Dynamika w układach kilku nukleonów teoria i eksperyment

Transkrypt

1 Dynamika w układach kilku nukleonów teoria i eksperyment Metody eksperymentalne badania układów kilku nukleonów Elżbieta Stephan Instytut Fizyki Uniwersytet Śląski 7 kwietnia 25

2 7 kwietnia 25

3 7 kwietnia 25

4 punkt wyjścia: 2 Nukleony Bogata baza danych: 3 punktów dla pp w zakresie energii poniżej 35 MeV Analiza przesunięć fazowych (Nijmegen PWA93) Opis danych poprzez teorie oparte na wymianie mezonów oraz ChPT: χ 2 bliskie 7 kwietnia 25

5 3N i więcej... Energie wiązania: 3NF pomaga 3 H 3 He 4 He Experiment CD Bonn NijmII Av CD Bonn + TM NijmII + TM Av8 + TM Av8 + UIX CC CD Bonn + Δ kwietnia 25

6 Układy 3N co można jeszcze badać eksperymentalnie? Reakcje: Rozpraszanie sprężyste: N + d N + d Breakup: N + d N + p + n procesy elektromagnetyczne Obserwable: różniczkowy przekrój czynny wektorowe&tensorowe zdolności analizujące współczynniki transferu, korelacje Zakres energii - dlaczego pośrednie" i co to znaczy? mierzalne efekty 3NF poniżej progu na produkcję pionów Techniki pomiarowe: spektrometry magnetyczne układy wielodetektorowe o dużej akceptacji kątowej 7 kwietnia 25

7 Rozpraszanie nukleon-deuter Obserwable Różniczkowy przekrój czynny ogólna siła Obserwable polaryzacyjne: Wekt. zdolność analizująca it oddziaływanie L S Tensorowe zdolności analizujące T 2, T 2, T 22 oddz. tensorowe (D-state) oddz. (L S) 2 Współczynniki korelacji C ij k Współczynniki transferu K ij k oddz. Spin-Spin 7 kwietnia 25

8 Układy 3N Technika eksperymentalna & Tarcze Tarcza stała CH 2, CD 2 duża gęstość, cienka tarcza (dobrze określone miejsce reakcji) dobra kontrola grubości (precyzyjne pomiary bezwzględne tło od reakcji na węglu nadają się tylko do pomiarów spektrometrami Tarcza gazowa H 2, D 2 mała gęstość (słabo określone miejsce reakcji) Tarcza ciekła H 2, D 2 pośrednia gęstość czasem utrudniona kontrola grubości (wygięcie okienek) trudna technicznie (próżnia, systemy gazowe) Techniki pelletowa H 2, D 2 tylko względne pomiary bardzo zaawansowana technicznie 7 kwietnia 25

9 Układy 3N co można jeszcze badać eksperymentalnie? Reakcje: Rozpraszanie sprężyste: N + d N + d Breakup: N + d N + p + n procesy elektromagnetyczne Obserwable: różniczkowy przekrój czynny wektorowe&tensorowe zdolności analizujące współczynniki transferu, korelacje Zakres energii - dlaczego pośrednie" i co to znaczy? mierzalne efekty 3NF poniżej progu na produkcję pionów Techniki pomiarowe: spektrometry magnetyczne układy wielodetektorowe o dużej akceptacji kątowej 7 kwietnia 25

10 Spektrometry magnetyczne Pomiar pędu F B qv T = qv B B mγvt = ρ 2 Bρ = mγv q T s = ρ ρ cos α 2

11 Spektrometry magnetyczne Podstawy optyki ma cierzowej

12 Spektrometry magnetyczne Podstawy optyki macierzowej - swobodna propagacja bez pola = 2 2 d θ θ y y 2 2 θ θ θ d y y = + =,θ y 2 y 2,θ

13 Spektrometry magnetyczne Podstawy optyki macierzowej - soczewka cienka = 2 2 f θ θ y y f y θ y y θ tg = = = 2 2 θ θ y y = = = = =? f? 2 2 y f y y y θ = = 2 2?? θ θ θ y

