Экспериментальная ядерная физика - Мухин К.Н.
ISBN 5-283-04076-3
Скачать (прямая ссылка):
§ 87. (Л/—Л/)-взаимодействие при сверхвысоких энергиях (T>10i МэВ)
1. ПЛЕНОЧНАЯ И СТРУЙНАЯ МИШЕНИ
С ростом энергии растут трудности регистрации частиц. Это связано с необходимостью регистрировать рассеяние на очень малые углы, где сильны кулоновские эффекты, а также с повышением роЛи неупругих процессов. Для преодоления этих трудностей необходима новая методика.
В 1964 г. в Дубне В. А. Свиридовым и Н. А. Никитиным был предложен метод исследования упругого рассеяния на малые углы по частицам отдачи*, возникающим от рассеяния внутреннего пучка на тонкой пленке (около 1 мкм) и сверхзвуковой газовой струе. Схема пленочной мишени показана на рис. 348, где П—пучок, ГШ—пленочная мишень, М— монитор, Д—детектор. В качестве детектора использовались фотоэмульсия или пропорциональные счетчики.
Новый метод имеет ряд преимуществ: отсутствие ограничений по энергии, слабое искажение импульса протона отдачи, возможность многократного пропускания пучка через мишень.
* Идею измерения малого угла рассеяния по энергии отдачи независимо высказал в 1954 г. В. В. Алперс.
§ 87. (N—N)-e3auM0deucmeue при T>103 МэВ
87
Л
Рис. 348 Рис. 349
Схема струйной мишени показана на рис. 349. Здесь 77— сечение пучка, Н2—газовая водородная (или дейтериевая) струя;* Не — жидкий гелий, ЛИ—ловушка гелиевого конденсационного насоса, Д—детектор.
Как следует из названия метода, мишенью является газовая струя, движущаяся со сверхзвуковой скоростью поперек пучка ускорителя. Диаметр струи 40 мм, плотность газа Ю-7 г/см3, давление 10 атм. Устройство работает в импульсном режиме. За цикл ускорения (2,5 с) струя может пересекать пучок до трех раз, что дает возможность одновременно изучать рассеяние при трех различных энергиях. За время одного импульса пучок проходит через струю 4 10* раз практически без изменения своей энергии.
Струйная методика свободна от недостатков пленочной (фон от ядер углерода) и имеет гораздо лучшее отношение эффект/фон (более 20). Эта методика впервые была использована на Серпуховском ускорителе, а затем на ускорителе в Батавии (США). Она позволяет проводить измерения при передаваемом 4-импульсе |/|«0,001 (ГэВ/с)2, который при Г=76 ГэВ соответствует рассеянию на угол 8 «20' (область интерференции с кулоновским рассеянием при этой энергии).
2. ВСТРЕЧНЫЕ ПУЧКИ
Как известно, в настоящее время энергия, до которой могут быть ускорены протоны на обычных ускорителях (с неподвижной мишенью), достигла сотен гигаэлектрон-вольт. С 1967 г. в СССР (г. Серпухов) работает ускоритель протонов на энергию 76 ГэВ. В 1972 г. в США (Батавия) получен пучок протонов с энергией 400 ГэВ. Позднее энергия этого ускорителя
* В настоящее время используются и другие вещества.
88 Глава XV. Нуклон-нуклонные взаимодействия при высоких энергиях
была повышена до 500 ГэВ, а после его реконструкции (добавлено сверхпроводящее кольцо) он позволил получать протоны с энергией до 1000 ГэВ. Еще один ускоритель на энергию 400 ГэВ построен в 1976 г. в Швейцарии (Женева, ЦЕРН). Ускорители с неподвижной мишенью отличаются очень большими размерами. Диаметр ускорителя в Серпухове 500 м, а в Батавии—2 км.
Кроме ускорителей с неподвижной мишенью для исследования (N—Л^-рассеяния при сверхвысоких энергиях может быть применен (и уже применяется) метод встречных пучков.
Идея метода встречных пучков заключается в использовании вместо неподвижной мишени* пучка частиц, движущихся навстречу бомбардирующим частицам. Очевидно, что в этом случае относительная доля кинетической энергии, идущей на взаимодействие, повышается (по сравнению с долей кинетической энергии, идущей на выполнение закона сохранения импульса). Если обе сталкивающиеся частицы имеют равные массы и скорости, то их суммарный импульс равен нулю и вся кинетическая энергия частиц идет на взаимодействие. Записав для этого случая известный инвариант
E2-P2c2 = im (87.1)
(Е—полная энергия, Р—полный импульс взаимодействующих частиц) в с. ц. и. обеих частиц, а затем в системе координат, связанной с одной из частиц (мишенью), и приравняв их между собой, получим
Т=2тс2[(\ + Т'/тс2)2-\]. (87.2)
Здесь Т' — кинетическая энергия во встречных пучках; Т— эквивалентная (по вызываемому эффекту) кинетическая энергия бомбардирующей частицы при обычном способе ее взаимодействия с неподвижной частицей—мишенью; m — масса частицы.
Из полученного соотношения видно, что эквивалентная энергия двух сталкивающихся электронов, каждый из которых имеет кинетическую энергию 1 ГэВ, равна около 4000 ГэВ, а эквивалентная энергия двух протонов с энергией 30 ГэВ — около 2000 ГэВ. В настоящее время в нескольких странах (РФ, США, ФРГ, Италия) уже работают ускорители со встречными электронными и электрон-позитронными пучками, на которых выполнено много важных и интересных исследований (см., например, § 126).
* Разумеется, газовая струя—это тоже неподвижная мишень.
§ 87. (N—N)-e3auModeucmeue при T> 103 МэВ
89
Одной из основных характеристик установок со встречными пучками является светимость L, которая связывает между собой сечение изучаемого процесса а и число событий N: N=Lo. При нулевом угле встречи пучков
