WWW.MASH.DOBROTA.BIZ
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - онлайн публикации
 

«ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ ЛАБОРАТОРИИ ЯДЕРНЫХ ПРОБЛЕМ ОБЪЕДИНЕННОГО ИНСТИТУТА ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ*) В. П. Джелепов, Б. М. Понтекорво ВВЕДЕНИЕ За сорок лет ...»

1958 г. Январь Т. LXIV, вып. 1

УСПЕХИ ФИЗИЧЕСКИХ НАУК

ИССЛЕДОВАНИЯ ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ ЛАБОРАТОРИИ ЯДЕРНЫХ ПРОБЛЕМ

ОБЪЕДИНЕННОГО ИНСТИТУТА ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ*)

В. П. Джелепов, Б. М. Понтекорво

ВВЕДЕНИЕ

За сорок лет существования Советского государства были достигнуты громадные успехи в различных областях отечественной науки и техники .

Особенно быстрыми темпами развивалась за эти годы наука об атомном ядре. Последние пятнадцать лет ее развития в Советском Союзе и в наиболее экономически развитых зарубежных странах (США, Англия) привели к успешному решению ряда важнейших задач практического применения атомной энергии: созданию мощных атомных реакторов и электростанций и появлению новой области техники—ядерной энергетики. Основной научной базой для этой области техники явились физические исследования с частицами низких энергий .

Этот же период развития науки об атомном ядре характеризуется рождением новой области ядерной физики—физики частиц высоких и сверхвысоких энергий и мощных ускорителей. История ее почти не выходит за рамки последнего десятилетия, и она не связана пока с решением каких-либо практических проблем .

Основным предметом изучения этой новой области физики является исследование природы и свойств элементарных частиц—нуклонов, мезонов, гиперонов, античастиц, представляющих собой простейшие из известных в настоящее время структурных элементов вещества .



Разнообразные исследования, выполненные с космическими лучами и на мощных ускорителях, показали, что элементарные частицы могут создаваться при столкновениях частиц с энергиями в сотни миллионов и миллиардов электрон-вольт. Физика высоких и сверхвысоких энергий ставит своими главными целями возможно более полное определение всего набора элементарных частиц, установление законов взаимодействия их между собой, а также изучение процессов взаимных превращений одних частиц в другие .

Если учесть, что в настоящее время физикам уже известны 26 различных элементарных частиц, и принять во внимание тот факт, что, несмотря на титанический труд, затраченный учеными всего мира, до сих пор не установлен основной закон, определяющий взаимодействие между главными структурными элементами ядра—нуклонами, то можно ясно представить, насколько обширны неизведанные горизонты новой области физики. Вместе с тем многовековой опыт развития мировой науки показывает что обычно, входя в новую большую область познания, ученые извлекают из нее неожиданно много принципиально важного и полезного для человека. Всем этим определяется большая перспективность исследований с частицами высоких энергий .

*) «Атомная энергия» 3, 413 (1957) .

16 В. П. ДЖЕЛЕПОВ, Б. М. ПОНТЕКОРВО В нашей статье мы попытаемся дать представление об основных научных исследованиях, выполненных советскими физиками с частицами высоких энергий на самом большом в мире синхроциклотроне Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований*) .

ПУСК СИНХРОЦИКЛОТРОНА И ХАРАКТЕРИСТИКИ ПУЧКОВ

ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

Начало систематическому и детальному изучению этой области физики в нашей стране было положено 14 декабря 1949 г .




, когда в Институте ядерных проблем АН СССР, ныне Лаборатории ядерных проблем Объединенного института ядерных исследований, был введен в действие пятиметровый синхроциклотрон, и на нем получены дейтоны с энергией 280 Мэв и -частицы с энергией 560 Мэв1. Практически в это же время в Физическом институте АН СССР был пущен синхротрон, ускоряющий электроны до энергии 250 Мэв**). Создание мощных синхроциклотронов, являющихся большими и сложными инженерными сооружениями, оказалось под силу только наиболее развитым капиталистическим странам (США, Англия). Поэтому синхроциклотрон Объединенного института ядерных исследований является ярким свидетельством высокого уровня развития промышленности и культуры производства, достигнутого в СССР. Большие затраты, произведенные в связи с созданием мощных ускорителей в нашей стране, являются олицетворением исключительного внимания и заботы о развитии передовой науки со стороны Коммунистической партии, Советского правительства и народа .

В основе действия ускорителей на высокие энергии лежит принцип фазовой устойчивости движения частиц в циклических резонансных ускорителях, открытый В. И. Векслером (1944 г.) и Е. Мак-Милланом (1945 г.) .

Сооружение мощного синхроциклотрона явилось результатом почти трехлетней интенсивной деятельности большого коллектива ученых и инженеров ряда научно-исследовательских институтов. В течение ряда лет эти работы находились в поле внимания и деятельности академика И. В. Курчатова, что весьма плодотворно сказалось на их успешном решении .

Основное оборудование для этого мощного ускорителя было изготовлено на заводах Министерства электропромышленности СССР .

В конце 1950 г. пятиметровый синхроциклотрон был переведен в режим ускорения протонов до энергии около 500 Мэв 1. Значительная часть первых физических исследований на ускорителе была посвящена определению параметров ускоряемых им пучков частиц высоких энергий (интенсивности, энергетические и угловые распределения и т. п.). В табл. 1 приЖелая наиболее полно представить в этой статье результаты основных исследований, выполненных на шестиметровом синхроциклотроне со времени пуска ускорителя, а также учитывая, что статья рассчитана на более широкий, чем обычно, круг читателей, мы приняли за основу следующий порядок освещения материала: сжатый текст и снабженные подробными надписями рисунки, заимствованные из оригинальных работ. Мы не касаемся большого круга исследований, выполненных радиохимическими методами. Значительная часть результатов, полученных этими методами, доложена на сессии АН СССР по мирному использованию атомной энергии (см. Сессия АН СССР по мирному использованию атомной энергии (заседания отд. хим. наук), Изд. АН СССР, 1955). В связи с тем, что перед нами стояла цель осветить работы, выполненные на ускорителе советскими физиками, работы, проведенные на мощных ускорителях за границей, не обсуждаются и не цитируются .

**) В нашей статье мы касаемся научных исследований, выполненных только на синхроциклотроне .

–  –  –

водятся основные результаты этих опытов, выполненных при работе ускорителя в разных режимах .

Ядерные исследования, проведенные на пятиметровом синхроциклотроне, будут освещены несколько ниже .

РЕКОНСТРУКЦИЯ УСКОРИТЕЛЯ И ЕГО СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ

В 1953 г. после выполнения значительной программы ядерных исследований с дейтонами, -частицами и протонами с энергией 500 Мэв была проведена реконструкция ускорителя, при которой диаметр полюсов электромагнита был увеличен до 6 м и энергия ускоренных протонов доведена до 680 Мэв. Вид здания, в котором размещен ускоритель, и общий вид шестиметрового синхроциклотрона приведены на рис. 1 и 2 *) .

Во время реконструкции в зале синхроциклотрона были сооружены измерительный павильон, хорошо защищенный монолитным бетоном от сопутствующих излучений, мезонная лаборатория и кабина для опытов с поляризованным пучком протонов (рис. 3). В защитной стене павильона имеется амбразура для установки коллиматоров и вывода пучков .

