Паспорт Проекта Программы ОФН РАН

“Физика элементарных частиц и

фундаментальная ядерная физика” Название Проекта.

Исследования по физике фотоядерных взаимодействий (изучение ненуклонных степеней свободы).Участники Проекта :

институты - ИЯИ РАН, ИТЭФ, РНЦ КИ, НИИЯФ МГУ. • количество научных сотрудников - 12 , • Количество молодых исполнителей (до 35 лет) - 5. Мушкаренков А.С. Гришина В.Ю. Ионов В.М. Игнатов А.С. Руднев Н.В. • Руководитель проекта Недорезов Владимир Георгиевич, д.ф.-м.н., зав.лаб. • Период выполнения Проекта и его этапов.• Текущий этап до 2008 года.

Краткая формулировка целей Проекта и его основных этапов.

Экспериментальные и теоретические исследования ядерной материи на уровне мезонных и кварк-глюонных степеней свободы с помощью фотоядерных реакций.

Изучение поляризационных эффектов в фоторождении мезонов.

Исследование нуклонных резонансов.

Изучение астрофизических приложений в фотоядерных реакциях.

Основные результаты работы по Проекту в 2006 году • 1) Впервые измерена асимметрия (S) и поляризация (Р) странных (Lи S0 )

гиперонов в фоторождении К+ - мезонов на протоне в области энергий от порога до 1.5 ГэВ. Эксперимент выполнен на установке GRAAL в ESRF (Франция). Комплексный анализ полученных результатов в рамках существующих представлений (динамическая модель связанных каналов, изобарная модель, Редже – модель с учетом нерезонансного фона, мультипольный анализ) дает новую информацию о возбужденных нуклонных состояниях, в частности, указывают на существование нового D13 состояния при энергии 1900 МэВ.

• 2) Впервые измерены спирально-зависимые сечения полного фотопоглощения на дейтроне в диапазоне энергий фотонов 200 – 800 МэВ [1] и реакции фоторождения γp → nπ+ на протоне от 450 до 790 МэВ [2]. Эксперименты проведены на пучке меченых циркулярно-поляризованных фотонов ускорителя MAMI с использованием поляризованных мишеней с замороженным спином. Показано, что вклад в правило сумм Герасимова-Дрелла-Хирна (ГДХ) для дейтрона в измеренном диапазоне составляет 407 20 (стат) 24 (сист) мкбн. Полученные данные о реакции γp → nπ+ значительно отличаются от расчетов в рамках существующих мультипольных анализов и использованы для уточнения спиральных амплитуд D13(1520) и S11(1535) резонансов.

Публикации за 2006 год:- реферируемые журналы (включая работы, принятые к печати):

• A.Lleres, O.Bartalini, …V.Kouznetsov, A.Lapik, A.N.Mushkarenkov, V.Nedorezov, N.Rudnev, A.Turinge e.a. Polarization observable measurements for and for energies up to 1.5 GeV. European Physics Journal A -100221 (2006).

• J. Ahrens, …R. Kondratiev, V. Lisin, F. Zapadtka ...e.a. First measurement of the Gerasimov-Drell-Hearn integrand for 2H from 200 to 800 MeV. Phys. Rev. Lett. 97, 202303 (2006).

• O.Bartalini, V.Bellini e.a. V.Kuznetsov, A.Lapik, A.Mushkarenkov, V.Nedorezov, N.Rudnev, A.Turinge e.a. (GRAAL collaboration). Neutron detection efficiency of BGO calorimeter at GRAAL. Nucl.Instrum.& Meth.A562:85-91,2006.

• J.Ajaka, O.Bartalini, V.Bellini e.a. V.Kuznetsov, A.Lapik, A.Mushkarenkov, V.Nedorezov, N.Rudnev, A.Turinge e.a. (GRAAL collaboration). Evidence for nucleon- resonance excitation in omega-meson photoproduction. Phys.Rev.Lett.96:132003,2006.

• 5) J. Ahrens, … R. Kondratiev, … V. Lisin, …Preobrajenski, … Measurement of the helicity dependence for the p n+ channel in the second resonance region Phys. Rev. C 74, 045204 (2006).