14 Spektrometry magnetyczne Reprezentacja macierzowa = δ δ ' ' ' ' i i i i f f f f y y x x R R R R R R R R R R y y x x Znając parametry końcowe i macierz transferu można zrekonstruować parametry początkowe cząstki Współczesne spektrometry są zwykle układem magnesów odchylających dipoli (D) ogniskujących kwadrupoli (Q) c c p p p = δ

15 Spektrometry magnetyczne Ogniskowanie na krawędzi wygięcie linii pola na na krawędzi powoduje pojawienie się składowej poziomej pola -> uzyskuje się ogniskowanie w kierunku pionowym dla cząstek wchodzących pod kątem innym niż prosty

16 Spektrometry magnetyczne Parametry spektrometrów Sztywność magnetyczna Bρ Akceptancja pędowa pędowa "szerokość" magnesu Akceptancja kątowa dla kątów wejściowych cząstek w dwu prostopadłych płaszczyznach - zależy od rozmiaru nabiegunników Pędowa i energetyczna zdolność rozdzielcza zależy od długości drogi cząstek w polu zależy od rozdzielczości pozycyjnej detektorów w ogniskowej Dyspersja i inne "wady soczewek"

17 Spektrometry magnetyczne Big-Bite Spectrometer (KVI) typ QQD BBS (mode B): dω < 9.2 msr dθ < 66 mrad dφ < 4 mrad Δp/p < 9 % ΔE/E > 4-4 specjalnie dostosowany do małych kątów z o włącznie Focal Plane Detector (FPDS): 2 VDCs Focal Plane Polarimeter (FPP): 4 MWPCs & graphite analyzer

18 BBS Big-Bite Spectrometer

19 2 H(p, dp) 5 MeV 2 C(p, p ) 2 C scattering angle: about 5 o p d d p 7 kwietnia 25

20 2 H(p, dp) 8 MeV 2 C(p, d) C scattering angle: about 26 o deuterons d d 7 kwietnia 25

21 Ukła dy 3N Rozpraszanie sprężyste nukleon-deuter Obliczenia z potencjałami NN uzupełnionymi o 3NF lepiej odtwarzają minimum w przekroju czynnym 7 kwietnia 25

22 3N Rozpraszanie sprężyste Różniczkowy przekrój czynny θ cm =4º PRC 78 (28) 46 (CDB+C+Δ)

23 Inne przyczynki do dynamiki? oddziaływanie kulombowskie, relatywistyka Przewidywania dla rozpraszania N-d Coulomb 3NF relativity without C. with C. E=35 MeV Bardzo mały wpływ ograniczony do skrajnych kątów 7 kwietnia 25

24 Układy 3N rozpraszanie sprężyste zdolności analizujące 65 MeV/A 9 MeV/A

25 Układy 3N Rozpraszanie sprężyste nukleon-deuteron Zbadanie dużej liczby obserwabli pozwoli na wielowymiarowe badanie wpływu 3NF Tylko ułamek został zmierzony dokładnie i systematycznie (RIKEN/RCNP/IUCF/KVI) Niejasny obraz nadal wiele do zbadania! Niezbędne badania komplementarne: Nucleon-Deuteron Breakup K. Sekiguchi, FB2 7 kwietnia 25

26 Układy 3N co można jeszcze badać eksperymentalnie? Reakcje: Rozpraszanie sprężyste: N + d N + d Breakup: N + d N + p + n procesy elektromagnetyczne Obserwable: różniczkowy przekrój czynny wektorowe&tensorowe zdolności analizujące współczynniki transferu, korelacje Zakres energii - dlaczego pośrednie" i co to znaczy? mierzalne efekty 3NF poniżej progu na produkcję pionów Techniki pomiarowe: spektrometry magnetyczne układy wielodetektorowe o dużej akceptacji kątowej 7 kwietnia 25

27 Układy 3N -Breakup Trzy nukleony w kanale wyjściowy - 9 zmiennych Zachowanie energii i pędu 4 równania Pięć niezależnych zmiennych kinematycznych Eksperyment ekskluzywny pomiar 5 parametrów Eksperyment inkluzywny pomiar 4 parametrów H(d,pp)n pomiar kątów wylotu i energii dwu Protonów θ,φ,e θ 2,φ 2,E 2 7 kwietnia 25

