Физика элементарных частиц и атомного ядра. Том 17 - Боголюбов Н.Н.
Скачать (прямая ссылка):
из пучка, если добавочный импульс, полученный частицей при рассеянии,
будет превышать максимально допустимое значение.
Важным является то обстоятельство, что сечение рассеяния зависит от
ориентации спина частиц. Поэтому количество частиц, выбывающих из режима
ускорения, будет происходить парами, как это ясно из существа эффекта
внутреннего рассеяния, и может быть зафиксировано соответствующими
счетчиками частиц. Формула дифференциального сечения упругого рассеяния
электронов и позитронов в системе центра масс пучка с учетом поляризации
имеет следующий общий вид
doe = do0 (р, B)d 0 [1 - H'G (р, 0)]. (94)
Здесь doQ (р, 0) - известное меллеровское дифференциальное сечение для
неполяризованных частиц; р - pjmc - импульс в системе координат центра
масс пучка; 0 - угол рассеяния, а ??' - спины частиц (поперечная
поляризация).
Максимально допустимый импульс определяется конкретными параметрами
установки. Интегрирование (94) по углу 0, а также по импульсу р с учетом
задаваемой функции распределения частиц по импульсам дает для "скорости
счета" выбывающих частиц выражение:
у = У".КС - Ь (1 - erthf, (95)
где Умакс и Ъ - положительные коэффициенты, ат - время поляризации.
В начальный момент времени t - 0, когда пучок был неполяри-зован, число
выбывающих пар максимально: Y - Умакс, затем,
РАДИАЦИОННАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОНОВ И ПОЗИТРОНОВ 917
по мере установления радиационной поляризации, скорость их выбывания
экспоненциально падает и стремится к предельному значению Y - Умакс - Ъ.
Вслед за тем с помощью включения дополнительного магнитного поля энергию
пучка изменяют так, чтобы частота прецессии спина совпадала с одной из
собственных частот орбитального движения. Происходит деполяризация пучка,
и при этом наблюдается резкое возрастание счета выбывающих пар до своего
максимального значения.
Резонансная деполяризация пучка открывает возможность определения
основных характеристик эффекта радиационной поляризации: сравнивая скачок
в счете выбывающих пар электронов с форму-лЬй для определения времени
(95), можно найти коэффициенты Умакс и Ъ, а следовательно, степень
поляризации пучка и время т.
б. Метод аннигиляции. Метод измерения поляризации, основанный на
эффекте Тушека, оказывается непригодным для измерения поляризации
встречных пучков частиц. Кроме того, он очень чувствителен к деталям
структуры пучка, что снижает необходимую точность измерения поляризации.
Метод аннигиляции, свободный от этих недостатков, основан на
взаимодействии частиц высокой энергии, поскольку сечение двухчастичных
реакций оказывается чувствительным к ориентации спинов сталкивающихся
частиц - электронов и позитронов. Так, в частности, при аннигиляции
электрона и позитрона могут образовываться пары мюонов, причем сечение
этого процесса (е+е~-+- |х+|х~), рассчитанное методами КЭД, имеет вид
(-^j")2{l + cos2e + />2sm20cos2<p}, (96)
где р = J ?1 I = I ?2 I - степень поляризации электронов и позитронов; 0
- полярный угол ц+-мезона по отношению к падающему позитрону; ф -
азимутальный угол, который составляет плоскость рождения (плоскость,
проходящая через импульсы начальной и конечной частицы) с горизонтальной
плоскостью. Таким образом, процесс рождения мюонной пары зависит от
поляризации электронов и позитронов, что и должно наблюдаться в
эксперименте в зависимости процесса от угла ф. Азимутальная асимметрия
должна также наблюдаться в процессах аннигиляции е+е~->- е+е~, я+я~, К+К-
, К1 К%.
В экспериментах, проведенных на накопительном кольце SPEAR [49] при
энергии 3,7 ГэВ, наблюдалась анизотропия рождения мюонных пар, и это дало
возможность получить в наблюдениях поляризации хорошее совпадение теории
и эксперимента. При Е = = 1,55 ГэВ частота прецессии спина совпадала с
гармониками орбитальной частоты и поэтому из-за деполяризующего резонанса
никакой поляризации отмечено не было. Экспериментальные исследования
азимутальной асимметрии при энергии частиц 3,7 ГэВ сравнивалось с
теоретической формулой, и было найдено хорошее совпаде-
918 ТЕРНОВ И. М.
Рис. 3. Азимутальное угловое распределение событий при энергии пучков
1,55 и 3,7 ГэВ для е+е~ е*е~, ji+fx~ (по данным работы [49])
ние (рис. 3). В хорошем согласии с теорией поляризация исследовалась тем
же методом на накопителе ВЭПП-2М [54]. Заметим, что метод аннигиляции не
приводит к разрушению поляризации пучков и позволяет непрерывное
наблюдение.
в. Метод комптонов-ского рассеяния. Одним из методов наблюдения
эффекта радиационной поляризации является комптоновское рассеяние
циркулярно поляризованных фотонов на электронах. Эффект Комптона
обнаруживает характерную зависимость сечения от циркулярной поляризации
фотонов и поперечной поляризации электронов.
В силу релятивистских свойств синхротронного излучения при встречном
столкновении фотонов с электроном конечные фотоны вылетают в узком конусе
с углом раствора тс*/Е относительно вектора скорости электрона. При этом
сечение рассеяния
