Фотоядерные исследования на накопителях электронов ...
DESCRIPTION
Фотоядерные исследования на накопителях электронов и тяжелых ионов. В.Г.Недорезов Институт ядерных исследований РАН, Москва. Виртуальные фотоны Рассеяние электронов и тяжелых ионов. Электромагнитный форм-фактор: - PowerPoint PPT PresentationTRANSCRIPT
Фотоядерные исследования на накопителях электронов
и тяжелых ионов
В.Г.Недорезов
Институт ядерных исследований РАН, Москва
Виртуальные фотоныРассеяние электронов и тяжелых ионов
• Электромагнитный форм-фактор:• ds/dW = ds/dW Mott x [(F1 gN )2 +t (F2 gN )2 + 2t ( F1 gN +F1 gN )2 tan2 (q/2)] • t = Q2 /4MN2 , • F1,2 g,p = 2/3 F1,2 u - 1/3 F1,2 d - 1/3 F1,2 s ,• F1,2 gN = 2/3 F1,2 d - 1/3 F1,2 u - 1/3 F1,2 s
Фотоны и лептоны Тяжелые ионы
ELISE FAIR-NUSTAR
GRAAL NIKA SPring8
Легкие ядра, нуклоны Тяжелые ядраПоляризационные эксперименты
Спиновая структура нуклонов Экстремальные
Нуклонные резонансы состояния Фоторождение тяжелых мезонов материи
EMIN-2006, Moscow
Кулоновская диссоциацияЭкспериментальные данные
Деление ядер 238U под действием 208Pb
[W.Brushe, S.M.Polikanov e.a. Scientific report GSI 93-1 (1993) p.67.]
Кулоновская диссоциацияЭкспериментальные данные
Фотонейтронные реакции
18O (1.7 GeV/n) +
Be, C,AL,Ti, Cu, Sn, W, Pb, U
[D.E.Greiner, B.L.Berman e.a. Phys.Rev. C24 (1981) 4, 1529.]
18O + U
Кулоновская диссоциацияЭкспериментальные данные
Фотонейтронные реакции 1.7A GeV 20Ne + 197Au (метод наведенной активности)
[T.Aumann e.a. Nucl.Phys. A569 (1994) 157.]
Кулоновская диссоциацияЭкспериментальные данные
Фотонейтронные реакции 1.7A GeV 20Ne + 197Au (метод наведенной активности)
[T.Aumann e.a. Nucl.Phys. A569 (1994) 157.]
Среднее число фотонов, поглощаемых в столкновениях Au + Au (RHIK) и Pb + Pb (LHC)
b – impact parameter LO – leading order
I.A.Pschenichnov , EMIN 2006
Полное сечение электромагнитной диссоциации для разных порядков (по числу вершин) взаимодействия
I.A.Pschenichnov, EMIN 2006
Вопросы к теоретикам:
• Почему сечения слабо зависят от числа вершин взаимодействия? (однофотонный, двухфотонный обмен и т.д.)
• Как учитывается мультипольность взаимодействия ? (Е1, Е2, М1 и др.) при расчете сечений и спектров?
• Какие поправки дают учет размеров ядра, искажение плоской волны и др. при расчете спектров виртуальных фотонов?
Спектр виртуальных фотонов
l – мультипольность, постоянная тонкой структуры,
СL - структурная ф-ция:
СL= 2(Ee –Eдля l = E1,
СL= 0для l = M1,
СL= 8/3 [(Ee –Eдля l = E2,
СL зависит также от размеров ядра и его заряда [В.Г.Недорезов, Ю.Н.Ранюк. Фотоделение ядер за
гигантским резонансом]. Гл.1. «Наукова думка» (1989).]
})(2
ln])(1{[),( 2L
ee
eee
e
eee
l CEm
mEEx
E
EEEEEN
Вопросы к экспериментаторам:
• Как измерить спектр виртуальных фотонов?• Как разделить вклады от однофотонных, двухфотонных и
т.д.обменов?• Как извлечь ядерный формфактор? Что нового о структуре ядра
можно получить в экспериментах с тяжелыми ионами? Гигантские резонансы в ядрах.