• 6) V.Yu. Grishina, L.A. Kondratyuk, M Buescher.Kˉ 3Hе and K+Kˉ interactions in the reaction рd 3He K+Kˉ. Направлено в Phys. Rev. C, nucl-th/0608072.

• 7) A. Dzyuba, V. Grishina, L. Kondratyuk, V. Koptev, e.a. Scalar-isovector K anti-K production close to threshold. Принято в печать в Eur. Phys. J. A, nucl-ex/0605030

• 8) P. Fedorets,... V.Yu. Grishina,… L.A. Kondratyuk,…et al..a0 (980) -resonance production in the reaction pp d p+h close to the K anti-K threshold. ЯФ 69 (2006) 306-313; nucl-ex/0501027

Доклады на конференциях и школах

• 1) O.Bartalini, V.Bellini e.a. V.Kuznetsov, A.Lapik, A.Mushkarenkov, V.Nedorezov, N.Rudnev, A.Turinge e.a. (GRAAL collaboration). Eta-photoproduction on the deuteron. Proc. Of the XI Int.Seminar EMIN-2006 (“Electromagnetic Interactions of Nuclei”). Moscow – 2006.

• 2) A.D.Belyaev, V.V.Chesnokov, A.S.Ignatov, V.G.Nedorezov, N.N.Peskov, M.E.Stepanov. New relational database for experimental and model meson photoproduction data in internet. Proc. Of the XI Int.Seminar EMIN-2006 (“Electromagnetic Interactions of Nuclei”). Moscow – 2006.

• 3). V.Yu. Grishina, L.A. Kondratyuk, Comparative Regge analysis of L, S0 and L(1520) producion in gp and pp reactions.Доклад на XI Международном Семинаре по электромагнитным взаимодействиям ядер, Москва, сентябрь 21-24, 2006.

• - защита диссертаций в 2006 году (подготовлена одна),

• Поддержка работы за счет грантов РФФИ, госконтрактов, внебюджетных и прочих средств.

• - РФФИ № 04-02-16996-a• - РФФИ № 05-07-90329-в• - РФФИ № 05-02-16810-а • - INTAS № 05-1000008-8272

Основные задачи по Проекту на 2007 год. • 1)Исследование сечений и асимметрий фоторождения тяжелых мезонов на нуклонах и

полных сечений фотопоглощения на нейтроне в области энергий от 500 до 1500 МэВ. Создание компьютерной реляционной базы данных по фоторождению мезонов.

• 2)Обработка данных эксперимента по проверке правила сумм ГДХ на нейтроне; запуск нового трекового детектора (создание матобеспечения, установка, отладка, калибровка); набор статистики на энергии до 1500 МэВ). Окончание монтажа и тестовый запуск новой протонно-дейтронной поляризованной мишени с замороженным спином. Проведение экспериментов на H,D -мишенях с замороженным спином; исследование правила сумм ГДХ на нейтроне; изучение каналов распада η-мезона, измерение магнитного момента Δ-резонанса.

• 3)Исследование образования a0 мезона в реакции pd 3He p0h и анализ вклада нерезонансного фона. Исследование образования f мезона в реакции pd 3He K+ Kˉ и расчет сечений указанных реакций в рамках модели эффективного лагранжиана.

• 4) подготовка эксперимента по рассеянию электронов на встречных пучках тяжелых ионов (проект ELISe – электрон – ионный коллайдер, Дармштадт, Германия). Разработка, изготовление и калибровки прототипа дрейфовых камер для координатных детекторов электронного спектрометра; разработка метода измерения светимости по тормозному излучению электронов на пучке тяжелых ионов.

РЕАЛЬНЫЕ ФОТОНЫ

Е (МэВ)

до 5 Астрофизика.

5 – 30 Коллективные возбуждения ядер.

Гигантские резонансы.

30 – 150 Кластерные состояния.

150 – 3000 Нуклонные резонансы. Фоторождение мезонов. Статическая,

динамическая, спиновая структура нуклонов.

до 106 Векторная доминантность, Адронизация фотонов.

