Эксперименты с применением эффекта каналирования в изогнутом кристалле при высоких энергиях тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, доктор физико-математических наук Ханзадеев, Алексей Викентьевич

• Ханзадеев, Алексей Викентьевич
• доктор физико-математических наук
• 1999

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Ханзадеев, Алексей Викентьевич

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ НАБЛЮДЕНИЕ ПОВОРОТА ВЕКТОРА ПОЛЯРИЗАЦИИ ПУЧКА Е+ ГИПЕРОНОВ С ПОМОЩЬЮ КАНАЛИРОВАНИЯ В ИЗОГНУТОМ КРИСТАЛЛЕ.

1.1. Введение.

1.2. Экспериментальная установка.

1.3. Кристаллическая мишень.

1.4. Триггер на каналирование.

1.5. Обработка и анализ экспериментальных данных.

1.5.1. Отбор каналирующих частиц и измерение угла отклонения кристаллом.

1.5.2. Реконструкция каналирующих гиперонов.

1.5.3. Наблюдение прецесси спина и измерение магнитного момента

Е+ гиперона.

1.6. Возможные пути увеличения скорости набора статистики в эксперименте по измерению магнитного момента с помощью изогнутого кристалла.

Глава 2. ИЗМЕРЕНИЕ МАГНИТНОГО МОМЕНТА А+с БАРИОНА МЕТОДОМ КАНАЛИРОВАНИЯ В ИЗОГНУТОМ КРИСТАЛЛЕ (АНАЛИЗ ВОЗМОЖНОСТЕЙ УСТАНОВКИ ЭКСПЕРИМЕНТА Е781, ФЕРМИЛАБ, США).

2.1. Предсказание магнитных моментов очарованных барионов.

2.2. Необходимые условия для измерения магнитного момента очарованных барионов.

2.3. Прецессия вектора спина в изогнутом кристалле.

2.4. Экспериментальная установка.

2.4.1. Угловой аксептанс предполагаемой экспериментальной установки.

2.4.2. Составные элементы экспериментальной установки.

2.4.2.1. Вершинный детектор и счетчик 1С.

2.4.2.2. Спектрометр Ml.

2.4.2.3. Спектрометр М2.

2.4.2.4. Спектрометр МЗ.

2.4.3. Оптимизация параметров кристалла.

2.4.4. Предварительная оценка времени, необходимого для набора статистики.

2.4.5. Триггер.

2.4.6. Off-line восстановление событий.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Эксперименты с применением эффекта каналирования в изогнутом кристалле при высоких энергиях»

4.2. Эксперимент. 125

4.3. Установка. . 129

4.3.1. Изогнутый кристалл и относящееся к нему устройство.129

4.3.1.1. Кристалл. 129

4.3.1.2. Изгибающее устройство.129

4.3.1.3. Гониометр.130

4.3.2. Детекторы линии вывода. 131

4.3.3. Диагностические детекторы ускорителя.135

4.4. Каналирование в Е853. 136

4.4.1. Выстройка кристалла.137

4.4.2. Размер выведенного пучка.138

4.4.3. Деканалирование.140

4.5. Первое наблюдение вывода. 141

4.6. Эффективность вывода и интенсивность выведенного пучка. 144

4.6.1. Способы измерения эффективности. 144

4.6.2. Вывод при работе ускорителя с протон-антипротонными столкновениями. 147

4.6.3. Влияние на вывод "пролетающей нити".149

4.7. Организация тестового пучка в Фермилаб. 152

ЗАКЛЮЧЕНИЕ. 155

ЛИТЕРАТУРА. 157

Введение.

Идея о существовании эффекта каналирования возникла тогда, когда с помощью дифракции рентгеновских лучей было окончательно доказано существование кристаллической решетки (начало века). Первые эксперименты показали, что коллимированный пучок рентгеновских лучей, попадая на кристалл, разбивается на несколько пучков, образующих на фотопластинке так называемые пятна Лауэ. У.Г. Брэгг и У.Л. Брэгг, привлекая фотонную модель рентгеновского излучения, предложили объяснение лауэграмм на основе представлений о том, что рассеянные фотоны выходят из кристалла легче всего вдоль открытых каналов, которые, как предполагалось, существуют между атомными рядами в кристалле. Для проверки этой идеи они провели эксперимент, в котором кристалл поворачивался на некоторый угол. Если бы их предположение оказалось верным, то пятна на лауэграммах должны были бы повернуться на тот же угол. На самом же деле этот известный эксперимент показал вращение на угол вдвое больше, что привело к представлению о кристалле как о наборе плоскостей, действующих подобно зеркалам. Первая модель Брэггов теперь называется каналированием. Не смотря на то, что каналирование оказалось непригодным для описания рассеяния рентгеновских лучей, его существование для заряженных частиц было продемонстрировано экспериментально в 60-е годы (хотя провести эксперимент с заряженными частицами предложено Штарком еще в 1912 году).

Вообще 60-е годы отмечены всплеском активности в исследовании различных ориентационных эффектов, возникающих при прохождении заряженных частиц через кристаллы. В начале исследования в основном концентрировались в области низких энергий, что привело к разработке (на основе проявлений эффекта каналирования) в 70-х годах ряда методов изучения структуры, степени совершенства кристаллов и различных физических процессов, протекающих в них [1,2-7]. Однако в последующие годы интерес сместился к изучению каналирования частиц высоких и сверхвысоких энергий. Стимулирующее воздействие на экспериментальные исследования в этой области оказали теоретические предсказания ряда новых физических явлений, связанных с каналированием релятивистских частиц: эффект спонтанного излучения [8-11], вращение спина частиц [1214], радиационная поляризация электрон-позитронных пучков [15-17], электромагнитная конверсия фононов [18], поворот пучка заряженных частиц изогнутым кристаллом [19,20] и т.д.