Улучшение условий ускорения частиц в центральной области камеры, произведенное в этом году, позволило увеличить ток ускоренных протонов на выходе ускорителя почти в два раза и довести его от 0,3 мка * до 0,5 мка .

Из камеры ускорителя выводится в атмосферу 14 различных пучков частиц 5- 6 : протонов, нейтронов, 1г±-и (^-мезонов, -квантов и т. п .

(рис. 3). Вывод пучка протонов в атмосферу осуществлен по методу возбуждения радиальных колебаний, детально разработанному в нашей лаборатории 7. Плотность пучка протонов, выведенного в измерительный паДетали устройства шестиметрового синхроциклотрона описаны, ранее в ряде специальных статей ", и поэтому мы не останавливаемся на них в данной работе. Все фотографии к данной статье (рисунки 1, 2, 30, 32—42) вынесены на вклейки .

2 УФН,.-.LXiV, вып. 1 18 В. П. ДЖЕЛЕПОВ, Б. М. ПОНТЕКОРВО вильон, дополнительно повышается в результате фокусировки его при помощи квадрупольных линз 8 и составляет на расстоянии 15 м от выпускного окна камеры ускорителя 1,5· 10 9 протонов/см2-сек .

–  –  –

Рис. 3. План здания и схема пучков частиц от шестиметрового синхроциклотрона .

Высокая плотность выведенного пучка протонов позволила создать еще несколько пучков частиц высоких энергий от внешней мишени: три пучка -мезонов (коллиматоры 8, 9 и 10) и один пучок поляризованных

ИССЛЕДОВ. ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИИ НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ 19

протонов (коллиматор 6) (рис. 3). Для повышения плотности пучков заряженных частиц в настоящее время наряду с квадрупольными линзами широко используются также специальные фокусирующие устройства, предложенные в нашей лаборатории9 и устанавливаемые в зазорах отклоняющих электромагнитов .

В табл. 2 приводятся данные о плотностях и энергиях частиц в различных выведенных пучках на июль 1957 г .

Т а б л и ц а 2 .

Интенсивности пучков частиц высоких энергий от шестиметрового синхроциклотрона в измерительном павильоне, а также в мезонной и поляризационной лабораториях

–  –  –

В начале 1957 г. рабочее время ускорителя было увеличено от 100 час 1 до 140 час. в неделю .

Увеличение интенсивности пучков частиц и рабочего времени синхроциклотрона весьма значительно расширило экспериментальные возможности и позволило перейти к изучению таких маловероятных эффектов, как рождение мезонов мезонами вблизи порога .

Прежде чем перейти к изложению результатов исследований, выполненных на синхроциклотроне со времени его пуска, укажем, что часть из них уже освещалась в обзорных докладах на сессии АН СССР по мирному использованию атомной энергии в 1955 г. 1 0 .

–  –  –

процессов, вызываемых этими частицами, в сторону больших энергий, а также произвести ряд поисковых экспериментов .

В этом параграфе мы очень кратко охарактеризуем основные работы, выполненные в период работы ускорителя в режиме ускорения дейтонов и -частиц (первая половина 1950 г.) .

Определение масс мезонов, возникающих под действием частиц с э н е р г и е й 500 Мэв В 1949—1950 гг. особенно много дискутировался вопрос о существовании в космических лучах мезонов различных масс. В связи с этим на пятиметровом синхроциклотроне были поставлены опыты по анализу масс мезонов, рождаемых частицами с энергией около 500 Мэв .

Эксперименты, выполненные двумя группами исследователей различными методами, показали, что -частицы с энергией 560 Мэв Х 1 · 1 2 и протоны с энергией 480 Мэв13 производят лишь -мезоны. Выход мезонов других масс, если бы таковые и рождались, оценивался в работе 1 3 величиной, по крайней мере, в 200 раз меньшей, чем выход отрицательных тс-мезонов .

Деление ядер под действием -м е з о н о в Другим также поисковым опытом явилась попытка наблюдать деление ядер тяжелых элементов под действием отрицательных -мезонов, остановившихся в фотоэмульсии, содержащей уран и вольфрам. Впервые это явление было обнаружено в опытах 1 4 · 1 5 и в дальнейшем изучалось в работах 1 в .

Р а с щ е п л е н и е -ч а с т и ц с энергией 560 Мэв на о т д е л ь н ы е нуклоны В работе 1 7 при облучении пучком -частиц с энергией 560 Мэв внутренних мишеней из различных веществ было обнаружено появление интенсивных потоков нейтронов и протонов со средней энергией около 120 Мэвг, направленных в относительно узком конусе вперед по направлению движения -частиц. Часть результатов этих опытов, касающаяся потока нейтронов, углового распределения и энергии нейтронов, приведена в табл. 1 (столбец 2). В одновременно проводившихся экспериментах по облучению -частицами фотоэмульсий был установлен относительно высокий выход ядерных расщеплений, сопровождающихся испусканием в одном акте одного или пары протонов в направлении, близком к направлению движения налетающей -частицы с энергией, равной в среднем / 4 энергии -частицы .

Все эти факты позволяют заключить, что в результате соударения налетающая на ядро -частица с большой вероятностью полностью разрушается и ее нуклоны испускаются в направлении движения -частицы в виде относительно узкого пучка. По полному выходу нейтронов установлено 1 7, что процесс развала -частиц с энергией 560 Мэв почти не уступает процессу стриппинга дейтонов с энергией 280 Мэв (см. табл. 1) .

Стриппинг дейтонов Это явление было обнаружено в Беркли и исследовалось там при энергии дейтонов 190 Мэв. В работе явление отщепления частиц от дейтона изучалось при энергии 280 Мэв с различными мишенями. Часть данных, полученных в этой работе, приведена в табл. 1 (столбец 1). Показано, что

ИССЛВДОВ. ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ 2 1

угловое распределение образующихся в этом процессе нейтронов, а также полное сечение реакции находятся в удовлетворительном количественном согласии с расчетами, выполненными на основе представлений о механизме явления, развитых Р. Сербером .

Обнаружение ж е с т к о г о -и з л у ч е н и я от м и ш е н и синхроциклотрона В опытах 2 0 при бомбардировке внутренней мишени ускорителя -частицами с энергией 560 Мэв было обнаружено жесткое -излучение, повидимому, обязанное своим происхождением распаду образовавшихся при этом -мезонов .

Деление ядер под действием нейтронов Новым фактом, обнаруженным в опытах с нейтронами, имеющими энергию 120 Мэв, явилось наблюдение деления ядер элементов средней части периодической системы, таких, как диспрозий, эрбий и родий 2 1 .

Уместно заметить, что в этот же период радиохимическими методами было установлено деление серебра при бомбардировке его -частицами с энергией 560 Мэв 2 2. Так как согласно теоретическим представлениям 2 3 деление ядер этой части периодической системы должно происходить преимущественно из возбужденного состояния, то результаты указанных экспериментов явились первым подтверждением существования такого механизма деления ядер. Деление ядер более тяжелых элементов (с 7 3 ) под действием нейтронов высоких энергий изучалось в работах 2 1 · 2 4 .

Искусственная а-р а д и о а к т и в н о с т ь В работе 2 5 изучалось образование -активных ядер при бомбардировке мишеней из различных веществ -частицами с энергией 560 Мэв. Результатом исследований является обнаружение неизвестных до этого -активных ядер гадолиния, тербия, диспрозия, образующихся из гольмия, иттербия, тербия и эрбия .