Амплитуда комптоновского рассеяния фотона на нуклоне [11]:f = e’* . e f1(w) + i w s . e’* x e f2(w),

где e - калибровочно инвариантный оператор электромагнитного поля, s - спин – оператор нуклона, w - энергия фотона.

Дисперсионные соотношения позволяют связать амплитуду рассеяния с полными сечениями фотопоглощения циркулярно поляризованных фотонов:

f1(0) = - (a / Z 2 / M ) + w 2/2p 2 tot(w’)/f(w’) dw’f2(0) = (a k 2 / 2M 2 ) + w 2/2p 2 tot(w’)/f(w’) dw’/w’ tot(w) = s 3/2(w) + 1/2(w), tot(w) = 3/2(w) – 1/2(w),

где M – масса, a = e2 /4p = 1/137, eZ – электрический заряд, k - аномальный магнитный момент нуклона.

Отсюда следует правило сумм Герасимова - Дрелла –Хирна, связывающеесечения фотопоглощения с фундаментальными параметрами нуклона:

de

mk

m

)()(2 2/32/1

2

22

Текущие эксперименты

GRAALДетектор для исследования

фоторождения тяжелых мезонов

установки GRAAL. На заднем плане –

ливневый калориметр размером 3х 3

м2 – вклад ИЯИ РАН в совместный

проект.

MAMI

Поляризованная мишень

с замороженным спином.

The ELISe Project – part of FAIR at GSI

Expected luminosities for the eA collider in the interaction zone. A full simulation is done for each isotope, calculating optimized degrader settings for the separator and deducing

losses due to transmission and nuclear and atomic lifetime.

1.1 Electron Spectrometer Setup(i) Large Acceptance High Resolution Spectrometer

Writing group:I.A. Koop, M.S. Korostelev, P.V. Logatchov, I.N. Nesterenko, A.V. Otboev, V.V Parkhomchuk, V.M. Pavlov, E.A.

Prevedentsev, D.N. Shatilov, P.Yu. Shatunov, Yu.M. Shatunov, S.V. Shiyankov, A.N. Skrinsky, A.A. Valishev

BINP-NovosibirskV.G. Nedorezov, V.P. Lisin, A.L. Polonski, N.V. Rudnev., A.A Turinge., A.N. Mushkarenkov,

INR(RAS) MoscowO. Kester,

LMU München

Основные характеристики процессаобратного комптоновского рассеяния

n = , = Ee/me, = 2 /Ee , K = 1 + n + , = {1 , 2 , 3 ) ,

x = 2pk/m2 , y = 2pk’/m2. , –угол вылета гамма-кванта относительно импульса электрона;

к,k’и p,p’ - начальный и конечный импульс фотона и электрона

= {1 , 2 , 3 ) – параметры Стокса

2 22

0 2 2

1 44

1 (1 )

d K n nr

dn n K n

EE

E

E

EE

EE

E

E

m

EE

E

E

m

E

mr

dE

d

e

ee

ee

e

e

eee2

222

4

2

220

)4(2

2

2

14

nE

22

0 32

4 1 1 1 1( ) ( )er d dy

d dx x y x y

Спектр и поляризация комптоновского излучения

Жесткий спектр Малая угловая расходимостьНизкий уровень фона Временная микроструктураПоляризация

21

1

22 1

1

d

d2

1

410e

e

m

E

Amplification factor of 108

EXPERIMENT

Процессы малого порядка по Z

2 24 4dZ r A A

dE

Дельбрюковское рассеяние , Расщепление фотона в поле ядра

[Akhmadaliev, G.Y. Kezerashvili, S.G. Klimenko e.a. Phys.Rev.Lett. 89:061802, 2002.

Генераторы интенсивных гамма-пучков на основе длинноволновых лазеров, лазеров на свободных электронах и накопителях –

рециркуляторах.

а) схема установки HIgS (пучок обратных комптоновских фотонов с использованием лазера на свободных электронах

[ V.Litvinenko e.a. NIM A 375 (1996) 74. ].

b) - зависимость интенсивности пучка обратных комптоновских фотонов от энергии (HIgS - сплошная кривая) в сравнении с интенсивностью пучка, получаемого с обычным лазером.