Поясним (в объеме, достаточном для обсуждения экспериментов, лежащих в основе данной работы) несколько подробнее суть эффекта каналирования [21-23]. При этом под "каналированием" будем понимать "плоскостное каналирование", имеющее место для положительно заряженных частиц. Более того, речь пойдет о высокоэнергетичных частицах с массами порядка массы протона, что существенно упрощает картину.

Пусть положительно заряженная частица влетает в монокристалл под достаточно малым углом 9 по отношению к определенной кристаллографической плоскости. Каналирование - это режим движения, при котором частица, совершающая устойчивые колебания между двумя плоскостями (т.е. ее движение в направлении, перпендикулярном плоскостям, ограничено), перемещается вдоль плоскостей, оставаясь в межплоскостном пространстве. При каналировании процесс взаимодействия с кристаллом выглядит как совокупность последовательных актов упругого рассеяния от кристаллографических плоскостей, т.е. после отражения от одной плоскости частица будет падать под тем же углом 0 на соседнюю (параллельную первой), отражаясь от нее, снова упадет на первоначальную и т.д. Такой режим движения приводит к тому, что частица большую часть времени прохождения через кристалл проводит вдали от узлов кристаллической решетки, т.е. в областях кристалла с относительно малыми ядерной и электронной плотностями. Таким образом, для каналирующей частицы должен наблюдаться ряд характерных особенностей: резкое уменьшение интенсивности ядерных реакций, существенное уменьшение ионизационных потерь энергии, увеличение длины пробега, изменение характера многократного кулоновского рассеяния.

В приведенном описании эффекта каналирования ключевым является понятие - "отражение от кристаллографической плоскости". Это означает, что при определенных обстоятельствах кристалл воздействует на частицу не как совокупность отдельно стоящих независимых центров рассеяния, а скоррелировано, т.е. частица одновременно (когерентно) взаимодействует с группой атомов, составляющих кристаллографическую плоскость.

Каковы должны быть эти обстоятельства? На первый взгляд может показаться, что влияние всей среды в целом должно сказываться при прохождении через вещество тогда, когда длина волны частицы Л,=Ь/р (р -импульс частицы) превышает расстояние между атомами ((1) или сравнима с ними (как в случае черенковского и переходного излучения в аморфных средах или дифракционных процессов в кристаллах), в противном случае (А.<ё) реакции происходят на отдельных атомах независимо друг от друга. Однако, это не совсем так.

Волновые свойства частицы приводят к тому (в соответствии с принципом неопределенности), что изменение импульса частицы не может произойти в точке, а изменение энергии не может быть мгновенным. То есть взаимодействие происходит в конечной области пространства и за конечное время. Это можно показать на примере упругого рассеяния быстрой заряженной частицы на атоме. Ограничимся простейшим случаем, когда рассеивающее поле может рассматриваться как возмущение (случай далеких соударений, соответственно малых углов рассеяния). Тогда, амплитуда рассеяния

Ыи(г)е"1ч,с1У, (*) где д=рг"р| - передаваемый атому импульс;

Pi f - импульсы частицы до и после рассеяния;

U ( г ) - потенциал поля ядра и экранирующих его атомных электронов. Абсолютная величина переданного импульса q=2p¡ sin 0/2, где 0 - угол между p¡ и pf, т.е. угол рассеяния. При малых скоростях в (*) можно положить е"'чг=1 и, тогда, f~J UdV, а если U=U ( г ), то f~Jb (г) r2dr. То есть рассеяние оказывается изотропным по направлениям и не зависящим от скорости. В случае же больших скоростей рассеяние резко анизотропно и направлено вперед в узком конусе с углом раствора G~l/(piR), где R -эффективный радиус действия поля U ( г ). С ростом энергии налетающей частицы направленность вперед усиливается. Действительно, вне этого конуса величина q велика, множитель e"iqr есть быстроосциллирующая функция и интеграл от его произведения на медленно меняющуюся функцию U близок к нулю. Если передаваемый атому импульс q и радиус-вектор г разложить на компоненты (q±,r! и q^ry), соответственно перпендикулярные и продольные по отношению к первоначальному импульсу рь то в соответствии с соотношением неопределенности можно выделить область пространства с размерами rj~h/qi и rrh/qn, в которой взаимодействие происходит "одновременно". Поперечные размеры этой области определяются радиусом действия потенциала и (г). В продольном же направлении при малых углах рассеяния (Gcl/piR) область чрезвычайно вытянута вперед, причем с ростом энергии ее продольные

1 О размеры растут, поскольку qn=(Pi-Pf)||=qi"/2pi, и гц~ (2p-¡h) /qj.-.

Если q|| настолько мало, что на расстоянии q^1 (вдоль оси движения) уместится не один атом, а несколько, то U(r) будет определяться суммой полей всех атомов, попадающих в эту область (атомы будут действовать когерентно). То есть амплитуды упругого рассеяния частицы на разных

9 9 атомах, расположенных на участке длиной lKOr.=r||=(2pih) /q =2h/pi0~, называемой длиной когерентности, могут складываться в фазе, что, соответственно, приведет к возрастанию сечения упругого рассеяния: daN(0)=da, (0) ( lKor/d)2, где N=lKor/d - число атомов, укладывающихся на длине когерентности, d- расстояние между атомами, dai (0) - сечение рассеяния на одном атоме.

Очевидно, амплитуды могут сложиться в фазе при упорядоченном расположении атомов вдоль движения частицы, то есть эффекты когерентности, связанные с упругим рассеянием быстрых заряженных частиц, возможны в монокристалле и должны быть пренебрежимо малы в аморфных средах.