Ряд работ был посвящен исследованию ядерных расщеплений, вызываемых -мезонами26 и дейтонами высоких энергий 2 7. Изучалось также неупругое взаимодействие нейтронов высоких энергий с ядрами 2 8. В работе было исследовано испускание вторичных нейтронов ядрами (от бериллия до свинца) под действием нейтронов со средней энергией 120 и 380 Мэе .

УПРУГОЕ РАССЕЯНИЕ НУКЛОНОВ НУКЛОНАМИ

Одно из центральных мест среди проблем, изучаемых современной ядерной физикой, занимает проблема ядерных сил—сил, действующих между нуклонами .

Результаты экспериментов по рассеянию нуклонов, выполненных с частицами малых энергий, позволили установить, что по своей природе ядерные силы не являются электромагнитными, отличаются от последних высокой интенсивностью, очень малым радиусом действия и сложным образом зависят от спинов частиц .

Ряд других опытных факторов указывает еще на одно важное свойство этих сил—их симметрию (приблизительное равенство ядерных взаимодействий между двумя протонами и между двумя нейтронами)—и позволяет высказать далеко идущую гипотезу о зарядовой независимости ядерного взаимодействия нуклонов. В основе этой гипотезы лежит предположение 22 В. П. ДЖЕЛЕПОВ, Б. М. ПОНТЕКОРВО о равенстве ядерных взаимодействий между двумя любыми парами нуклонов в состояниях с одинаковыми полными спинами и орбитальными моментами .

Принципиально новые сведения о ядерных силах удается получить из опытов по рассеянию нуклонов на нуклонах при энергиях частиц в сотни Мэв, когда длина волны налетающей частицы становится существенно меньше радиуса действия ядерных сил (к^%/цс =1,4· 10~13 см) и возникает

–  –  –

возможность исследовать наиболее глубоко лежащие области силового поля нуклонов. При этом для выяснения влияния сил, зависящих от спина, на характер рассеяния наряду с опытами с неполяризованными пучками частиц необходимо исследовать также рассеяние поляризованных пучков нуклонов на нуклонах .

Следует подчеркнуть, что методы, применявшиеся для теоретического анализа опытного материала, полученного при малых энергиях, оказываются совершенно непригодными в новой области энергий. Поэтому, а также в связи с отсутствием строгой теории ядерных сил следствия, получаемые на основе гипотезы зарядовой независимости ядерных сил, оказываются плодотворными. Использование аппарата изотопического спина

ИССЛЕДОВ. ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ НА С ИНХРОЦИКЛОТРОНЕ 23

позволяет несколько продвинуться в анализе результатов экспериментов с частицами высоких энергий и выявить некоторые новые закономерности в ядерном взаимодействии нуклонов 3 0. Применение этого аппарата позволяет разбить весь комплекс возможных состояний, в которых может находиться система из двух нуклонов при высокой энергии столкновения, на две группы со значениями полного изотопического спина = 1 и Г = 0 и проводить изучение взаимодействия в этих группах состояний раздельно .

Сведения о взаимодействии двух нуклонов в состояниях с Г = 1 можно получить, изучая рассеяние любой пары нуклонов (р—, —, -—), исследование же взаимодействия нуклонов в состояниях с Т=0 требует постановки опытов по рассеянию различных нуклонов (п—р) .

В связи с большой принципиальной важностью исследований рассеяния нуклонов нуклонами они проводились на синхроциклотроне Лаборатории ядерных проблем широким фронтом с осени 1950 г. Опыты были выполнены с нуклонами, имеющими энергии от 380 до 660 Мэв, т. е. в области энергий, которая в то время не была изучена .

–  –  –

Для осуществления однозначного фазового анализа опытных данных по упругому рассеянию нуклонов необходимо, кроме результатов опытов с нелоляризованными нуклонами, иметь сведения о рассеянии поляризованных частиц. На рис. 5 приведены результаты исследования углового распределения поляризации |В, возникающей при упругом рассеянии протонов с энергией 635 Мэе протонами .

–  –  –

Главное значение опытов по рассеянию нейтронов протонами состоит в том, что при помощи их удается получить сведения о ядерном взаимодействии между неодинаковыми нуклонами. Первые опыты по рассеянию нейтронов высоких энергий протонами, выполненные Э. Сегре и др .

в 1948 г. в Беркли на нейтронах с энергиями 40 и 90 Мэе, показали, что происходит интенсивное рассеяние нейтронов назад (в системе центра масс), и явились, таким образом, непосредственным доказательством того, что ядерные силы, действующие между нейтроном и протоном, имеют обменный характер .

На синхроциклотроне Лаборатории ядерных проблем рассеяние нейтронов протонами систематически изучалось в области энергий нейтронов 380—580 Мэе 41 ~ 44. Результаты этих исследований приведены на рис. 7 .

ИССЛЕДОВ. ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИИ НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ 2 5

Данные опытов на нейтронах с энергией 380 Мэв, выполненных в 1950—1951 гг., показывают, что дифференциальные сечения (п—р)-рассеяния практически не меняются в широкой области углов, прилегающих к 90°, и имеют относительно большую величину. Это позволило сделать вывод о том, что при высоких энергиях интенсивность взаимодействия

–  –  –

Рис. 7. Упругое рассеяние нейтронов протонами при энергиях 380 и 580 Мэв .

Анализ данных при энергии 580 Мэв свидетельствует об участии в рассеянии состояний с орбитальным моментом до 1 — 5. Резкое возрастание сечений (п—р)-рассеяния в области малых углов при энергии 580 Мэв связано, по-видимому, с увеличением вероятности неупругих процессов (образование мезонов) в интервале энергий 380—590 Мэв, которое придает рассеянию дифракционный характер .

в системе нейтрон—протон очень велика, так же как это имеет место в системе протон—протон. Таким образом, на основании опытов по рассеянию нуклонов было установлено, что ядерное взаимодействие при высокой энергии между любыми парами нуклонов характеризуется очень большой интенсивностью .

i3 li Данные опытов при энергии 580 M$e ', так же как и при энергии 380 Мэв, показывают, что и в этой области энергий резко проявляется обменный характер ядерного взаимодействия между нейтроном и протоВ. П. ДЖЕЛЕПОВ, Б. М. ПОНТЕКОРВО ном и что вклад обменных сил во взаимодействие нуклонов остается большим вплоть до энергии 600 Мэв .

Необходимо отметить, HTOJBCH совокупность имеющихся опытных данных по упругому рассеянию нуклонов высоких энергий нуклонами не противоречит гипотезе о зарядовой независимости ядерных сил. Результаты анализа данныхпо нуклонному рассеянию, выполненного в работах 3 0 · 4 2, на основе представлений, лежащих в основе этой гипотезы, свидетельствуют о резком различии в характере изменения угловой и энергетической зависимостей сечений взаимодействия нуклонов в состояниях с различными изотопическими спинами (Т—0, и Г = 1 ) и тем самым указывают на различие в характере взаимодействия нуклонов в этих состояниях .

–  –  –

обменного характера, не позволяли сделать каких-либо заключений о зависимости этих сил от спина. Оригинальный путь для выяснения этого вопроса был указан в работе, в которой предлагалось выполнить сравнительные опыты по наблюдению быстрых протонов от обменных столкновений нейтронов высоких энергий с дейтонами и свободными протонами .