• Интерференция ядерных и атомных возбуждений:
Рождение е+е- пар, тормозное излучение
Эксперименты на внутренних мишенях
photon – electron back scattering
LASER (hw = 2.34 эВ) Gamma beam Electron beam Е = 140 МэВ Е = 2.5 ГэВ
Be MIRROR
intensity (photon/s):
Argon (UV) 107 [V.G.Nedorezov, A.A.Turinge, Yu.M.Shatunov,
СО2 (IR) 1010 UFN 47 (2004) 341]
FEL 1012
Recirculation 1015
Метод обратного комптоновского рассеяния
1963 Расчет сечений комптоновского рассеяния 1.Ф.Р.Арутюнян, В.А.Туманян. ЖЭТФ 44 (1963) 6, 2100. 2.H.Milburn, Phys.Rev.Lett. 10 (1963) 3, 75.1 977 Экспериментальное подтверждение. ФИАН Л.А.Колесников и др. Тр. 4-го Семинара “EMIN -1977” Москва (1977) М., Наука (1979) , 338.1983 Первый пучок и отработка метода.Фраскати – LADONE M.P.Pascale e.a. Proc. Of the 4 course of the
Int.Sch. on Intermediate Energies., San-Miniato, (1983), WS (1983) 4121985 Первые фотоядерные эксперименты ИЯФ СО РАН (Новосибирск) совместно с ИЯИ РАН – РОКК-1,2
A.A.Kazakov, G.Ya.Kezerashvili, L.E.Lazareva, V.G.Nedorezov, A.N.Skrinsky, G.M.Tumaikin, Yu.M.Shatunov. Proc. of the II Int. Seminar on Spin Phenomena in High Energy Physics, Serpukhov (1985) 140; Proc. of the IX Conf. of Charged Particles, Dubna (1985) v.2, 268.
1985 Поляризационные эксперименты. BNL – LEGS D.H.Dowell e.a. Progress Rep. (1985) BNL 37623 , p. 29.1993 Фоторождение тяжелых мезонов Гренобль ESRF – GRAAL J.P.Bocquet e.a. Proc. of the XIII Particle an
Nuclear Int. Conf., (PANIC) Perudja, (1993).1999 Исследование нуклонных резонансов Осака SP-ring - LEPS K. Ahn e.a. Proc. Accelerator science
and technology, Wako (1999), p141.
1991 Интенсивные гамма - пучки с использованием длинноволновых лазеров Осака SP-ring H.Ohgaki e.a. IEEE Trans.Nucl.Sci. 38 (1991) 386.
1996 Интенсивные гамма - пучки c использованием лазера на свободных электронах Университет Duke V.Litvinenko e.a. NIM A 375 (1996) 74.
GRAAL
E=600÷1500 МeV
E=16 МeV
P100%
NOT IN SCALE
Результаты
Результаты
Асимметрия реакции p –> n Асимметрия реакции p –> p+n
Мультипольный анализ (сплошные линии), изобарная модель (пунктир)
Результаты
Дифференциальные сечения
фоторождения – мезонов на протоне.
Справа - результаты аппроксимации
(a + b cosc cos2
Анизотропия скорости света по отношению к диполю реликтового излучения
21
1
22 1
1
dd
2
1
410e
e
m
E
Amplification factor of 108
EXPERIMENT
Превышение полных сечений фотопоглощения тяжелых ядер над «универсальной кривой»
N
I.A. Pshenichnov, B.L.Berman, e.a. e-Print Archive: nucl- th/0303070.
Первое указание: A.A. Kazakov,e.a.JETP Lett.40:1271-1274,1984.
Взаимодействие мезонов с ядерной средой:
- Нестабильные короткоживущие мезоны- Экзотические ядра (эта-мезонные связанные состояния и др.)
- Распространение нуклонных изобар в ядерной среде- Внутриядерные каскады
Корреляционный анализ нуклонов отдачи [EMIN-2001, p.170 ]
135 547 768 782 M, MeV
- Ядро – сумма квазисвободных нуклонов детектор + полная кинематика
- Низкий уровень фона
Propagaion of mesons and nucleons in nuclear media:
INC – Intra - Nuclear Cascade
[Moscow, EMIN-2001, p.170 ]
Probability of secondary interactions between meson and intra-nuclear nucleon :
where – cross section, nuclear density (0.17 Fm-3), l – free mean pass.
el in
Probability for zero and one interaction step within INC :
The ratio = 6.7 for slow –mesons (=150 mb)
Life time of unstable mesons depends on its velocity; for slow – mesons the free mean pass l = 3 Fm.
)exp(!