Подводя итог, можно сказать, что при каналировании рассеяние происходит одновременно на группе атомов, принадлежащих кристаллографической плоскости, вдоль которой движется частица, и для описания этого рассеяния может быть использован суммарный потенциал атомов плоскости, усредненный по расположению атомов в этой плоскости. Другими словами каналирующая частица движется в потенциальной яме, образованной двумя соседними кристаллографическими плоскостями.

Отметим, что с ростом энергии (уменьшение длины волны частицы) частица все более локализована в пространстве и все более классическим становится характер ее движения в кристалле. Конечно, при сверхвысоких энергиях, когда существенный вклад начинает вносить излучение (например, для протонов это энергии >10 ТэВ), вновь возникает необходимость учета квантовых эффектов.

Рассмотрение каналирования в рамках классической механики с помощью усредненных потенциалов было проведено Линдхардом [24]. Траектория частицы в канале характеризуется ее смещением у от оси канала (вернее, от плоскости, расположенной на равных расстояниях между двумя кристаллографическими плоскостями) и углом 0 между скоростью частицы и осью канала (при выборе системы координат таким образом, что кристаллографические плоскости перпендикулярны оси у, на оси канала у=0, частица движется в плоскости уг при х=сопз1). Очевидно, что на оси канала влияние усредненного потенциала и (у) минимально и, соответственно, минимальной будет и потенциальная энергия. Это значение энергии можно принять за точку отсчета. Захват частицы в режим каналирования определяется соотношением между энергией поперечного движения

2 ^ р 9"/2ш (напомним, что при малых 9 поперечная составляющая импульса -р0) и высотой потенциального барьера, созданного атомами плоскости. Полная энергия поперечного движения частицы: Е±=р2е02/2т=р292/2т+ и (у), 90 - значение угла 9 на оси канала.

Если координата точки наибольшего сближения частицы со стенкой канала есть у0 (в этой точке скорость поперечного движения меняет знак, то есть обращается в нуль), то:

Е±=£09о2=р29о2/2т= и(у0}, где Е0 - полная энергия частицы. То есть %=р{у)1Еп

Тепловые колебания решетки кристалла изменяют условия отражения в различных точках. Очевидно, что тепловые колебания будут несущественны, если расстояние наибольшего сближения частицы со стенкой канала велико по сравнению с тепловым смещением атомов из положения равновесия. Условие применимости усредненного потенциала имеет вид

Уо<У,=^-^Я2+<и2 > (1) где Л - радиус экранирования потенциала атома, <и2> - средний квадрат теплового смещения атома, а - постоянная решетки.

Так как усредненный потенциал растет с увеличением у, ограничение сверху на у0 ограничивает сверху и углы 0О:

0о<еь=Л/^,)/£" (2)

Частицы, приблизившиеся к стенке канала на меньшее расстояние, чем это разрешено условием (1), отражаются от кристаллографической плоскости под большими углами и пересекают ось канала под углами, большими 0^ В результате такие частицы выходят из режима каналирования и при движении могут проходить через стенки канала. Поэтому основное отличие каналированных частиц от неканалированных - сохранение малых углов между скоростью частицы и кристаллографической плоскостью в соответствии с (2), а, следовательно, и сохранение малой величины энергии поперечного движения, которая не позволяет частице пройти через потенциальный барьер стенки канала. Захват в режим каналирования при влете частицы в монокристалл возможен в том случае, если скорость частицы образует с кристаллографической плоскостью малый угол, удовлетворяющий условию (2). Это условие впервые было сформулировано Линдхардом [24], и угол 9Г часто называют критическим углом Линдхарда. Более точный расчет, учитывающий релятивистские эффекты, приводит к выражению [3]:

01 - кТ

II - глубина межплоскостного потенциала, . 2 тп+Т

- релятивистский фактор,

2 (т + Т)

Т - кинетическая энергия частицы, т - масса покоя частицы. В пределе сверхвысоких энергий ¿=1/2 и

М 2Ш- )''

Значения угла можно оценить, зная усредненный потенциал £/(у/).Для аналитических расчетов используются различные модельные потенциалы: прямоугольная яма [25], параболический потенциал [26], потенциал Мольера [27,28], потенциал из работы [29] и т.п. Так, при 7^100 ГэВ значение 0ь=2Омкрад.

На движение в непрерывном потенциале атомных плоскостей накладывается многократное рассеяние на электронах, тепловых колебаниях ядер решетки, дефектах кристалла, флуктуациях межплоскостного потенциала и т.д. [4,24], что может приводить к деканалированию.

Качественно интенсивность процесса деканалирования принято оценивать по так называемой длине деканалирования [3]:

Т (мм), где Ь1/2 - длина половинного ослабления пучка каналированных частиц,

Т- кинетическая энергия в ГэВ.

Видно, что с увеличением энергии частиц увеличивается длина пути в режиме каналирования, и при энергиях в сотни ГэВ частица может проходить десятки сантиметров в режиме каналирования. В том числе и этим объясняется возрастающий интерес к каналированию частиц высоких и сверхвысоких энергий.

В 1976 году Э.Н.Цыгановым была высказана гипотеза о том, что при некотором изгибе кристалла частица будет отслеживать изогнутый канал и, таким образом, откланяться [19,20]. Движение частицы по изогнутой траектории сопровождается действием на нее центробежной силы, которая видоизменяет межплоскостной эффективный потенциал. Т.е. каналирование в изогнутом кристалле (с постоянной кривизной) может рассматриваться как движение в эффективном межплоскостном потенциале плоского кристалла с добавочным членом, обусловленным действием центробежных сил: иэф(у)=Щу) - крчу, где

Я - радиус изгиба кристалла, у - расстояние от плоскости, равноудаленной от атомных плоскостей, р,у - импульс и скорость частицы, к=1Я1- кривизна.