В экспериментах такого рода 4 6 было обнаружено, что в области малых углов рассеяния сечения испускания протонов высоких энергий при обменном рассеянии нейтронов дейтонами значительно меньше сечений рассеяния нейтронов на свободных протонах (рис. 8). Этот факт позволил сделать вывод о том, что при обменных (п—р)-соударениях со значительной вероятностью происходит одновременно и обмен спинами или, иными словами, что вклады, вносимые спиново-обменными и сшгаово-необменными силами в обменное взаимодействие нейтрона с протоном, одного порядка .

ПОСЛЕДОВ. ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ 27

–  –  –

Особого внимания заслуживает найденное в этих опытах рассеяние протонов на углы порядка 130—150° (в системе центра масс), когда дейтону, улетающему вперед как целое, передаются энергии до 500—600 Мэв, в сотни раз превышающие энергию связи дейтона. Наблюдаемые факты для своей интерпретации требуют привлечения механизма коллективного трехчастичного взаимодействия нуклонов .

С целью изучения соударений протонов высоких энергий с квазидейтонными группами в ядрах на шестиметровом синхроциклотроне были поставлены специальные опыты .

В работе при бомбардировке протонами с энергией 675 Мэв ядер легких элементов было обнаружено испускание дейтонов с энергией около 600 Л/зе'вперед под малым углом к направлению пучка протонов, так же как это имело место в случае наблюдавшихся в этих же опытах упругих (р—с1)-соударений при той же энергии частиц и угле наблюдения (рис. 10) .

Качественное объяснение наблюдаемому явлению можно дать, если опираться на представления о существовании в ядрах кратковременно сильно взаимодействующих групп нуклонов 50 или использовать предсказания высокоимпульсной модели ядра, развиваемой в последнее время К. Брюкнером .

28 В. П. ДЖЕЛЕПОВ, Б. М. ПОНТЕКОРВО Все эти опыты в совокупности с экспериментами (см., например, о 1 ), в которых наблюдалось испускание под действием частиц высоких энерS000 Нр, кгс-см Рис. 10. Импульсный спектр протонов и дейтонов, испускаемых из лития под углом 7,6" к направлению пучка протонов с энергией 675 Мэв .

Дейтоны испускаются в результате соударений налетающих протонов с квазидейтонными группами внутри ядер лития. Вверху справа приведен импульсный спектр дейтонов от упругих (р—(1)-соударений для этого же угла наблюдения и той же энергии падающих протонов .

гий тяжелых фрагментов (трития, гелия, лития, бериллия и т. п.) с энергиями, превышающими потенциальный барьер, указывают путь для исследования непарных сил, действующих между нуклонами в ядрах .

Полные сечения ядерного взаимодействия нуклонов с нуклонами и дейтонами Результаты основных опытов, проведенных на шестиметровом синз 9 40 4 2 5 2 хроциклотроне различными исследователями · · · в связи с определением полных сечений ядерного взаимодействия и упругого рассеяния нуклонов, приведены на рис. 11.

Полученные данные позволяют сделать следующие заключения:

1. В изученной области энергий 380—660 Мэв наблюдается резкое увеличение сечений образования мезонов в соударениях как одинаковых, так и различных нуклонов .

2. Полные сечения упругого рассеяния нуклонов нуклонами в состояниях с различными изотопическими спинами, так же как и при меньших

ИССЛЕДОВ. ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ 29

энергиях, обнаруживают различную зависимость от энергии: при Т=\ течение упругого рассеяния нуклонов остается постоянным, при Г = 0 уменьшается с увеличением энергии 4 2. Это может указывать на ослабление с ростом энергии полной интенсивности взаимодействия нуклонов в состояниях с Т=0 .

Резюмируя результаты экспериментальных исследований, выполненных в связи с изучением процессов упругого рассеяния нуклонов нуклонами и дейтонами, можно сказать, что они позволяют составить представВО ление о главных особенностях нуклон-нуклонного взаимодействия в изученной области энергий (до 700 Мэв):

1. Во взаимодействии нуклонов при высоких энергиях участвуют очень интенсивные силы различного типа: центральные, тензорные, обменные, сложным образом зависящие от спина .

2. Вклады в ядерное взаимодействие нуклонов от сил разных типов соизмеримы .

3. Взаимодействие нуклонов является зарядово-независимым .

Несомненно, что будущая теория ядерных сил должна будет в качестве практического критерия использовать эти опытные факты .

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МЕЗОНОВ И НУКЛОНОВ

Проблему ядерных сил нельзя полностью отделить от изучения свойств всех других элементарных частиц. Известно, что имеется связь между элементарными частицами и полями сил. Например, взаимодействие межВ. П. ДЖЕЛЕПОВ, Б. М. ПОНТЕКОРВО ду заряженными частицами осуществляется посредством фотонов, которые являются квантами электромагнитного поля. Поэтому свойства фотонов тесно связаны с характером электромагнитных сил, действующих между заряженными частицами .

Аналогично свойства -мезонов, как сейчас установлено, тесно связаны с силами, действующими между нуклонами, т. е. с ядерными силами .

Поэтому понятно, насколько важное место в физике элементарных частиц занимает изучение свойств -мезонов .

Мезонная теория—формальная теория мезонных полей—исходит именно из предположения, впервые высказанного X. Юкавой, что ядерные силы обусловлены мезонами. Эта идея правильна, но, к сожалению, мезонная теория находится еще на относительно ранней ступени развития .

В настоящее время, когда любая конкретная форма мезонной теории в лучшем случае дает только качественное согласие с экспериментами, основной задачей экспериментальной физики в области высоких энергий является получение данных для феноменологического описания взаимодействия разных частиц друг с другом. При отсутствии общей картины, объединяющей различные явления физики элементарных частиц, невозможно создать последовательную мезонную теорию. Таким образом, феноменологическое описание взаимодействия частиц, и прежде всего

-мезонов и нуклонов, является первым шагом к созданию мезонной теории ядерных сил .

Как в СССР, так и за границей исследования, на основании которых могли быть получены сведения об общей картине взаимодействия частиц, проводились по многим направлениям: кроме рассеяния нуклонов нуклонами при разных энергиях налетающих частиц и углах рассеяния, изучалось рассеяние мезонов нуклонами, а также рождение мезонов на нуклонах нуклонами, мезонами и -квантами .

Р а с с е я н и е -м е з о н о в н а нуклонах и сложных ядрах Большой шаг вперед в исследовании свойств -мезонов был сделан в период 1950—1954 гг. в классических измерениях их четности и спина В. Пановским и Дж. Штайнбергером, а также в измерениях полных и дифференциальных сечений рассеяния -мезонов на нуклонах в области энергий до-^-200 Мэв Э. Ферми и др. Исследования рассеяния мезонов на нуклонах начались в Лаборатории ядерных проблем в 1954 г. после того, как были получены хорошо коллимированные пучки -мезонов. Исследования ставили целью получение сведений в области энергий -мезонов больше 200 Мэв, где данные практически отсутствовали .