28 Breakup H(d,pp)n i 2 H(p,pp)n - przekrój czynny 3NF+Coulomb / 3NF+efekty relatywistyczne p+d 2 MeV d+p 3 MeV (75 MeV/nucleon) A.Deltuva et al., Phys. Rev. C8, 642, (29) H. Witała et al., Phys. Rev. C83, 44, (2) 7 kwietnia 25

29 Systemy Detekcji w KVI Groningen (Holandia) SALAD 4 teleskopy ΔE-E 3 płaszczyzny MWPC akceptancja kątowa: θ = (2º, 38º), φ = (º, 36º) BINA Wall podobna do SALADs Ball - system 49 det. phoswitch akceptancja kątowa : niemal 4π 7 kwietnia 25

30 H(d,pp)n przy energii 3 MeV Różniczkowy przekrój czynny 72 kombinacje kątów Faddeev calculations Realistic NN potentials CD Bonn, NijmI, NijmII, Av8 3NF models: TM99, UIX Coupled channel pot. CD Bonn (mod) + Δ

31 H(d,pp)n Measurement at 3 MeV Różniczkowy przekrój czynny 3NF & Coulomb Najlepszy opis, gdy uwzględniono razem oddziaływanie kulombowskie i 3NF! 7 kwietnia 25

32 breakup H(d,pp)n przy 3 MeV Tensorowe zdolności analizujące Problem z modelową 3NF TM99 7 kwietnia 25

33 Układ 3N - Breakup 2 H(p,pp)n Wektorowa (Protonowa) zdolność analizująca 35 and 9MeV n p,e p d p,e2 7 kwietnia 25

34 Układ 3N - Breakup 2 H(p,pp)n Wektorowa (protonowa) zdolność analizująca 9 MeV, H. Mardanpour et al. 35 MeV, M. Eslami-Kalantari et al. P Ay P Ay

35 Wiązka deuteronów Energie 34, 38, 4 MeV Tarcza pelletowa H Detektor WASA forward : 3 o -8 o central: 2 o -69 o Układ 3N - Breakup H(d,pp)n WASA@COSY (FZ-Juelich) 7 kwietnia 25

36 Pomiary Breakup u Podsumowanie Systematyczny zestaw przekrojów czynnych i zdolności analizujacych baza do porównań z różnymi obliczeniami teoretycznymi Znaczący wpływ3nf na przekroje czynne! Duży wpływ oddziaływania kulombowskiego na przekroje czynne Efekty relatywistyczne do przebadania Niezgodności z modelem braki w modelu? Niezbędny bogaty zestaw danych i dalszy rozwój obliczeń teoretycznych 7 kwietnia 25

37 WASA KVI CCB

38 Kolejny krok: układy 4 nukleonów Bogactwo kanałów wejściowych i wyjściowych Szansa na badanie zależności isospinowych Prawdopodobna większa czułość (niż w przypadku układów 3N) na 3NF Obliczenia ab initio? rola 4NF? 7 kwietnia 25

39 Kolejny krok: układy 4 nukleonów IUCF d+d rozpraszanie elastyczne przy 24 MeV KVI - BBS d+d rozpraszanie elastyczne przy 35 MeV KVI - BINA d+d -> d+p+n (i inne kanały) at 35 MeV d+d -> d+p+n (i inne kanały) at 6 MeV Porównanie danych dla breakupu dd w konfiguracji quasi-elastic scattering z rozpraszaniem pd 7 kwietnia 25

40 Eksperymentalne badania układów kilku nukleonów -publikacje przeglądowe: K. Sagara, Experimental Investigations of Discrepancies in Three- Nucleon Reactions, Few Body Syst. 48, 59 (2). N. Kalantar-Nayestanaki, E. Epelbaum, J.G. Meschendorp and A. Nogga, Signatures of three-nucleon interactions in few-nucleon systems Rep. Prog. Phys. 75, 63 (22). St. Kistryn, E. Stephan, Experimental Studies of Few-nucleon Systems at Intermediate Energies, J. Phys. G: Nucl. Part. Phys. 4, 63 (23). 7 kwietnia 25