Изгиб приводит к смещению равновесной траектории частицы (смещение дна потенциальной ямы) к внешней атомной плоскости и понижает потенциальный барьер, понижая тем самым верхнюю границу для поперечной энергии, при которой еще возможно наблюдать каналирование в плоском кристалле. Этот эффект известен как "изгибное деканалирование". Очевидно, с увеличением кривизны изгиба потенциальный барьер понижается и при определенном радиусе кривизны называемом критическим радиусом, потенциальная яма отсутствует и каналирование невозможно.

В 1979 году предсказанный эффект был подтвержден экспериментально в ОИЯИ [30]: пучок протонов с кинетической энергией 8.4 ГэВ с помощью изогнутого кристалла кремния длиной 2 см был повернут на угол 26 мрад. Идея Цыганова оказалась чрезвычайно плодотворной. На всех крупнейших ускорителях мира проводились и проводятся эксперименты по каналированию в изогнутых кристаллах, на базе которых разработано и применяется целый спектр кристаллооптических элементов для управления пучками высоких и сверхвысоких энергий. Так в ИФВЭ (Протвино) с помощью изогнутого кристалла произведено расщепление пучка протонов с энергией 70 ГэВ и организовано два независимых пучка.

Эта система [31] работает без каких-либо видимых нарушений с 1988 года несмотря на то, что через кристалл за это время прошел поток >1019 см2. Там же в ИФВЭ, изогнутые кристаллы применяются для диагностики пучков (эмитанс, профиль, гало, импульсный разброс) [32]. Очень интересные работы проведены в ПИЯФ (Гатчина) при энергии протонов 1 ГэВ (предсказание и экспериментальное обнаружение эффекта объемного захвата и пионерский эксперимент по пространственной фокусировке пучка протонов) [33-35], в ИФВЭ[36-38] для протонов с энергией 70 ГэВ по фокусировке пучков с помощью изогнутых кристаллов. В ЦЕРНе успешно проведены эксперименты по отклонению пучков с импульсами 12 ГэВ/с, 200 ГэВ/с и 450 ГэВ/с. На сегодняшний день кристаллооптические элементы прошли стадию экспериментирования и широко применяются на практике. Так в Серпухове с помощью кристаллов организован специальный пучок для поляризационного эксперимента "Проза", в ЦЕРНе в эксперименте ЫА48 по измерению СР-нарушения (параметр е/е) изогнутый кристалл применен для создания пары одновременных коллиниарных пучков долго- и короткоживущих нейтральных каонов [39]. Отклоняющая способность изогнутого кристалла во много раз превосходит традиционные магниты. Например, кристалл длиной 1=3 см, изогнутый по дуге с радиусом И=3 м, поворачивает пучок на угол 0=1/11= 10 мрад независимо от энергии пучка. Пусть мы хотим повернуть на такой же угол 10 мрад пучок протонов с энергией 1 ТэВ с помощью традиционного магнита, тогда его жесткость должна быть: В*1=0(мрад)-р(ГэВ/с)/ЗОО=1О-1О3/ЗОО«ЗЗТм, т.е. в данном случае эквивалентное магнитное поле создаваемое изогнутым кристаллом длиной 3 см составляет В*=ЗЗТм/(З Ю"2м)=1 Ю0Т.

Еще одним важным практическим применением каналирования является вывод пучка из циклического ускорителя с помощью изогнутого кристалла. При выводе пучка изогнутый кристалл длиной всего лишь несколько сантиметров заменяет очень сложные и дорогостоящие системы вывода. Классическая схема медленного вывода, используемая сегодня практически на всех крупнейших ускорителях мира, основывается на резонансном возбуждении пучка, сдвигающем протоны поперек электростатического септума. Достигаемый при этом небольшой угол отклонения (типично, порядка 100 мкрад) является достаточным, чтобы попасть в магнитную систему, которая обеспечивает большие углы отклонения (порядка 10 мрад), необходимые для вывода. Такая схема требует около 100 м пространства, чрезвычайно дорога, сложна в управлении и, помимо того, несовместима с работой ускорителя в коллайдерной моде. Ситуация ухудшается с ростом энергии ускорителя. Так, классическая схема вывода кажется уже почти невозможной для реализации на прямых секциях ускорителя ЬНС (протоны с энергией 7 ТэВ). Однако, интерес к выведенным пучкам был сформулирован как на ЬНС, так и на БЭС (протонный пучок с энергией 20 ТэВ) [40,41].

В обоих случаях предлагалось использовать выведенный с помощью изогнутого кристалла пучок интенсивности ~2-108 протонов/сек для рождения ВВ пар с последующим наблюдением СР нарушения в распадах В-мезонов. Впервые вывод пучка был продемонстрирован в Дубне (1984 год, энергия около 10 ГэВ), затем в Серпухове (1989 год, энергия 70 ГэВ), в ЦЕРНе (1992 год, энергия 120 ГэВ) и на самом крупном на сегодняшний день сверхпроводящем ускорителе (Тэватрон) в Фермилаб (1995 год, 900 ГэВ).