)()( l
k
lkw
k
)exp()0(
)0( lld
dww
)1exp()1(
)1( lld
dww
1)1(
)1( l
w
w
INC prediction for different cascade steps [Moscow, EMIN-2001, p.170 ]
Simulations with LAGGEN+INC code for meson photoproduction on 14-N nucleus
(p = 20 – 100 ); multiple mesons (1-4) are included
Correlations between momentum
and angle of the primary INC
proton show that different meson
regions are clearly separated
[Moscow, EMIN-2001, p.170 ]
Correlations between momentum and angle of the primary INC protonshow that different meson regions are clearly separated
Simulations with LAGGEN+INC code for meson photoproduction on 14N nucleus
(E 1.5 GeV); multiple mesons (1-4) are included
Deuteron target, E= 900-920 MeV, =250, Ncharge tracks >= 1, SIMULATION EXPERIMENT (GRAAL DATA)
gamma+p --> pi0+pgamma+n --> pi-+pgamma+p --> rho0+pgamma+n --> rho-+pgamma+p --> eta+pgamma+p --> omega+p
Simulation: 2D target
Number of the charged tracks in forward >= 1
2<theta<10 30<theta<402<theta<10
simulation
Experiment Kinematics is not included
Number of the charged tracks in forward = 1Number of the neutral clusters in BGO = 2
20<theta<100
Number of the charged tracks in forward >= 1
gamma+d --> all channelsgamma+p --> pi0+pgamma+n --> pi-+pgamma+p --> eta+p
simulation experiment
Number of the charged tracks in forward = 1Number of the neutral clusters in BGO = 2
gamma+d --> all channelsgamma+p --> pi0+pgamma+n --> pi-+pgamma+p --> eta+p
simulation experiment
Number of tre charged tracks in forward >= 1gamma+d --> all channelsgamma+p --> pi0+pgamma+n --> pi-+pgamma+p --> eta+p
simulation experiment
Egamma = 790-810 MeV
Number of the charged tracks in forward = 1Number of the neutral clusters in BGO = 2
gamma+d --> all channelsgamma+p --> pi0+pgamma+n --> pi-+pgamma+p --> eta+p
simulation experiment
Egamma = 790-810 MeV
simulation
gamma+p --> pi0+pgamma+n --> pi-+pgamma+p --> eta+p
Number of the charged tracks in forward >= 1
Egamma = 790-810 MeV
Number of the charged tracks in forward >= 1
simulation experiment
Egamma = 790-810 MeV
Number of thre charged tracks in forward = 1Number of the neutral clusters in BGO = 2
simulation experiment
Egamma = 790-810 MeV
Experiment on deutron Simulations done with INC code on14N nucleus
Angle vs momentum correlation of primary recoil proton
GRAAL beam
• Low electromagnetic background• Small low energy “tail”
GRAAL backgrounds
Total yield after subtraction of the
empty target contribution :
Experiment & Simulation
• NUSTAR International Nuclear Structure and Astrophysics Community
•Introduction
• Super-FRS
• Super-FRS:
• Ring Branch
• LEB ELISe EXL ILIMA Exo pBar AIC
• Super-FRS: Low Energy Branch
• HISPEC/DESPEC LASPECMATS NCAP
• Super-FRS: High Energy Branch
• R3B
The ELISe Project – part of FAIR at GSI
Expected luminosities for the eA collider in the interaction zone. A full simulation is done for each isotope, calculating optimized degrader settings for the separator and deducing
losses due to transmission and nuclear and atomic lifetime.
Заключение
• Фотоядерные исследования на накопителях электронов и тяжелых ионов имеют перспективу:
Общие вопросы к рассеянию электронов и тяжелых ионов:
• Спектр виртуальных фотонов и ядерный формфактор.
• Электродинамика высоких порядков (однофотонные, двухфотонные и т.д.обмены)
• Гигантские резонансы в ядрах. Когерентные возбуждения ядерной материи.
• Интерференция ядерных и атомных возбуждений:
• Свойства экзотических ядер.
Роль М.А.Маркова в развитии новых
направлений фотоядерных исследований
Метод обратного комптоновского рассеяния1963 Расчет сечений комптоновского рассеяния 1.Ф.Р.Арутюнян, В.А.Туманян. ЖЭТФ 44 (1963) 6, 2100. 2.H.Milburn, Phys.Rev.Lett. 10 (1963) 3, 75.1 977 Экспериментальное подтверждение. ФИАН Л.А.Колесников и др. Тр. 4-го Семинара “EMIN -1977” Москва (1977) М., Наука (1979) , 338.1983 Первый пучок и отработка метода.Фраскати – LADONE M.P.Pascale e.a. Proc. Of the 4 course of the Int.Sch. on Intermediate
Energies., San-Miniato, (1983), WS (1983) 4121985 Первые фотоядерные эксперименты ИЯФ СО РАН (Новосибирск) совместно с ИЯИ РАН – РОКК-1,2 A.A.Kazakov,
G.Ya.Kezerashvili, L.E.Lazareva, V.G.Nedorezov, A.N.Skrinsky, G.M.Tumaikin, Yu.M.Shatunov. Proc. of the II Int. Seminar on Spin Phenomena in High Energy Physics, Serpukhov (1985) 140; Proc. of the IX Conf. of Charged Particles, Dubna (1985) v.2, 268.
1985 Поляризационные эксперименты. BNL – LEGS D.H.Dowell e.a. Progress Rep. (1985) BNL 37623 , p. 29.1993 Фоторождение тяжелых мезонов Гренобль ESRF – GRAAL J.P.Bocquet e.a. Proc. of the XIII Particle an Nuclear Int. Conf.,
(PANIC) Perudja, (1993).1999 Исследование нуклонных резонансов Осака SP-ring - LEPS K. Ahn e.a. Proc. Accelerator science and technology, Wako
(1999), p141.
1991 Интенсивные гамма - пучки с использованием длинноволновых лазеров Осака SP-ring H.Ohgaki e.a. IEEE Trans.Nucl.Sci. 38 (1991) 386.
1996 Интенсивные гамма - пучки c использованием лазера на свободных электронах Университет Duke V.Litvinenko e.a. NIM A 375 (1996) 74.