Ряд работ был посвящен изучению энергетической зависимости от полных сечений взаимодействия +- и -nf-мезонов с водородом и дейтерием в области энергий 140—400 Мэв53^Ъв (рис. 12) и исследованию угловых распределений -мезонов, рассеянных на водороде в реакциях + + - ^ + +, ~+-~+,+—*°+ при разных энергиях мезонов: 176, 200, 240, 270 5 «. 57, 307 6 8 - 6 1, 330 6 2 и 360 Мэв вз .

Часть полученных результатов представлена на рис. 13 и 14. Опыты по угловому распределению -мезонов на водороде были выполнены при помощи сцинтилляционных счетчиков и методом фотопластинок .

Совокупность данных, в частности равенство сечений взаимодействия

-л*- и "-мезонов с дейтерием, подтверждает принцип зарядовой симметрии для систем из мезонов и нуклонов, а также более строгий принцип заряИССЛЕДОВ. ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИИ НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ 31 довой независимости. Хотя принцип зарядовой независимости находит естественное место в мезонной теории ядерных сил, необходимо подчеркнуть, что выводы о справедливости этого принципа были сделаны без использования мезонной теории на основании феноменологического анализа данных по рассеянию мезонов нуклонами и обсуждаемых ниже данных по образованию мезонов нуклонами .

Ч 200

–  –  –

Рис. 12. Полные сечения взаимодействия *- и и~-мезонов с водородом и дейтерием .

«Резонансное» поведение сечения вблизи 190 Мэв характеризует мезон-нуклонное взаимодействие в состоянии с изотопическим спином и полным угловым моментом з/ а. При энергии Е л а б З=300 Мэв вклад в рассеяние^состояния с изотопическим спином i/з становится заметным .

Опыты подтвердили, что в области энергий до 300 Мэв взаимодействие мезон—нуклон является особенно сильным в состоянии, изотопический спин и полный угловой момент которого равны /2, причем величина сечения рассеяния в этом состоянии достигает максимально возможного значения при энергии -мезонов около 190 Мэв. Поэтому часто говорят, что взаимодействие мезон—нуклон имеет «резонансный» характер. Возможно, что резонанс связан со структурой нуклона 64, хотя утверждать это в настоящее время никак нельзя. Исследование мезон-нуклонного взаимодействия в области высоких энергий позволило заключить ьз,ь&^ х что вклад в рассеяние состояния с изотопическим спином /2 становится заметным при Еп 300 Мэв .

32 В. П. ДЖЕЛВПОВ, Б. М. П О Н Т Е К О Р В О

–  –  –

ВОД А

–  –  –

УОО Рис. 15. Энергетическая зависимость полных сечений взаимодействия -мезонов с легкими атомными ядрами 6 5 .

Кривые напоминают энергетическую зависимость полных сечений взаимодействия

•к+- ^^-мезонов с нуклонами. Анализ показывает 66, что взаимодействие -мезонов в ядре происходит в основном с отдельными нуклонами ядра .

3 УФН, т. LXIV, вып. 1 34 В. П. ДЖЕЛЕПОВ, Б. М. ПОНТЕКОРВО '!

Высокая точность измерений угловых распределений рассеяния ^-мезонов на водороде при энергии больше чем 200 Мэв впервые позволила произвести фазовый анализ с учетом не только s- и р-состояний, но такжеи d-состояний. Из анализа следует 5 7, что радиус мезон—нуклонного взаимодействия составляет около 7-10 1 4 см .

–  –  –

Данные, полученные в работе 6 9 по неупругому рассеянию -мезонов на ядрах фотоэмульсии, показали, что между ядрами и -мезонами с энергией 160 Мэв действуют силы притяжения, причем глубина соответствующей потенциальной ямы составляет примерно 25 Мэв .

Г

–  –  –

Образование мезонов нуклонами Р а н н и е о п ы т ы. Многочисленные исследования на синхроциклотроне были посвящены проблеме одиночного рождения заряженных и нейтральных -мезонов при соударении нуклонов. Ясно, что процессы рождения заряженных мезонов в нуклон-нуклонных соударениях с теоретической точки зрения являются более сложными, чем процессы рассеяния мезонов нуклонами .

Чтобы составить достаточно полную картину явлений мезонообразования в нуклон-нуклонных столкновениях, изучались различными методами качественные и количественные характеристики этих процессов .

а* 36 В. П. ДЖЕЛЕПОВ, Б. Ы. ПОНТЕКОРВО

–  –  –

Было указано 8 2 впервые, что малая вероятность образования заряженных мезонов в (п—р)-столкновениях связана с тем, что мезон-нуклонное взаимодействие особенно сильно в состоянии, изотопический спин и угловой момент которого равны 3 / 2, т. е. в состоянии, которое ярко проявляется в опытах по взаимодействию -мезонов с нуклонами .

6. При бомбардировке водорода протонами с энергией 460 Мэв было показано 74 7 6, и это находится в согласии с данными, полученными Дж. Маршаллом и др. в Чикаго, что с повышением энергии снимается запрет, который имеет место для реакций р + р — ° + + при меньших энергиях. Аналогичный вывод о том, что запрет для образования и°-мезонов в (п—п)-столкновениях. снимается при высоких энергиях, был также получен в работе 8 3, когда после реконструкции синхроциклотрона был получен пучок нейтронов с энергией 580 Мэв .

1. Подробно исследовалась 7 7 реакция р+р—^++d при энергии протонов 460 Мэв. Полученное угловое распределение указывает на то, что мезоны в этой реакции рождаются преимущественно в р-состоянии, л р и этом.эффект от испускания мезонов в d-состоянии незначителен .

ИССЛЕДОВ. ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ 37

–  –  –

7* \ / \ / \ \ \ / / \ \

–  –  –

Рис. 18. Энергетическая зависимость полного сечения реакции! р+р—++1 .

3 —кинетическая энергия рожденного мезона в системе центра масс. Обращает на себя внимание максимум, который связан с сильным «резонансным» взаимодействием мезона с нуклоном в состоянии с изотопическим спином и полным угловым моментом з/ 2 .

Эксперименты84 по изучению рождения п;+-мезонов при соударениях протонов с энергией 460—660 Мэв с протонами позволили впервые установить, что зависимость полного сечения реакции р+р—rc++d имеет резонансный характер (рис. 18). Из анализа угловых распределений мезонов, испускаемых в указанной реакции (рис. 19), следует, что в рассматриваемой области энергий мезоны в основном рождаются в р-состоянии. Этот вывод был сделан также на основании экспериментального изучения 8 в углового распределения °-мезонов, образующихся в реакции n+p—7c°+d при энергии нейтронов около 600 Мэв (рис. 19), которая с точки зрения изотопической инвариантности тождественна с реакцией +-^ + -)-(1 .

Наряду с двухчастичной реакцией, протекающей при соударении двух протонов, исследовалась также реакция р+р— + ++ при энергии протонов 657 Мэв (рис. 20) .

38 В. П. ДЖЕЛЕПОВ, Б. М. ПОНТЕКОРВО

–  –  –

Рис. 19. Угловое распределение -мезонов, испускаемых в реакциях р+р—re+-f-d и +—°4- при энергии налетающих протонов 650 Мэв и нейтронов 600 Мае .

Данные для второй реакции приведены в относительных единицах. Одинаковое поведение дифференциальных сечений для обеих реакций является следствием принципа зарядовой независимости [процессов взаимодействия элементарных частиц и поэтому подтверждает этот принцип .

70' 80° 90° С.Ц.М .