Кроме применения для формирования пучков на ускорителях, изогнутые монокристаллы открывают новые возможности для измерения магнитных моментов короткоживущих частиц. Традиционным методом определения магнитного момента частицы является измерение угла прецессии вектора поляризации пучка в известном магнитном поле. Однако, для короткоживущих частиц (например "очарованные" барионы) время жизни слишком мало для того, чтобы обычный магнит оказал детектируемое воздействие на вектор поляризации частиц до их распада. Так, например, время жизни А+с порядка Ю"13 сек [42], что соответствует при энергии Едс+«700 ГэВ (^«350) длине пробега усх~1 см. В 1979 году В.Г.Барышевский показал, что спин частицы должен прецессировать, если она каналирует в изогнутом кристалле. В изогнутом кристалле электростатическое поле атомных кристаллографических плоскостей трансформируется в магнитное поле в системе покоя частицы. Благодаря сверхсильным полям в кристалле (I Е | ~109 СГСЭ) угол прецессии спина частицы в кристалле длиной всего несколько сантиметров может достигать нескольких радиан, т.е. вполне измеряемых величин. Впервые эффект прецессии спина частиц, каналирующих в изогнутом кристалле, был подтвержден в эксперименте Е761 наТэватроне (Фермилаб, 1989-1990).

В основу настоящей диссертации легли два эксперимента, проведенных с применением эффекта каналирования в изогнутом кристалле на Тэватроне. Это эксперимент по наблюдению прецессии спина каналирующего Е+ гиперона [43,44,45], выполненный на экспериментальной установке эксперимента Е761, и эксперимент Е853 по выводу пучка из ускорителя [46,47,48,49,50]. Экспериментальное наблюдение эффекта вращения спина частицы, каналирующей в изогнутом кристалле, открывает возможность измерения магнитных моментов короткоживущих частиц, таких как с-барионы, методом, не имеющим альтернативы в настоящее время. В эксперименте Е853 впервые был выведен пучок протонов с максимально доступной на сегодняшний день энергией 900 ГэВ при работе ускорителя в коллайдерной моде. При этом на двух коллайдерных установках 00 и СОР, продолжающих набор статистики, не было замечено существенного возрастания фона.

Диссертация состоит из 4-х глав.

Заключение диссертации по теме «Физика атомного ядра и элементарных частиц», Ханзадеев, Алексей Викентьевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В заключение сформулируем основные результаты работы.

1. Сформулировано предложение о проведении в рамках эксперимента Е761 (Фермилаб, США) наблюдения нового физического явления прецессии спина заряженной частицы, каналирующей в изогнутом кристалле, и впервые на примере поляризованных £+ гиперонов с энергией 375 ГэВ экспериментально обнаружен этот эффект.

2. Экспериментально доказано (с точностью ~3%) отсутствие деполяризации поляризованного пучка заряженных частиц, проходящих через изогнутый кристалл в режиме каналирования.

3. Экспериментально продемонстрирован новый метод измерения магнитных моментов, который для короткоживущих частиц (время жизни

12 13

-10" 4-10" сек.) таких, как очарованные и прелестные барионы, является единственным на сегодняшний день методом прямого измерения магнитных моментов. Величины магнитного момента гиперона, измеренные ,с помощью каналирования (рх+=2.40±0.46) и традиционной методикой вращения спина в магнитном поле (ц^+=2.42±0.05), совпадают в пределах ошибок измерений.

4. Сформулировано предложение и подготовлен проект измерения магнитного момента А+с бариона методом прецессии спина в изогнутом кристалле применительно к действующей установке эксперимента Е781 (Фермилаб, США). Показано, что в предложенном подходе магнитный момент А+с может быть измерен со статистической точностью 5+7 % за разумное ускорительное время (несколько сот часов) при интенсивности падающего на мишень протонного пучка 107 1/сек.

5. Сформулировано предложение об организации вывода пучка из 88С (США) и Тэватрон (Фермилаб, США) с применением каналирования в изогнутом кристалле. Впервые из ускорителя Тэватрон с помощью этого метода выведен пучок протонов с максимально возможной на сегодняшний день энергией 900 ГэВ (эксперимент Е853, Фермилаб).

6. Впервые в мировой практике вывод пучка осуществлен из сверхпроводящего ускорителя при продолжении набора статистики в коллайдерных установках СБР и 00 Таким образом доказана принципиальная возможность, не имеющая альтернативы, организации достаточно простым и дешевым способом постоянно действующих выведенных пучков на будущих сверхпроводящих ускорителях сверхвысоких энергий, подобных строящемуся ускорителю ЬНС, где не планируется вывод пучков традиционными способами.

7. Показано, что такие характеристики процесса каналирования, как значение критического угла каналирования, деканалирование и связанная с ними эффективность каналирования, при 900 ГэВ согласуются с величинами, полученными экстраполяцией со стороны более низких энергий. То есть с повышением энергии до 900 ГэВ в процессе каналирования в изогнутом кристалле не наблюдалось каких-либо неожиданных эффектов.

8. Продемонстрирована (на примере кристаллов для экспериментов Е761 и Е853) методология приготовления и тестирования кристаллов, способных работать в экспериментах с применением эффекта каналирования при высоких и сверхвысоких энергиях.

Работа над проблемами, затронутыми в диссертации, включала деловое и творческое общение с целым рядом групп и коллективов. Поэтому я считаю своим долгом поблагодарить сотрудников ОФВЭ ПИЯФ оказавшим большую помощь в нашей работе. я благодарен группам физиков из ОИЯИ, ИФВЭ и МИФИ за плодотворное сотрудничество. я особенно признателен проф. В.М.Самсонову, чьи идеи легли в основу этой работы, проф. А.А.Воробьеву за постоянный творческий интерес к обсуждаемым проблемам, В.В.Баублису, Н.М.Мифтахову, Г.П.Солодову, В.В.Куряткову, Т.И.Прокофьевой, В.Г.Рябову, внесшим большой вклад в проведенные исследования. Обсуждаемые эксперименты осуществлялись в рамках коллабораций Е761 и Е853. Я благодарю участников этих коллабораций и особенно Р.Карригана, Т.Мэрфи и Д.Чена за полезное сотрудничество.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Ханзадеев, Алексей Викентьевич, 1999 год

1. Тулинов А.Ф. Влияние кристаллической решетки на некоторые атомные и ядерные процессы // УФН, т.87, в.4, с. 585-589.

