Исследование образования гиперядер в реакции обмена странностью с медленными каонами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.16, кандидат физико-математических наук Андроненков, Алексей Николаевич

• Андроненков, Алексей Николаевич
• кандидат физико-математических наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Андроненков, Алексей Николаевич

Введение.

Глава 1. Экспериментальные методы исследования гиперядер.

1.1. Гипероны и гиперядра.

1.2. Образование Л-гиперядер.

1.3. Слабые распады Л-гиперядер.

1.4. Взаимодействие низкоэнергетических ^"-мезонов с веществом.

Глава 2. Спектрометр FINUDA.

2.1. Научная программа эксперимента.

2.2. Коллайдер DAONE.

2.3. Спектрометр FINUDA.

2.3.1. Устройство спектрометра.

2.3.2. Область взаимодействия спектрометра.

2.3.3. Внешний трековый детектор.

2.3.4. Внешний сцинтиллятор.

2.4. Система отбора событий.

Глава 3. Анализ экспериментальных данных.

3.1. Моделирование и реконструкция событий.

3.2. Реконструкция координат.

3.3. Идентификация частиц.

3.4. Анализ данных с космическими лучами.

3.5. Анализ данных по е+е~-рассеянию.

3.6. Анализ данных по распаду ^+-мезонов.

3.7. Определение места остановки А"-мезонов и их числа.

3.8. Временная корректировка TOF системы спектрометра.

Глава 4. Исследование образования гиперядер в реакции обмена странностью.

4.1. Спектр п -мезонов из реакции (Kstop, п ).

10 1А

4.2. Спектры возбуждения гиперядер дС и д О.

4.3. Слабые распады Л-гиперядер.

4.3.1 Мезонные распады Л-гиперядер дLi, дВе, д1 В и

4.3.2. Безмезонные распады Л -гиперядер АНе, д Li и АС.

4.3.3. Трёхчастичные безмезонные распады Л-гиперядер.

4.4. Исследование редких процессов при взаимодействии каонов с ядрами.

4.4.1. Поиск S -гиперядер.

4.4.2. Исследование нейтронно-избыточных Л-гиперядер.

4.4.3. Исследование связанных систем К~ -мезонов с нуклонами.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Исследование образования гиперядер в реакции обмена странностью с медленными каонами»

С момента первого наблюдения гиперфрагмента уже минуло более 50 лет. В течение всего этого времени усилия многих групп исследователей были направлены на изучение нового раздела физики ядра и элементарных частиц, которое получило собственное название - физика гиперядер. Открытие мезонов и странных частиц, а также доказательство существования связанных состояний странных барионов с нуклонами, позволило расширить наши: знания о сильном взаимодействии, первоначально интерпретируемом I лишь как нуклон-нуклонное взаимодействие, в область нового класса частиц?- ад-ронов. Исследование гиперон-нуклонных и гиперон-гиперонных взаимодействий является связующим звеном между традиционной для ядерной физики теорией ядерных сил и более общими представлениями барионной динамики. Вместе всё это служит для*изучения фундаментальной картины взаимодействия адронов. Однако на возможность подобных исследований оказывают сильное влияние времена жизни самих гиперонов, которые оказываются слишком малы (~10-10 сек), чтобы получить вторичный пучок небольшой энергии. Для преодоления указанной трудности наиболее разумным представляется отыскание способа образовать гиперон непосредственно внутри ядра. В этом случае изучение гиперон-нуклонных и гиперон-гиперонных взаимодействий сводится' к исследованию характеристик полученной гиперядерной системы. Кроме того, анализ связанных состояний гиперонов с нуклонами, позволяет исследовать структуру обычных ядер. При этом А-гиперон, например, может использоваться как пробная частица для получения информации о распределении нуклонов в ядрах. Большой интерес представляет и изучение слабых распадов связанных систем странных барионов с нуклонами. Как известно, из процессов, обусловленных слабым взаимодействием, наиболее изучены распады элементарных частиц и ядерный |3-распад. Слабые же распады гиперядер изучены очень плохо, а их теоретическое описание сталкивается со значительными трудностями. Для правильного понимания этих процессов необходимо как знание динамики слабого взаимодействия, так и корректный учёт влияния ядерной среды.

С целью отыскания ответов на стоящие перед физикой гиперядер вопросы, в Национальном Институте Ядерной Физики Италии был поставлен эксперимент РШ1ГОА. Для образования Л-гиперядер в эксперименте используется реакция обмена странностью на медленных К~ -мезонах:

Конструкция спектрометра и механизм получения гиперядер в указанной реакции позволяют с высокой статистикой вести, изучение процессов образования и распада гиперядер. Среди основных преимуществ эксперимента следует отметить возможность установки одновременно до восьми различных мишеней, а также малую их толщину, что приводит к возможности проводить измерения с высоким энергетическим разрешением. Кроме того, использование в спектрометре детекторов, содержащих мало вещества, позволяет с высокой точностью реконструировать траектории заряженных частиц-продуктов процессов образования и распада гиперядер. Следует отметить, что в эксперименте впервые в физике гиперядер для определения места остановки ^"-мезонов в мишенях, и, соответственно, места координат точки образования гиперядра, используются кремниевые микростриповые детекторы, позволяющие проводить прецизионные координатные измерения.

Цель работы и научная новизна

Целью работы являлся комплексный анализ широкого спектра экспериментальных данных, полученных на установке БШТЮА, при образовании различных гиперядерных систем в реакции обмена странностью на медленных каонах {К~(ор

Впервые были определены некоторые характеристики гиперядерных систем, а также уточнены результаты предыдущих экспериментальных и теоретических исследований. Среди этих характеристик: энергии связи, спины и чётности основных состояний, парциальные ширины слабых мезонных и безмезонных распадов.