–  –  –

Образование 1с°-мезонов на протонах и дейтонах было изучено в области энергий до 680 Мэв при бомбардировке их протонами 8 8 " 9 1 и нейтронами 83 9 2 .

<

–  –  –

Отношение сечений ^/ при 660 Мэв близко к двум 88 · 90 —величине, которую предсказывает гипотеза! зарядовой независимости в том случае, когда система мезон—нуклон в конечном состоянии имеет изотопический спин /2. • Энергетическая зависимость, сечений образования тг°-мезонов протонами на протонах и дейтона^ была исследована при помощи внутреннего 8 9 · 9 4 и выведенного90· 9 1 / пучков протонов. На рис. 21 представлены данные наиболее точныхдамерений, в которых была установлена совершенно иная, чем предполагалось ранее, энергетическая зависимость полного сечения образования т:0-мезонов в (р—р)-соударениях 89 .

40 Б. П. ДЖЕЛЕПОВ, Б. М. ПОНТЕКОРВО Угловое распределение тс -мезонов, рождающихся в нуклон-нуклонных столкновениях, было изучено при энергиях 445, 500, 555 Мэв и 660 Мэв - ·. Было найдено, что угловое распределение, которое при малых энергиях анизотропно, становится практически изотропным с увеличением энергии до 660 Мэв. По-видимому, это связано с тем, что при энергии около 600 Мэв начинает проявляться сильное взаимодействие в конечном состоянии между г°-мезоном и одним из нуклонов .

–  –  –

При исследовании углового распределения -квантов от распада те0-мезонов, образованных на ядрах, было обнаружено 88 - 9 0 ' 9 4 интересное явление асимметрии (рис. 22), связанное с тем, что длина пробега мезонов и протонов в ядерном веществе мала по сравнению с размерами ядра .

Сведения о поглощении мезонов в ядерном веществе были получены также на основании измерений выходов т.°-мезонов из разных ядер при бомбардировке их протонами 8 8 и нейтронами 8 0 · 8 3 .

Энергетические спектры частиц, испускаемых при неупругих соударениях двух нуклон о в. Спектры частиц, испускаемых при неупругих соударениях нуклонов с нуклонами и ядрами, были исследованы различными экспериментальными методами: методом анализа при помощи парного магнитного спектрометра спектров -квантов от распада ^-мезонов, образованных в соудареИССЛЕДОВ.ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ 4 1

–  –  –

Рис. 24.

Энергетический спектр -квантов от распада тс°-мезонов, образованных протонами с энергией 660 Мэв на ядрах углерода:

а—угол наблюдения 0°; б—угол наблюдения 180° .

Максимум энергии спектра около 600 Мэв обусловлен теми из лобовых столкновений, ^которые соответствуют случаям, когда один из двух

-квантов от распада -мезонов получает практически всю энергию .

42 В. П. ДЩЕЛЕПОВ, Б. М. ПОНТЕКОРВО ниях протонов с протонами 9 5 (рис. 23) и ядрами 96 9 7 (рис. 24); методом магнитного анализа вторичных протонов и дейтонов, испускаемых в процессе столкновения двух протонов 9 8 (рис. 25); методом магнитного анализа заряженных мезонов от (р—р)-соударений " 10° (рис. 26, 26а, 266) и от соударений 'протонов с ядрами 101 · 1 0 2 (рис. 27); наконец, для анализа

•спектров заряженных мезонов, образованных в (п—р)-столкновениях, применялся метод фотопластинок (рис. 28) .

Анализ спектров -квантов от распада °-мезонов, образуемых протонами на легких ядрах, показал, что с ростом энергии протонов от 470

ИССЛЕДОВ. ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ 4 3

до 660 Мэв происходят смягчение спектра и уменьшение анизотропии углового распределения мезонов, образующихся в (п—р)-соударениях 9 6 .

Причина этого, по-видимому, лежит также в появлении с ростом энергии сильного взаимодействия и°-мезонов с одним из нуклонов. При помощи той же методики впервые были получены сведения об угловом и энергетическом распределениях л°-мезонов, образующихся при столкновении протонов с энергией 660 Мэв с водородом 9 5 .

В результате анализа спектров тс+-мезонов, образующихся в реакции р+р—тс + +р+п при энергии протонов 556 и 657 Мэв, было показано, что

–  –  –

в'этой области энергий матричный элемент реакции пропорционален импульсу мезона " .

Интересный результат был получен при измерениях потоков заряженных 1 0 2 и нейтральных 1 0 4 мезонов, испускаемых из разных ядер при бомбардировке их протонами. Найдено, что отношение числа заряженных мезонов к числу -п°-мезонов, образованных протонами на ядрах с изотопическим спином 0, равно двум, что подтверждает еще раз гипотезу зарядовой независимости ядерных сил, В заключение можно заметить, что такое систематическое исследование процессов рождения нейтральных и заряженных -мезонов до сих пор является единственным .

44 В. П. ДЖЕЛЕПОВ, Б. М. ПОНТЕКОРВО

–  –  –

Рис. 266. Энергетический спектр а+-мезонов от реакций:

1) р + р — + + + ; 2) р + р —^+4-1 под углом 46° в лабораторной системе при энергии налетающих протонов 660 Мэв .

Пик в спектре обусловлен двухчастичной реакцией 2) .

ИССЛЕДОВ. ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЯ НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ 4 5

–  –  –

Рождение -м е з о н о в мезонами Относительно давно известно, что при соударениях -мезонов с нуклонами могут рождаться мезоны (множественное образование). Однако процессы рождения мезонов мезонами до последнего времени были изучены только в области энергий, значительно превышающих порог мезонообразования. Исследование этих процессов вблизи порога недавно было предпринято в Лаборатории ядерных проблем, где рождение мезонов мезонами исследовалось на жидком водороде 105 при помощи сцинтилляционных счетчиков и на сложных ядрах 1 0 6 при помощи фотопластинок. На рис. 29' представлены полученные впервые данные об энергетической зависимости суммарной вероятности реакций ~+-^°+~+ и -f- -^+-|-~4-. Все попытки вычислить вероятность этих процессов при помощи мезонной теории не были удачными. С методической точки зрения может представлять интерес сравнение опытных данных с приведенной на том же рисунке кривой, рассчитанной Д. Франклином*) на основании теоршг Г. Чью и Ф. Лоу и дающей пока значительно лучшее согласие с опытом, по сравнению с другими расчетами .

Заключение Подводя итоги совокупности исследований процессов взаимодействия· мезонов с нуклонами и сложными ядрами, а также образования мезонов нуклонами на нуклонах и на сложных ядрах, можно утверждать, что они позволяют составить достаточно полную феноменологическую картину взаимодействия мезонов и нуклонов в области энергий до 700 Мэв.

При1 этом основными характеристиками этого взаимодействия, которые должны, быть учтены будущей теорией, являются следующие:

а) взаимодействия мезонов и нуклонов зарядово-независимы;

б) взаимодействие мезон—нуклон особенно сильно в состоянии с изотопическим спином и угловым моментом, равными 3 / 2 .

-МЕЗОНЫ Известно, что -мезоны являются не ядерноактивными частицами, .