2. Channeling: Theory, Observation and Applications. Ed. By D.M.Morgan, John Wiley&Sons, London, N.-Y., Sydney, Toronto, 1973, p. 297-318.

3. Gemmell D.S. Channeling and related effects in the motion of charge particles through crystals//Rev.Mod.Phys., 1974, v.46, p. 129214.

4. Кумахов M.A. Пространственное перераспределение потока заряженных частиц в кристаллической решетке //УФН, 1975, т. 115, в. 3, с. 427-464.

5. Фёдоров В.В., Кирьянов К.Е., Смирнов А.И. О модуляции на оптических частотах электронов, дифрагирующих в кристалле //ЖЭТФ, 1973, т.64, вып.4, стр 1452-1455.

6. Фёдоров В.В., Смирнов А.И. Особенности электромагнитного излучения электрона, дифрагирующего в монокристалле //ЖЭТФ, 1974, т.66, вып.2, стр 566-573.

7. Фёдоров В.В. Об излучении фотонов электронами при четырехволновой дифракции в монокристалле //ЖЭТФ, 1982, т.82, вып.2, стр. 473-483.

8. Воробьев С.А. Прохождение бета-частиц через кристаллы //Москва, Атомиздат, 1975, 142с.

9. Кумахов М.А., Ширмер Г. Атомные столкновения в кристаллах //Москва, Атомиздат, 1980, 192с.

10. Калашников Н.П., Коптелов Э.А., Рязанов М.И. О происхождении ориентационных максимумов в спектре тормозного излучения нерелятивистских электронов в монокристалле //ФТТ, 1972, т. 14, с. 12111214.

11. Vorobiev А.А., Kaplin V.V., Vorobiev S.A. Radiation of electrons transmitted through the crystals //NIM, 1975, v. 127, p. 265-270.

12. Kumakhov M.A. On the theory of electromagnetic radiation of charge particles in a crystal //Phys.Lett., 1976, v. 57, No. 1, p. 17-18/

13. Барышевский В.Г. Вращение спина ультрарелятивистских частиц, пролетающих через кристалл //Письма в ЖТФ, 1979, т. 5, N3, с. 182-184.

14. Барышевский В.Г., Сокольский А.А. О существовании осцилляций поляризации быстрой каналированной частицы, обусловленным ее квадрупольным моментом //Письма в ЖТФ, 1980, т. 6, N23, с. 1419-1421.

15. Барышевский В.Г. Каналирование, излучение и реакции в кристаллах при высоких энергиях //Минск, Изд-во БГУ им. В.И.Ленина, 1982, 256 стр.

16. Грубич А.О. Радиационная самополяризация спина быстрых частиц в изогнутых кристаллах //Письма в ЖТФ, 1979, т. 5, N24, с. 1527-1530.

17. Барышевский В.Г., Грубич А.О. Самополяризация и прецессия спина каналированных частиц //ЯФ, 1983, т. 37, в. 5, с. 1093-1100.

18. Михайлев В.А., Рзаев B.JI. //Возможность радиационной поляризации электрон-позитронных пучков высоких энергий в изогнутых монокристаллах //Серпухов, 1981, 20 е., Препринт ИФВЭ 81-1484.

19. Болдышев В.Ф. Электромагнитная конверсия фононов на релятивистских позитронах в кристаллах с центром инверсии //УФЖ, 1982, т. 27, N10, с. 1482-1484.

20. Tsyganov Е. Some aspects of the mechanism of a charge particle penetration through a monocrystal //Batavia, 1976, 6p. (Fermilab TM-682).

21. Tsyganov E. Estimates of cooling and bending process for particles penetration through a monocrystal //Batavia, 1976, Юр. (Fermilab TM-684).

22. Калашников Н.П., Ремизович B.C., Рязанов М.И. Столкновение быстрых заряженных частиц в твердых телах //Москва.ю Атомиздат, 1980, 272с.

23. Тер-Микаелян. Влияние среды на электромагнитные процессы при высоких энергиях //Ереван, Изд-во Академии Наук Армянской ССР, 1969, 457с.

24. Барышевский В.Г. Каналирование, излучение и реакции в кристаллах при высоких энергиях //Минск, Изд-во БГУ им. В.И.Ленина, 1982, 256с.

25. Линдхард Й. Влияние кристаллической решетки на движение быстрых заряженных частиц //УФН, 1969, т. 99, в. 2, с. 249-296.

26. Beloshitsky V.V., Kumakhov М.А., Muralev V.A. Multiple scattering of channeled ions in crystals //Rad. Eff., 1972, v. 13, p. 9-22.

27. Waho T. Planar dechanneling of protons in Si and Ge //Phys. Rev., 1976, v. В14, p. 4830-4833.

28. Таратин A.M., Воробьев C.A. Объемный захват протонов в режим каналирования в изогнутом кристалле //ЖТФ, 1985, т. 55, с. 1598-1604.

29. Пивоваров Ю.Л., Воробьев С.А. Электрорасщепление релятивистских ядер периодичным полем кристалла при каналировании //ДАН СССР, 1981, т. 256, с. 837-840.

30. Коган Ю.М., Кононец Ю.В. Теория эффекта каналирования //ЖЭТФ, 1970, т. 58, с. 226-244.

31. Водопьянов А.С., Головатюк В.М., Елишев А.Ф. и др. Урпавление траекториями заряженных частиц с помощью изогнутого монокристалла //Письма в ЖЭТФ, 1979, т. 30, с. 474-478.