Научная новизна работы заключается в качественно новом применении реакции (К~(ор,п~) для изучения процессов образования и распада гиперядерных систем. При этом использовался широкий спектр доступных в данное время современных экспериментальных и программных средств.

Положения, выносимые на защиту

1. Разработана и применена эффективная методика временной синхронизации системы сцинтилляционных детекторов, используемых в эксперименте Р1№ЮА для временных измерений.

1Л I /Г

2. Исследованы спектры возбуждения гиперядер лС и аО.

3. Определены энергии связи основных и возбуждённых состояний гиперядер 11С и 11о.

4. Проведён анализ данных по слабым мезонным распадам + ~ гиперядер д П, дВе, д£ и .

5. Для гиперядер дЫ, дВе, д1 В и дТУ вычислены отношения ширин распада по мезонному каналу ^ +1) + п~ к ширине распада свободного Л -гиперона Гя- /ГЛ .

6. Для основных состояний гиперядер ¿Ы, д Ве и д£ подтверждены значения спина и чётности = 1/2+, 1/2+ и 5/2+, соответственно. Для гиперядра дТУ спин и чётность основного состояния определена впервые: /л =3/2+.

7. Проведён анализ данных по слабым безмезонным распадам ^Z->A~2(Z -1) + р + п гиперядер ^Не, д/л и 1дС. При этом спектр протонов из распада был изучен впервые. Минимальная зарегистрированная энергия протонов для указанных гиперядер также впервые достигла значения Ер = 15 МэВ. с п Л *}

8. Для гиперядер ЛНе, ALi и ЛС получена оценка отношения числа прото

Л А О нов из распада д Z-> ~ (Z -1) + р + п к общему числу образованных гиперядер aZ.

9. Для гиперядер дНе, дLi, iBe, д1 В, дС, дС, и дО исследовано влияние на спектр протонов из безмезонных распадов взаимодействий в конечном состоянии (FSI эффект). Получена линейная зависимость эффекта FSI от массового числа А гиперядер.

10. Для тех же гиперядер впервые получена оценка отношения ширины распада по трёхчастичному каналу ANN -» nNN к ширине распада по каналу Ар —»пр. Получено также соотношение между шириной распада по каналу ANN —> nNN и полной распадной шириной по безмезонному каналу.

11. Получены спектры тс+-мезонов из процессов образования нейтронно-избыточных гиперядер дН и ЛЯ в реакции (Kstop,n ) с медленными каонами.

12. Исследованы связанные системы К~ -мезонов с нуклонами К~р, К~рр, К~ррп и К~ррпп, образующиеся при взаимодействиях медленных као-нов с ядрами.

Вклад автора

Автор участвовал в процессе набора экспериментальных данных на электрон-позитронных пучках ускорительного комплекса DAONE. В значительном объёме проводил обработку самих экспериментальных данных. Участвовал в создании программного обеспечения для извлечения и анализа физических данных, полученных в эксперименте.

Апробация

По результатам исследований опубликовано 9 работ:

1. M. Agnello, A, Andronenkov, G. Beer et al, "Measurement of the proton spectra1 from Non-Mesonic Weak Decay of ЦНе, nKLi and ^C Nucl. Phys. A, 804; 151— 161 (2008).

2. M. Agnello, A. Andronenkov, G. Beer et al., "Correlated At pairs.from the absorption of K~ at rest in light nuclei", Phys. Lett. B, 669, 229-234 (2008).

3. B. Dalena, G. D'Erasmo, D. Di Santo et al., "Timing resolution of the FINUDA scintillation detectors", Nucl. Instrum. Methods A, 603 276-286 (2009).

4. M. Agnello, A. Andronenkov, G. Beer et al., "Mesonic and Non-Mesonic Weak Decay of hypernuclei with FINUDA", Nucl. Phys. A, 827, 303c-305c (2009).

5. M. Agnello, A. Andronenkov, G. Beer et al., "New results on Mesonic Weak Decay of p -shell A -hypernuclei", Phys. Lett. B, 681,139-146 (2009).

6. M. Agnello, A. Andronenkov, G. Beer et al, "Proton spectra from Non-Mesonic Weak Decay of p -shell A -hypernuclei", Phys. Lett. B, 685, 247-252 (2010).

7. E. Botta, T. Bressani, F. De Mori et al, "Recent results on Mesonic Weak Decay of A-hypernuclei", Int. J. Mod. Phys. E, 19 (12), 2566-2572 (2010).

8. S. Bufalino, E. Botta, T. Bressani et al, "New results on Non-Mesonic Weak Decay of A -hypernuclei with FINUDA", Int. J: Mod. Phys. E, 19 (12), 2573-2578 (2010).

9. S. Piano, N. Grion, E. Bonifazi et al., "The search for antikaon nuclear bound states, recent results from FINUDA", Int. J. Mod. Phys. E, 19 (12), 2600-2605 (2010).

Основные результаты работы были также представлены на международной конференции "Sendai International Symposium on Strangeness In Nuclear And Hadronic Systems - Sendai08)" (Сендай, Япония, 2008) и обсуждались на научных семинарах кафедры ядерной физики СПбГУ.

Содержание работы

Диссертация состоит из введения, четырёх глав и заключения. Общий объём диссертации — 171 страница, включая библиографию из 134 наименований.