т. е. их взаимодействие с нуклонами значительно слабее, чем тг-мезоннуклонное взаимодействие. Однако вопрос о том, существуют ли относительно слабые ядерные силы, обусловленные виртуальным испусканием 0 J07 пар (i-мезонов (±, р. ), является открытым. Попытка детектировать гипотетический р.°-мезон показала, что эта частица, если она существует, испускается из ядер при бомбардировке их протонами'с энергией 670 Мэв с вероятностью меньше или порядка 10~ от вероятности испускания -мезонов. Следовательно, вклад парного взаимодействия (*, °) в ядерные силы незначителен .

Большой интерес к проблеме распада -мезона появился после открытия в США несохранения четности в слабых взаимодействиях. В работе108 методом фотопластинок исследовалась асимметрия электронов, испускаемых при распаде u-мезонов в процессе ;i -e +v+v, по отношению к направлению испускания этих ц-мезонов в процессе +-^»++. Полученные результаты подтвердили вывод о несохранении четности и с хорошей точностью определили вид углового распределения электронов .

В связи с предложенной Ландау 1 0 9 теорией продольного нейтрино, согласно которой масса нейтрино равна нулю и нейтрино всегда поляризовано по направлению его движения, большой интерес представляет сравнение данных с этой теорией. В трудоемких опытах 1 1 0 была опредеPhys. Rev. 105, 1101 (1957) .

48 В. П. ДЖЕЛЕЦОВ, В.. ПОНТЕКОРВО лена зависимость асимметрии электронов, испускаемых в процессе распада +

-300 в фотопластинках, от энергии электронов. Измерения показали, что асимметрия увеличивается для жесткой части спектра: знак эффекта согласуется с предсказаниями теории продольного нейтрино. В настоящее время проводятся и другие опыты по этой фундаментальной проблеме .

СТРАННЫЕ ЧАСТИЦЫ

В Лаборатории ядерных проблем исследовались также процессы рождения Л°-частиц. На основании теоретических соображений как в 1П СССР, так и за границей было предсказано явление совместного рождения тяжелого мезона с гипероном. Это впоследствии было подтверждено прямыми опытами, проведенными на космотроне в США. Гипотезе совместного рождения Л°-частицы и К -мезона противоречит реакция нуклон+ +нуклон—нуклон+Л°, но не противоречит реакция нуюгон+нуклон= = °+° .

В работе сделана попытка наблюдать рождение Л°-частиц при бомбардировке внутренней мишени синхроциклотрона протонами с энергией 680 Мэв, вполне достаточной даже для образования двух Л°-частиц .

Опыт показал, что Л°-частицы в этих условиях не рождаются. Это не только явилось дополнительным и сильным аргументом в пользу предположения о совместном рожденииЛ°-частицы и тяжелого мезона, но позволило также сделать вывод относительно величины изотопического спина ^°-мезона, участвующего во взаимодействии Л°-частицы с нуклоном. Из работы следует, что АГ°-мезон и его античастица К0 не являются тождественными .

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ

со сложными ЯДРАМИ Априори нельзя ответить на вопрос, является ли взаимодействие

-мезонов и нуклонов с ядрами суммой их попарных взаимодействий с отдельными нуклонами ядер. Основной интерес исследований взаимодействия этих частиц с ядрами связан с тем, что они могут дать неожиданные сведения о ядерных силах, которые нельзя получить из опытов по рассеянию частиц на нуклонах .

Мы уже упоминали значительное количество работ, в которых изучалось взаимодействие нуклонов и и-мезонов со сложными ядрами .

Ввиду ограниченности рамок этой статьи мы не можем даже кратко обсудить все работы, в которых это взаимодействие исследуется в разных аспектах. Однако, для того чтобы дать возможность составить представление об изучаемых в них вопросах, мы приводим в списке литературы ряд таких работ с полным названием 13^121 .

МЕТОДЬГИССЛЕДОВАНИЯ И АППАРАТУРА

Широкая программа ядерных исследований с частицами и -квантами высоких энергий, проведенных на синхроциклотроне, потребовала разработки новых методов регистрации частиц и создания сложных экспериментальных установок .

Рамки этой статьи не позволяют сколько-нибудь подробно описать весь арсенал в большинстве своем тонкой и разнообразной экспериментальной аппаратуры, построенной и использованной в течение восьми лет в работах на синхроциклотроне различными группами физиков. Однако, говоря об этой проблеме, следует подчеркнуть, что по трудности и новизне научно-технических решений, а также по объему исследовательских и конструкторских работ создание необходимых методов и аппаратуры для опытов с частицами высоких энергий принадлежит к числу сложнейших Рис. 30. Измерительный павильон .

" % Рис. 32. Экспериментальная установка для исследования рассеяния протонов высоких энергий протонами и нейтронами .

Система телескопов из сцинтилляционных счетчиков регистирует обе вторичные частицы .

Рис. 33. Годоскопическая система счетчиков, используемая в опытах по изучению рассеяния -мезонов высоких энергий на водороде .

Система управляющих счетчиков охватывает телесный угол, составляющий 2 стерадиана. Разрешающее время системы 2·10~ сек. Импульсное питание позволяет использовать обычные газоразрядные счетчики для регистрации частиц высоких энергий в условиях большого фона посторонних излучений, создаваемого мощным ускорителем .

"4SS?

\

–  –  –

Рис. 36. Установка с камерой Вильсона в магнитном поле, применяемая для исследования взаимодействия -мезонов высоких энергий с атомными ядрами .

Рабочие размеры камеры: диаметр 400 мм, высота 100 мм. Напряженность импульсного магнитного поля составляет 13 500 э. Сзади виден отклоняющий электромагнит .

Рис. 37. Общий вид установки для исследования нсуиругих столкновений поляризованных протонов с протонами .

ризованных протонов с протонами .

Регистрация вторичных частиц осуществляется телескопами из сциытилляционных счетчиков большого размера. Водородно-дейтериевая мишень (на фотографии окружена кожухом) обеспечивает сохранность жидкого водорода в рабочем цилиндре диаметром 3,9 см в течение 50 час. Для проведения фоновых измерений жидкий водород может удаляться из рабочего цилиндра в специальный резервуар, а затем Оез потерь перекачиваться обраТНО, Рис. 38. Магнитный спектрометр, применяемый в опытах по исследованию реакции +-^+d Установка регистрирует одновременно оба продукта реакции: дейтон детектируется пропорциональными счетРис. 39 Пузырьковая жидководородная камера объемом 1 л с системой управления (Теплотехническая лаборатория АН СССР); применяется для исследования процессов взаимодействия частиц высоких энергий с водородом .

Рис. 40. Трехсекционная магнитная линза для фокусировки пучка заряженных частиц высоких энергий .

Фокусное расстояние линзы для протонов с импульсом 1200 Manic равно 2,5 м, апертура 80 мм, градиент магнитного поля 2000 э/см .

a•

–  –  –

• '•-5Рис. 41. 12-канальный усилитель сигналов, поступающих от сцинтилляционных счетчиков .

Усиление каждого канала составляет 40 86, верхняя граница полосы пропускания 140 мггц .

Рис. 42. Репроектор—прибор для определения пространственного расположения следов заряженных частиц по стереофотографиям, пдлученным с помощью камеры Вильсона, диффузионной и пузырьковой камер .

Диаметр экрана 400 мм .

ПОСЛЕДОВ. ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ 4 9

–  –  –

путях пучков частиц в основном измерительном павильоне (рис. 30), а также в мезонной и поляризационной лабораториях. Управление ими осуществляется дистанционно из особого зала, где сосредоточены выходные регистрирующие устройства .