32. Бавижев М.Д. и др. //Препринт ИФВЭ 89-77, 1989.

33. Yu.A. Chesnokov et al. High energy particle beam diagnostics using bent single crystals //NIM B63, 1992, p. 366.

34. Sumbaev O.I. The Theory of Volume Capture by a Curved Crystal in the Channeling Regime //Relativistic Channeling, Eds. R.A. Carrigan and J.A. Ellison, Plenum Press, N.-Y., 1987, p. 117-128.

35. Сумбаев О.И. К теории объемного захвата протонов в режим каналирования изогнутым монокристаллом //Препринт ЛИЯФ 120, июнь 1986, Ленинград.

36. Samsonov V. The Leningrad experiment on Volume Capture //Relativistic Channeling, Eds. R.A. Carrigan and J.A. Ellison, Plenum Press, N.-Y., 1987, p. 129-162.

37. Андреев B.A. и др. Экспериментальное обнаружение эффекта объемного захвата в режим каналирования изогнутым монокристаллом //Препринт ЛИЯФ 792, сентябрь 1982, Ленинград.

38. Андреев В.А. и др. Фокусировка пучка 1 ГэВ-ных протонов при объемном захвате в режим каналирования изогнутым кристаллом //Письма в ЖЭТФ, 1984, т. 39, в. 2, с. 58-61.

39. Андреев В.А. и др. Пространственная фокусировка пучка 1 ГэВ-ных протонов изогнутым монокристаллом //Препринт ЛИЯФ 1050, апрель 1985, Ленинград.

40. Denisov A.S. et al. First results from a study a 70 GeV proton beam being focused by bent crystal //NIM B69, 1992, p. 382.

41. Гордеева M.A. и др. Первые результаты исследования фокусировки пучка протонов с энергией 70 ГэВ изогнутым монокристаллом //Письма в ЖЭТФ, 1991, т.54, вып.9, стр.485-488.

42. Kotov V.I. et al. //Proc. 15th Int. Conf. On High Energy Accelerators, vol. 1, Hamburg, 1992, p. 128

43. Baranov V.I. et al. Highly efficient deflection jf a divergent beam by a bent single crystal //NIM B95, 1995, p. 449.

44. Doble N., Gatignon L., Grafstrum P. A novel application of bent crystal channeling to the problem of simultaneous particle beams //NIM В119, 1996, p. 181-191.

45. SFT Collaboration. An expression of interest in a super fixed target beuty facility at SSC //Report EOI-14, 1990.

46. LHB (Large Hadron Beuty Factory) //Letter of Intent, CERN/LHC/93-45, LHCC/15, CERN, Geneva, 1993.

47. Review of Particle Properties //Phys. Rev., v. 54, N1, 1996

48. Chen D. First Observation of Magnetic Moment Precession of Channeled Particles in Bent Crystals //Phys.Rev.Lett., v69, 1992, p. 3286.

49. Khanzadeev A.V., Samsonov V.M., Carrigan R.A., Chen D. Experiment to observe the spin precession of channeled relativistic £+ hyperons //NIM, N119, 1996, p.266-270.

50. E761 collaboration. First observation of spin precession of polarized E+ hyperons channeled in bent crystals //LNPI Research Reports 1990-1991, p. 24-26.

51. Samsonov V.M., Smirnov A.I., Khanzadeev A.V. Crystaloptics of high energy particles //PNPI Main Scientific Activities (1971-1996), Gatchina 1998, p. 129-139.

52. Murphy C.T. et al. First results from bent crystal extraction at the Fermilab Tevatron //NIM, N119, 1996, p. 231 -239.

53. Carrigan R.A. et al. Extraction from TeV range Accelerators Using Bent Crystal Channeling//NIM, B90, 1994, p. 128.

54. Asseev et al. First Observation of Luminosity Driven Extraction Using Channeling with a Bent crystal //Preprint Fermilab-Pub-97/300-E.

55. Carrigan R.A. et al. //Phys. Rev. Special topics Aaccel. And Beams. VI, 022801 (1998).

56. Kim I.J. Magnetic Moment Measurement of Baryons with Heavy Flavored Quarks by Planar Channeling through a Bent Crystal //Nucl.Phys. B229, 1983, p. 251-268.

57. Pondrom L.G. Proceeding of 1982 DPF Summer Study on Elementary Particles and Future Facilities, P96, Snowmass, CO(1982).

58. Любошиц В.Л. Поворот спина при отклонении релятивистской заряженной частицы в электрическом поле //ЯФ, т.31, вып.4, 1980, с. 986992.

59. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теория поля // "Наука", 1967, Параграф 76.

60. Samsonov V.M., Khanzadeev A.V. About experimental possibility to study the effect of the E+ hyperon spin precession in bent crystal electric field //Preprint LNPI-1476, 1989, Leningrad.

61. Yastrzembski E. Chaged Hyperon Fluxes //Hyperon Physics at the Tevatron, Workshop, Fermilab, 16, 1984.

62. Kudryashov N.A., Petrovskii S.V., Samsonov V.M., Strikhanov M.N. Energy loss distributions of relativistic charge particles in crystals //Phys. Stat. Sol., 157(b), 1990, p.531-545.

63. Стриханов M.H. Ионизационные и радиационные процессы при прохождении релятивистских заряженных частиц через изогнутые кристаллы //Докторская диссертация, МИФИ, 1991, 248с.

64. Андреев В.А. и др. Определение параметра наклона дифракционного конуса и вклада спин-спиновых амплитуд в упругое рр-рассеяние на малые углы в оласти 650-1000 МэВ //Письма в ЖЭТФ, 33, 1981, с.615.

