2α + d Событие фрагментации ядра 10 В c энергией 1 А ГэВ на 2 фрагмента Не и 1 фрагмент Н. Событие фрагментации ядра 10 В c энергией 1 А ГэВ на фрагменты Li (наверху).и Не (внизу).

Актуальность исследования кластерных степеней свободы 14 N как продолжение исследования соседних ядер. Представляет интерес выявить роль 3-частичных распадов, установленную для 10 В* d, 12 С* 3. и 16 О* 4 и расширить представления о кластеризации в ядрах с участием дейтронов. Отметим, что дейтрон, ядра 6 Li, 10 В и 14 N, принадлежат к редкому классу нечетно – нечетных стабильных ядер. Поэтому представляет интерес установить наличие дейтронной кластеризации при фрагментации релятивистского ядра 14 N Для этого было выполнено облучение эмульсии ядрами 14 N с энергией 2.1 А ГэВ. Дейтрон – альфа кластеризация для легких ядер.

Первичные данные об облучении Стопка слоев ядерной фотоэмульсии была облучена пучком ядер 14 N с импульсом 2.9 А ГэВ/с на нуклотроне ЛВЭ ОИЯИ. Слои имеют размер 10x20 см 2. При облучении пучок был направлен параллельно плоскости эмульсии вдоль ее длинной стороны. Вход пучка Положение кассеты во время облучения (вид сверху). Расположение слоев: нумерация в данном положении сверху вниз по ходу пучка, т.е. переходы треков идущих к поверхности в пластинке Х, надо искать у стекла пластины Х-1 и треки выходящие у стекла искать на поверхности в пластине Х+1.

Просмотр и отбор событий Просмотр слоев с целью поиска ядерных взаимодействий велся путем прослеживания вдоль следа на микроскопах типа МБИ-9 при увеличении 60x15. К настоящему времени набрана статистика из 540 взаимодействий ядер 14 N с ядрами эмульсии на длине 70410,37мм. Таким образом, средний методический пробег на этих пластинках составляет 130,39 мм./событие. Из этих событий 25- «белые» звезды. Их распределение по зарядовой топологии представлено в таблице 1. Заряд определялся с помощью счёта δ-электронов (100 μ). Класс событий «белые» звезды. При наборе статистики для изучения мультифрагментации ядер отбираются события без вновь рожденных частиц, что визуально проявляется в отсутствии однозарядных треков в широком угловом конусе. Как правило, в таких событиях происходит полная передача заряда первичного ядра в узкий угловой конус фрагментации. Наиболее ясная интерпретация обеспечивается для событий, которые не содержат следов и от фрагментов ядер мишени. Они образуются в случае минимальной передачи энергии фрагментирующему ядру. События такого типа из-за их вида называются «белыми» звездами. Их доля от общего числа неупругих событий составляет несколько процентов.

Событие фрагментации ядра 14 N c энергией 2,1 А ГэВ в периферическом взаимодействии на ядре эмульсии. При смещении по направлению струи фрагментов можно различить 1 фрагмент H и 3 фрагментов He. Распределе ние по зарядовой топологии «белых» звезд при диссоциаци и ядер 14 N с энергией 2.1А ГэВ «Белых» звезд Суммарный заряд, Q Заряд фрагмента, Z Суммарные, (%) (40%) (4%) (8%) (12%) (24%) 25 (100%)

Измерение углов треков вторичных частиц Определение углов вторичных частиц : ОХ направление движения первичной частицы; ОА направление движения вторичной (измеряемой) частицы; АОСполярный угол (θ); АСВ азимутальный угол (ψ); ВОС угол в плоскости эмульсии (φ); DОС глубинный угол (α). В зависимости от величины угла φ применялись координатный, либо угловой методы. Все измерения углов производились на микроскопе КСМ-1.

Результаты измерений В своем большинстве, фрагменты ядра-снаряда вылетают в переднем узком угловом конусе, угол раствора которого определяется по формуле: = р/р 0, где р Ферми–импульс, а p 0 импульс на нуклон ядра- снаряда. Из приведенной формулы видно, что чем больше энергия снаряда, тем меньше углы вылета фрагментов ядра– снаряда. Например, при импульсе ядра-снаряда 2.9 А ГэВ/с и при Ферми-импульсе 200 МэВ/с получаем 0.2/ = Результаты угловых измерений приведены для событии типа «белая» звезда для ядер 14 N с импульсом 2.9 А ГэВ/с.

