из 5
Текущий вид
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА, 2012, том 75, No 8, с. 1045
1049
ЭЛЕМЕНТАРНЫЕ ЧАСТИЦЫ И ПОЛЯ
РОЛЬ ПРОМЕЖУТОЧНЫХ ЯДЕР
8
Be
2
α
ПРИ ФРАГМЕНТАЦИИ
РЕЛЯТИВИСТСКОГО ЯДРА
16
OВЯДЕРНОЙЭМУЛЬСИИ
c
2012 г. Ф. Г. Лепехин, Л. Н. Ткач
Петербургский институт ядерной физики РАН, Гатчина
Поступила в редакцию 28.06.2011 г.; после доработки 11.10.2011 г.
При поиске по следу в камере, облученной в
ЛВЭ ОИЯИ ионами кислорода с импульсом 4.5
A
ГэВ/
c
,
найдено 215 событий, содержащих два и более двухз
арядных фрагмента первичного ядра. В них изме-
рены углы вылета в плоскости эмульсии. Их распре
деление согласуется с ожидаемым распределением
α
-частиц в ядре кислорода до его взаимодействия с я
дром эмульсии. Впервые обнаружены события
типа
16
O
2
8
Be
4
α
. Они трактуются как события когерентной электромагнитной диссоциации
ядра кислорода. Среди всех событий
14%
распадов
8
Be
2
α
идет через основное состояние
0
+
и
примерно столько же через первое возбужденное состояние
2
+
.
1. ВВЕДЕНИЕ
Фрагментация релятивистских ядер
16
O при их
взаимодействии с другими ядрами исследуется в
ряде работ [1
7]. Как показало время, работа [1]
наиболее близка к истине. В этой работе показано,
что дисперсия углов
φ
в плоскости эмульсии прак-
тически совпадает с дисперсией углов
α
вверти-
кальной плоскости в пределах экспериментальных
ошибок. Более того, величина
σ
(
φ
)
совпадает с
ожидаемой величиной, которую можно вычислить
из импульса Ферми, полученного из рассеяния
электронов на ядре
16
O [8]. Ниже будет показа-
но, что и при импульсе ядра кислорода, равном
4.5 ГэВ/
c
на нуклон, мы получили точно такой же
результат.
Однако в ряде последующих работ, например
в [7], приведены данные,
достоверность которых
вызывает большие сомнения. В основном это свя-
зано с тем, что там используются только инте-
гральные распределения, связанные с углом
θ
(
φ
2
+
α
2
)
1
/
2
, и не приводится доказательство ра-
венства дисперсий углов в вертикальной и горизон-
тальной плоскостях. В десятках опубликованных
работ получено, что распределение поперечного
импульса
P
(
θ
)
не является рэлеевским. В экс-
перименте есть избыток больших
P
(
θ
)
, который
получается как следствие того, что эксперимен-
тальная дисперсия угла в вертикальной плоскости
существенно больше дисперсии угла в горизон-
тальной плоскости.
Критика в адрес этих работ неоднократно вы-
сказывалась в печати [9, 10], а также в открытом
письме [11]. Однако никакого опровержения ука-
занных публикаций не последовало, что позволяет
сделать вывод о справедливости этой критики.
В представленной работе мы отказались от
анализа данных, основанных на оценке простран-
ственного угла
θ
, хотя такие оценки в эксперименте
и были получены. Это связано с тем, что при нашей
энергии уже невозможно обеспечить эксперимен-
тальную точность оценки угла
θ
, необходимую для
выделения канала
8
Be
2
α
.
Наше внимание к фрагме
нтации ядра кислорода
обусловлено еще и тем обстоятельством, что по
расчетам [12, 13] это единственное ядро, в котором
каскадное рождение
α
-частиц через канал
16
O
2
8
Be
4
α
идет с вероятностью
28%
. Как бу-
дет показано, нам удалось выделить события, кото-
рые идут через этот канал. Особенности выделения
канала, идущего через промежуточное состояние
8
Be [14], рассматриваются ниже. Далее мы обсуж-
даем подробности эксперимента и в заключение
приводим его результат.
2. ВЫДЕЛЕНИЕ КАНАЛА
8
Be
2
α
Распределение по углу
φ
двухзарядных частиц в
плоскости эмульсии, если все они летят из одного
центра и их поперечный импульс определяется им-
пульсом Ферми до взаимодействия с ядром эмуль-
сии, должно соответствовать нормальному распре-
делению со средним, равным нулю, и дисперсией,
которая легко определяется. Это следует из ра-
бот [10, 15], где показано, что для релятивистских
ядер
10
B,
11
B,
32
S,
22
Ne,
24
Mg и свинца с импульса-
ми от 2 до 200 ГэВ/
c
на нуклон экспериментальные
величины
σ
(
φ
)
в пределах ошибок эксперимента
совпадают с расчетными величинами, полученными
из импульса Ферми для этих ядер, и гипотеза нор-
мального распределения экспериментальных углов
1045

1046 ЛЕПЕХИН, ТКАЧ
φ
не отвергается. Можно полагать, что и для ядер
кислорода, которые мы изучаем, эта закономер-
ность сохранится и не будет никаких больших по-
перечных импульсов фрагментов релятивистского
ядра.
Считая импульс Ферми для ядра кислорода
равным 230 МэВ/
c
, получим ожидаемое значение
константы нормального распределения проекции
поперечного импульса двухзарядных фрагментов
на плоскость эмульсии
σ
(
φ
)=7
.