65. Carrigan R.A. //Relativistic Channeling, eds. R.A.Carrigan and J.A.Ellison, Plenum, New York, 1987, p. 339.

66. Baublis V. V. et al. Measuring the Magnetic Moments of Short-lived Particles Using Channeling in Bent Crystals //NIM B90, 1994, p. 112.

67. Ankenbrant C. Et al. //Phys. Rev. Lett., 51, 1983, p.863.

68. Carrigan R.A., Smith V.J. // Charm 2000 Workshop, eds. D.Kaplan and S.Kwan, Fermilab Conf-94/190, 1993, p. 123.

69. Samsonov V. //NIM, В119, 1996, p.271.

70. Barnett R.M. et al. //Phys. Rev., D54, 1996, p. 1.

71. Pandit P.N. et al. //Acta. Phys. Austriaca, 53, 1981, p.211.

72. Riska D.O. Physics of charmed baryons and their magnetic moments //NIM., В119, 1996, p.259.

73. Jena S.N. and Rath D.P. //Phys. Rev., D34, 1980, p.773.

74. Bose S.K. and Singh L.P. //Phys. Rev., D34, 1986, p. 196.

75. Oh Y. et al. //Nucl. Phys., A534, 1986, p.493.

76. Chauvat P. et al. //Phys. Lett., В199, 1987, p.304.

77. Aquilar-Benitezet M. et al.//Phys. Lett., 199B, 1987,p.462.

78. Weilhammer P. //CERN-EP/88-08,1988.

79. Leitch M.J. et al. //Phys. Rev. Lett. 72, 1994, p.2542.

80. Szwed J. //Phys. Lett., 105B, 1981, p.403.

81. Arestov Yu.I., Nurushev S.B. //International Workshop on Spin Phenomena in High Energy Physics, Protvino, 1983, p.20(1984).

82. Aleev A.N. et al. //JINR Report D1-84-859, Dubna, 1984.

83. Zezabek N. Rybicki K. //Phys. Lett, B286, 1992, p. 175.

84. Avery P. et al. //Phys. Rev. Lett., 65, 1990, p.2842.

85. Kim V., Fermilab H-note 719

86. Geant User's Guide (version 3.2.1, www acceptable)

87. Cooper P., Kulyavtzev A., Russ J., A Re-Evalution of the E781 Charm Trigger, H722.

88. Baker S.I. et al. //Phys. Lett, 137B, 1984, p. 129.

89. C.R.Sun C.R. et al. //NIM, 234A, 1985, p.602.

90. E781 Trigger Meeting, Agenda, 1994 (www acceptable)

91. Kuryatkov V.V. et al. Film decorating application for structure refrection evaluation of high purity materials for silicon detectors //LNPI Research Report, 1990-1991, Gatchina.

92. Baublis V.V. et al. Apparatus for magnetic moment measurement using channeling in bent crystal //NIM, B90, 1994, p. 150-155.

93. Baublis V.V. et al. Preparing crystals for channeling experiments at high energy //NIM, N119, 1996, p.231-239.

94. Kudo H. Energy dependence of dechanneling by a dislocation loop //Phys. Rev., v. В18, N 11, 1978, p.5995-5999.

95. Kudo H. Planar dechanneling in distorted crystals. Dislocation dechanneling //NIM, v. 170, 1980, p. 129-133.

96. Самсонов B.M. Экспериментальное обнаружение эффекта объемного захвата протонов с энергией 1 ГэВ в режим каналирования изогнутым кристаллом //Диссертация, Ленинград, 1985.

97. Киреев П.С. Физика полупроводников//Высшая школа, 1975, 584с.

98. Дирнли Дж., Нортроп Д. Полупроводниковые счетчики ядерных излучений//Москва, Мир, 1966.

99. Рейви К. Дефекты и примеси в полупроводниковом кремнии //Москва, Мир, 1984, 472с.

100. Никитин В.Н., Якимов Е.Б. Роль взаимодействий точечных дефектов с дислокациями в формировании электрических свойств полупроводников //В книге "Материалы электронной техники", ч.2, 1983, с. 62-79.

101. Lapin E.G., Solodov G.P. //Preprint PNPI, N1879, EP-10-1993, Gatchina.

102. Anassonitzis S.E. (The SFT collaboration) The Super Fixed Target Beauty Facility //Nucl. Phys., B27, 1992, p.352-357.

103. Asseev A.A. and Gorin M.Yu. Crystal-aided non-resonant extraction of 70 GeV protons from the IHEP accelerator //NIM, 119, 1996, p.210-214.

104. Akbari H. et al. First results on proton extraction from the CERN-SPS with a bent crystal //Phys. Lett., B 313, 1993, p.491-497.

105. Gabella W., Rosenzweig J., Kick R, and Peggs S. RF voltage modulation at discrete frequencies with applications to crystal channeling extraction //Particle Accelerators, vol. 42(3-4), 1993, p.235-257.

106. Tang Z. //Fermilab TM-1827, 1993.

107. Bogacz S.A., Cline D.B. and Ramachandran S. //NIM, B111, 1996, p.244.

108. Biryukov V. //Phys. Rev., E52, 1995, p.6818.

109. Asseev A.A. //EPACS Barselona, 1996.

110. Tsyganov E., Taratin A. //NIM, A363, 1995, p.511.

111. Morelos A. et al. E761 Collaboration. Measurement of the Magnetic Moments of the and F Hyperons // Phys. Rev. Lett., vol 71, N21, 1993, p.

112. Morelos A. et al. E761 Collaboration. Pollarization of and F Hyperons Produced by 800 GeV/c Protons // Phys. Rev. Lett., vol 71, N14, 1993, p.2172-2175.

113. Baker S.I. et al. //NIM, B90, 119, 1994, p.