В исследованиях рассеяния нуклонов и -мезонов нуклонами и ядрами широко использовались телескопы из кристаллических и жидкостных сцинтилляционных счетчиков в сочетании с фотоэлектронными умножителями, включенными в схемы совпадений с разрешающим временем до 10" сек. Большую помощь в получении сцинтиллирующих кристаллов различных размеров для подобных счетчиков оказал Лаборатории Институт кристаллографии АН СССР .

На рис. 31 приведена типичная схема опытов по рассеянию -мезонов протонами, а на рис. 32 дана фотография типичной установки для измерения рассеяния нуклонов нуклонами. В подобных же опытах применялись и применяются: высокоэффективные годоскопические системы из нескольких сот счетчиков Гейгера с импульсным питанием (рис. 33), счетчики черепковского излучения, диффузионные камеры диаметром до 400 мм, наполненные водородом и гелием под давлением до 20 атм (рис. 34), пузырьковые камеры с пропаном (рис. 35) и камера Вильсона диаметром 400 мм в магнитном поле (рис. 36) .

Экспериментальные установки, на которых изучается рассеяние частиц или рождение мезонов, часто оборудуются специальными мишенями, наполненными жидким водородом или дейтерием. На рис. 37 приведен общий вид одной из таких установок .

Основная часть исследований процессов образования заряженных и нейтральных -мезонов в соударениях нуклонов с нуклонами и ядрами 4 УФН, т. LXIV, вып 1 50 В. П. ДЖЕЛЕПОВ, Б. М. ПОНТЕКОРВО была произведена при помощи многоканальных магнитных спектрометров в сочетании с газовыми или сцинтилляционными счетчиками (рис. 38) .

Электромагниты этих спектрометров имеют полюса с линейными размерами ~ 1 м и обеспечивают в зазорах (~10—15 см) поле в 15 000—17 000 э .

Вес магнитов составляет 35—50 т. Примерно такие же параметры имеют и электромагниты-соленоиды от камер Вильсона и диффузионных камер .

Все эти электромагниты были спроектированы для Лаборатории в Научно-исследовательском институте электрофизической аппаратуры .

В опытах по образованию заряженных тс-мезонов в соударениях нейтронов с протонами применяется пузырьковая камера, наполненная жидким водородом (рис. 39) .

Элементарные акты взаимодействия частиц высоких энергий с нуклонами и ядрами наблюдались также при помощи толстослойных фотоэмульсий и эмульсионных камер. При просмотре эмульсий применялись микроскопы, оборудованные угломерными устройствами и столиками увеличенных размеров с очень точной подачей. Для маркировки эмульсионных камер применяется специальный пресс с подсвечиваемой сеткой, разработанный и изготовленный в лаборатории .

В ряде опытов возникает необходимость предварительно фокусировать пучки частиц высоких энергий. Это осуществляется электромагнитными квадрупольными линзами, вид одной из которых приведен на рис. 40* Сложные условия физических экспериментов потребовали создания, целого комплекса специфической электронной аппаратуры: широкополосных усилителей, многоканальных анализаторов и т. п. Возникла такженеобходимость в разработке стереофотоаппаратов, репроекторов и стереокомпараторов, применяемых при съемке и обработке фотографий треков частиц в камерах Вильсона, диффузионных и пузырьковых камерах .

Фотографии ряда типовых приборов, созданных в лаборатории, приводятся на рис. 41, 42 .

Значительный объем ядерных исследований на шестиметровом синхроциклотроне был также выполнен при помощи радиохимических методов *) .

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Резюмируя кратко итоги физических исследований, выполненных на;

шестиметровом синхроциклотроне Лаборатории ядерных проблем с момента его запуска, можно сказать, что эти исследования внесли ценный вклад в физику высоких энергий. Они расширили наши знания в этой области современной физики и наряду с этим помогли выявить круг новых важных проблем и наметить эффективные пути для их изучения .

В значительной мере благодаря этим исследованиям молодая наука— физика частиц высоких энергий—прочно заняла свое место среди других наук в нашей стране .

Работа на шестиметровом синхроциклотроне явилась хорошей школой, воспитавшей значительный коллектив советских ученых, овладевших современной физикой, а также инженеров и конструкторов различных специальностей, освоивших новую совершенную технику .

В течение 1956—1957 гг. в связи с организацией Объединенного института ядерных исследований лаборатории института пополнились учеными из других стран. Институт превратился в международный центр ядерных исследований, одной из задач которого является подготовка кадров физиков для 12 стран—участниц института .

*) См. первое примечание на стр. 16 .

ИССЛЕДОВ. ПО ФИЗИКЕ ЧАСТИЦ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ НА СИНХРОЦИКЛОТРОНЕ 5 1

В славный сороковой год Великого Октября в связи с пуском в Лаборатории высоких энергий Объединенного института ядерных исследований гигантского синхрофазотрона на 10 Бэв перед современной ядерной физикой открылись дополнительные богатые перспективы дальнейшего развития .

ЦИТИРОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

–  –  –






Похожие работы:

«Руководство по эксплуатации Ротационная борона Zirkon 10 -RUАрт. №175_3884 2/01.12 LEMKEN GmbH & Co. KG Weseler Strae 5, D-46519 Alpen телефон (0 28 02) 81-0, факс (0 28 02) 81-220 e-mail: lemken@lemken.com, сайт: http://www.lemken.com Уважаемый заказчик! Мы бы хотели поблагодарить Вас за доверие, которое Вы оказал...»

«PP#01/2011RU 1 АНАЛИТИЧЕСКАЯ ЗАПИСКА PP#01/2011RU, 15 January, 2011 БИЗНЕС-КЛИМАТ В БЕЛАРУСИ И НАЦИОНАЛЬНАЯ КОНКУРЕНТНОСПОСОБНОСТЬ. Ирина Точицкая 1. Введение Способность предприятия обеспечивать себе долгосрочные и устойчивые конкурентные преимущества на рынке з...»

«1.Пояснительная записка Рабочая программа к учебному курсу предмета "Литература" для 9 класса разработана на основе: 1.Федерального государственного образовательного стандарта основного общего образования...»

«МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова" РАБОЧАЯ ТЕТРАДЬ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ З...»

«июнь 2005 ИНДЕКСИРУЕМЫЙ ДЕПОЗИТ в рублях сроком на 6 месяцев с привязкой к индексу Dow Jones Industrial Average (Депозит) Описание продукта Цели вкладчиков Депозит с привязкой к индексу Dow Jones Industrial Average Вы хотите: (Депоз...»

«Проект вносит депутат Новгородской ооластнои людской областной Думы Е.А. Катенов Российская Федерация НОВГОРОДСКАЯ ОБЛАСТНАЯ ДУМА ПОСТАНОВЛЕНИЕ от № Великий Новгород Об утверждении пор...»

«585 Доклады Башкирского университета. 2017. Том 2. №4 Особенности исламской модели финансовой деятельности Н. С. Ишмухаметов Башкирский государственный университет Россия, Республика Башкортостан, 450076 г. Уфа, улица Заки Валиди, 32. Email: 007@efbgu.ru Выделены ос...»






 
2019 www.mash.dobrota.biz - «Бесплатная электронная библиотека - онлайн публикации»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.