Распределение по полярному углу (θ) в «белых» 14 N+Em взаимодействиях: а) фрагментов ядра-снаряда с Z=1; б) фрагментов ядра-снаряда с Z=2; с) фрагментов ядра-снаряда с Z>2. все углы в системе координат, связанной с первичной частицей

Экспериментальные значения в области от 1.5 ГэВ/с p c 8 ГэВ/c удовлетворительно аппроксимируются суммой двух гаусcианов. Максимумы аппроксимирующих распределений расположены при значениях p c, равных 2.6 ГэВ/c и 5.6 ГэВ/c и соответствуют изотопам 1 H и 2 H. Разделение однозарядных фрагментов по измерениям p c.

Распределения по поперечным импульсам для 4 He и системы из 3 4 He а) б) Полученные средние значения поперечных импульсов соответственно равны (p t ) = ± 27.4 МэВ/с, (p t ) 3 = ± 68.1 МэВ/с. Хотя их средние значения, примерно, одинаковы, их распределения существенно отличаются: если распределение для -частиц быстро падает при увеличении p t, то распределение по p t для системы из 3 симметрично относительно среднего значения.

А.М.Балдин: I + II … Безразмерные положительные релятивистски -инвариантные величины: b ik = - (p i /m i – p k /m k )2 = 2[(p i p k )/m i m k -1] = 2(u i u k – 1) i, k = I, II, 1, 2, 3, … Физический смысл b ik – расстояние между частицами в пространстве 4- мерных скоростей Классификация взаимодействий b ik область классической ядерной физики соответствует взаимодействию ядер как слабосвязанных систем, состоящих из нуклонов. 0,1< b ik > 1 адроны утрачивают значение квазичастиц ядерной материи и ядра следует рассматривать как кварк - глюонные системы.

Лидирующая роль канала при фрагментации ядер 14 N указывает на перспективность исследования систем из 3 α частиц в диапазоне b ik

Распределение по инвариантной энергии возбуждения для канала 14 N 3 при энергии 2.1 А ГэВ, нормированной на число нуклонов (M* 3α _3m α )/4n α. Имеется указание на концентрацию событий в области весьма малых энергий. Инвариантная масса Тесно связанными с переменными b ik являются инвариантная масса системы фрагментов M* 2 =(ΣP j ) 2 =Σ(P iP k ) и энергия возбуждения Q=M*_M, где М – масса основного состояния ядра.

Распределение по инвариантной энергии возбуждения для канала 14 N 3 при энергии 2.1 А ГэВ относительно основного состояния ядра 12 С. Вариант распределения, в котором отсчет энергии ведется от массы ядра 12 C, т. е. M* 3α _m С. Интересно, что события концентрируются в районе группы уровней ядра 12 C МэВ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ В работе практически применен метод ядерных эмульсии для исследования множественной фрагментации релятивистских ядер 14 N. В процессе исследования были освоенные ключевые возможности этого метода в применении к релятивистской фрагментации: определение зарядов первичных и вторичных треков; определение угловых характеристик треков; измерение импульсов методом многократного рассеяния; идентификация вторичных следов от релятивистских ядер водорода и гелия. В процессах мультифрагментации ядер 14 N определены особенности образования систем из легчайших ядер, р и d. Были отобраны события типа «белая» звезда. Для этих событий рассмотрена топология мультифрагментации Имеется указание на лидирующую роль зарядовой конфигураций 3α + p и 3α + d. Применение метода к изучению изотопного состава фрагментов ядра-снаряда 14 N в событиях типа «белая» звезда показало, что отношение протонов к дейтронам примерно 2:1. Показано, что угловые распределения фрагментов имеют ярко выраженный пик в области малых значений с последующим спадом при увеличении углов. Полученные средние значения поперечных импульсов для 4 Не и система из 3 4 Не, примерно, одинаковы - p t = ± 27.4 МэВ/с и p t 3 = ± 68.1 МэВ/с. Выполнен анализ событий с 3 альфа частицами в инвариантных переменных b ik и m ik. Это позволяет в едином виде связать данные по множественной фрагментации ядер мишени и релятивистского ядра-снаряда.