А.И.Львов @ Научный Совет по Программе ОФН РАН "Физика элементарных частиц и фундаментальная ядерная физика", 17.12.2009 Исследования на ускорительном. - презентация

1 Научный Совет по Программе ОФН РАН "Физика элементарных частиц и фундаментальная ядерная физика", Исследования на ускорительном комплексе ФИАН «Пахра» 1.Общая информация 2. -ядра 3.Планы 4.Кратко о других работах (ПТИ, СИ, переходное излучение, …) Синхротрон С-25Р E e до 1.2 ГэВ I e до e/сек

2 Пучки ускорительного комплекса ФИАН «Пахра» синхротрон до ~850 МэВ e до ~650 МэВ СИ (ВУФ, МР) микротроны e 7-11 МэВ e 55 МэВ (будет) e 7-35 МэВ ЛСЭ (терагерц)

3 Статистика Отдел физики высоких энергий в 2009 г. – 82 шт. ед. (с совместителями 91 чел.) 33 чел физика адронов и ядер при средних энергиях (до ~ 1 ГэВ) [преимущественно на электронных ускорителях], физика и техника ускорителей, теория. - из них 19 нс, в т.ч. 5 дфмн и 9 кфмн средний возраст 60 лет, min = 39 лет Публикации: всего 24 росс., 64 заруб. (большинство в коллаборациях) из них по работам на ускорительном комплексе «Пахра» and related - 19 росс., 3 заруб. гранты РФФИ ½ (cовместно с ИЯИ)

4 1)Theoretical background: N interaction binding decay modes 2)Selected exp results (LPI, Mainz, COSY) 3)Recent findings of LPI-JINR from Dubna Nuclotron and of LPI from LPI synchrotron Исследования -ядер

5 Information on N interaction mainly comes from p n vs N N p p vs N N Coupled-channel analysis by Green, Wycech, Phys Rev C71, (2005) Prominent feature of N interaction is excitation of the S 11 (1535) resonance (close to threshold).

6 Though in literature there are Re a N from to fm and Im a N from 0.15 to 0.49 fm.

7 Owing to Re a N > 0 there is an attraction between a slow and nuclear matter: first-order optical potential Actually the attraction is expected to be smaller due nucleon Fermi motion, broadening the S 11 (1535), and some other medium effects. Dashed line: a N = i 0.22 fm Bhalerao, Liu, PRL 54, 865(1985) Dotted line: a N = i fm Green, Wycech, PRC 55, R2167(1997) Solid line: chiral unitary approach Inoue, Oset, NPA 710, 354(2002) (very small a N !)

8 -mesic nuclei Bound states of in nuclei Haider, Liu, PRC 34, 1845(1986) Depending on the strength of the optical N potential such bound states exist at A>11 (Haider, Liu, 1986) or even at A=3 and 2 (Ueda, PRL 66, 297(1991)). Large collisional width of in medium, mainly due to N N : = v ( N N) ~ 65 MeV at = 0. Descreasing effects: a) subthreshold energy [reduction in Im T( N N)] b) A overlap < 100% : H = K + V - /2 = Im E = Im = ~

9 (local density approximation) Typical predictions for the energy and widths of the bound : Other calculations predict bound states even in 3 He - depending on a N see e.g. Rakityansky et al, PRC 53, R2043 (1996)

10 Birth, Life, and Death of -mesic nuclei Signature of the eta-mesic nucleus is a peak in the energy distribution of decay products (like N) or in the energy transfer (E – E N1 ). Both the energies are measures of the energy of in the medium. Typical spectral function for 12 C vs the energy E of. It roughly gives the energy dependence for decay products.

11 Decays of -mesic nuclei (inferred from calculations of Chiang, Oset, Liu, PRC 44, 738 (1991) or Kulpa, Wycech, Green, nucl-th/ " ): ~ 85 (70)% N through excitation and decay of S11. E( ) 450 MeV,T(N) 100 MeV. Such back-to-back pairs is a good signature for -mesic nuclei (G. Sokol, V. Tryasuchev 1991) ~ 15 (30)% NN through excitation of S11 and its two-nucleon decay in the nuclear matter. T(N) 270 MeV. Isotopic content (for heavy nuclei): N = 1/3 + n, 1/6 0 p, 1/6 0 n, 1/3 p (due to isospin = ½) NN = ~5% pp, ~5% nn, ~90% pn (the latter is because the cross section of pn pn (or d) near threshold is ~10 times bigger than the cross section of pp pp)

12 G. Sokol et al. Fizika B8, 85 (1999) Part. Nucl. Lett. 5[102], 71 (2000) Yad Fiz 71, 532 (2008) Clear indication but low energy resolution… Earlier results from LPI. Bremsshtralung beam of MeV, two-arm TOF setup, carbon target.