2
мрад. Для ка-
нала
8
Be
2
α
, идущего из основного состояния
0
+
, максимальный угол между двумя
α
-частицами
будет равен 2 мрад, а для распада из первого
возбужденного состояния
2
+
он будет равен при-
мерно 9 мрад. Это связано с тем, что энергия воз-
бужденного состояния примерно в 20 раз больше
энергии основного состояния. Соответственно им-
пульсы частиц при распад
е из этих состояний будут
относится как
20
. Причем распределение углов
φ
1
,
2
между частицами должно быть равномерным.
Если бы мы выделяли, как в работе [14] канал
8
Be
2
α
по углу
θ
1
,
2
между частицами, то рас-
пределение по этому углу имело бы вид параболы
при возрастании угла от нуля до максимума, где оно
приобретает наибольшее значение. Здесь оно со-
ответствует разлету двух
α
-частиц в направлении,
перпендикулярном переносной скорости. В нашей
работе точность оценки угла
θ
порядка 2 мрад. В
таком случае, вследствие ошибок, распределение в
области до 2 мрад данного угла будет равномерным
и не будет возрастать от нуля до максимума, как
это наблюдалось в работе [14]. Вот почему мы
отказались использовать углы
θ
.
3. ЭКСПЕРИМЕНТ
Эмульсионная камера была облучена ионами
кислорода с импульсом 4.5
A
ГэВ/
c
в ЛВЭ ОИЯИ
(Дубна). Поиск событий производился просмотром
по следу первичной частицы. Всего просмотрено
146.47 м следов. На этой длине найдено 1121 со-
бытие неупругого взаимодействия первичного ядра
с ядром в эмульсии. Из всех найденных событий
отобраны 215 событий, содержащих два или более
двухзарядных фрагмента первичного ядра. Число
других частиц в событии нами не фиксировалось.
Ими могли быть рожденны
е частицы, фрагменты
мишени или фрагменты снаряда с зарядами, не
равными двум.
События измерялись на микроскопе МПЭ-11 с
записью показаний датчиков координат точек сле-
да на ЭВМ по команде наблюдателя [16]. Каждое
событие измерялось дважды с тем, чтобы исклю-
чить случайные сбои при записи. Однако такие
сбои практически отсутствовали. (Все первичные
данные и процедуры обработки имеются на сай-
те [17]. Они могут быть использованы любым же-
лающим со ссылкой на источник этих данных.)
В каждом событии измерялся угол первичного
следа в плоскости эмульсии
φ
0
и его угол в пер-
пендикулярной плоскости
α
0
в системе координат
микроскопа. И только потом уже вычислялись
углы
φ
i
и
α
i
при
i
=1
,
2
,...,n
в системе координат
события, где по определению
φ
0
=
α
0
=0
для всех
n
следов в событии.
Однако это неизбежно приводит к ошибке, свя-
занной с продолжением первичного следа в об-
ласть, где измеряются координаты точек
n
следов
фрагментов события. Сл
еды в эмульсии только на
расстоянии
1
мм можно считать прямыми. На
расстоянии
1
см (а именно на таких расстояниях
и можно измерять углы
1
мрад) следы неизбежно
будут иметь случайные С-образные искажения как
в горизонтальной, так и в вертикальной плоскости.
В последнем случае эти искажения еще усилива-
ются и механической усадкой толщины эмульси-
онного слоя в 2.5 раза по сравнению с толщиной
непроявленной эмульсии, когда из слоя удаляется
непроявленное бромистое серебро. В результате
след, пересекающий слой
, выглядит, скорее, как
парабола, а не прямая линия.
Итак, для измерения углов
φ
1
мрад надо уве-
личивать расстояние по координате
X
в область,
где первичного следа уже нет, но тогда возникают
искажения, которые быстро становятся больше
измеряемой величины. Выход состоит в том, что
надо переходить к отно
сительным измерениям
измерять не тот угол, у которого нет продолжения
первичного следа, а парный ему угол с другим
таким же следом, как это и было сделано в ра-
боте [15]. Если
n
углов в событии распределены
нормально относительно какого-то направления,
которое нам неизвестно, и они независимы, то дис-
персия парного угла
φ
i,j
при
i
=1
,
2
,...,n
1
,
j
=
=
i
+1
,...,n
будет в 2 раза больше дисперсии угла
φ
относительно неизвестного направления. Этот
метод относительных изм
ерений, использованный
в работе [15], позволил отличить
σ
(
φ
)=0
.
25
мрад
для двухзарядных фрагментов ядра
32
S
с импуль-
сом 200
А
ГэВ/
c
от
σ
(
φ
)=0
.
37
мрад для свинца с
энергией 160
А
ГэВ.
Вот почему нами и были отобраны события, со-
держащие два или более двухзарядных фрагмента
в одном событии. Так как в области измерений
разность координат двух следов
Δ
Y
i,j
1
мкм из-
меряется с точностью
0
.
2
мкм (это разрешаю-
щая способность микроскопа), то на расстоянии
1смугол
φ
i,j
0
.
1
мрад будет иметь ошибку
0
.
02
мрад. Измеряемые точки лежат близко друг
к другу, и поэтому можно полагать, чтоих смещение
относительно продолжения первичного следа будет
ЯДЕРНАЯ ФИЗИКА том 75 No 8 2012