13 Mainz: Pfeiffer et al. PRL 92, (2004) Tagged photon beam up to 850 MeV of MAMI B. TAPS for detection and calorimetry of 0 p. (no p 1 ) !! Energy of the 3 He nucleus = MeV; BW width = MeV Though, BW fit is not good (Hanhart, rapid variation of el )

14 COSY-GEM Collab Phys Rev C (R)(2009)

15 LPI, runs of November 2008 and March-April 2009

16 Calibration through p π + n with π = 50 о, n = 50 о. (time delays, TDC, …) Pb convertor is used to generate photons from 0 0 events and set up a reference point for velocity. ( /p separation) : (arb. units)

17 π = 50 о, n = 130 о, = 150 о π = 50 о, n = 130 о, = 180 о Angular correlations (run of Nov 2008):

18 Схема экспериментальной установки по поиску и изучению эта-ядер (вид сверху). Нейтронный спектрометр: А, N1, N2, N3, N4; пионный спектрометр: T1, T2, ΔE1, ΔE2, ΔE3; мишень 12 C, кольцевой протонный детектор P, ось z направлена вдоль γ - пучка.

19 . Рис.4 Сеанс1. = и = 50 0 Эффект, Е γмах = 850 МэВ, φπn=180 0 Рис.5 Сеанс1. = и = 50 0 Фон, Е γмах = 650 МэВ, φπn=180 0.

20 Рис.6 Сеанс2. = = 90 0 эффект, Е γмах = 850 МэВ, φπn=180 0 Рис.7 Сеанс2. = = 90 0, φπn= Фон, Е γмах = 650 МэВ, Pb-конвертор

21 Рис.8 Сеанс3. = = 90 0, θ p1 > = 20 0 Эффект, Е γмах = 850 МэВ, φπn=180 0.

22 Рис. 9 Эксперимент. Фон, 650 МэВ, 90-90, Pb + Моделирование фона 650МэВ c Pb,

23 Рис.10 Эксперимент. 850 МэВ, 90-90, частично с Pb (50% + 50%) + Моделирование фона 850МэВ, Pb (50% + 50%)

24 LPI-JINR Collab. SCAN set-up at Nuclotron, Dubna for studying p/d + A (,p) + n + p + X Stage 1: production of a slow eta in interaction of pn (rather than pp or nn) Stage 2: annihilation of the eta

25

26 Runs in 2006 & Some results of the run of 2008, deuteron beam of T=1.9 GeV*A, d per cycle (about 10 sec), 1.5 * 10 9 inelastic interactions with 12 C. After subtraction of a background (measured with the 170 o angle between two arms) distribution over the invariant mass of (,p): 40 events in the peak ( A) 11 b

27 Experiment at MAMI / CB+TAPS Suitable for pp and ppp (what about ppn??)

28 Energy resolution of CB for 0 p ~ 21 MeV (for T = 300 MeV, T p = 100 MeV) Energy resolution of CB for p 2 p 3 ~ 23 MeV (for T p = 300 MeV) Energy resolution of TAPS for p 1 ~ MeV (for T p ~ 300 MeV, p ~ 10 – 15 o ) Sample simulation

29 Count rates

30

31 Дальнейшие планы 1.Продолжение измерений на гамма-пучке выходов + n и pn пар, в том числе фона - в положениях со сбитыми углами или энергиями; увеличение статистики тройных совпадений. 2.Продолжение измерений на p,d пучках Нуклотрона выходов p пар. 3.Обработка данных ФИАН, Дубны, Майнца. Моделирование Размещение двухплечевой установки Томского политеха (регистрация p пар, -изобара в ядрах; узкие дибарионы в реакции d(, pn) ? ).

32 Другие планы I.Размещение и монтаж в ускорительном зале нового разрезного микротрона на 55 МэВ (многочастичное фоторасщепление ядер, фотоядерные портреты веществ; RAM-55 как новый инжектор синхротрона). II.На выведенном электронном пучке в зале 1 изучение электрорасщепления ядер и сравнение с кулоновской диссоциацией в AA-столкновениях.

33 Рентгеновское поляризационное тормозное излучение релятивистских электронов в конденсированных средах Практические применения: Новый метод исследования структуры нано- материалов (аморфность, мелкодисперсион- ность, поликристалличность, границы между зернами и т.д.) Новый метод генерации квазимонохромати- ческого рентгеновского излучения. Впервые экспериментально обнаружен эффект усиле- ния параметрического рентгеновского излуче- ния релятивистских электронов в условиях их скользящего падения на кристалл [Письма ЖЭТФ 90 (2009) 483]. Возможность усиления выхода излучения на ~2 порядка ! Работы ведутся при активном участии сотрудников, студентов Белгородского госуниверситета. В ФИАНе создается базовая кафедра БГУ.

34 Совместная разработка ОПЯФ и ОФВЭ ОЯФА ФИАН

35 (TESLA RF cavities and cryogenic modules) Обсуждаемая возможность апгрейда (при участии многих институтов !) Total Energy2.05 GeV Energy Gain per Turn600 MeV Energy Gain in a Linac150 MeV Injection Energy100 MeV Number of Turns3 Magnetic Field in Dipoles1.36 T Dipole Pole Sizes0.4 x 3.6 m Radius of Trajectory0.6 m min 4.7 m max Linac Frequency1.3 GHz Cavity Quality Factor5 x10 9 Shunt Impedance1 k Accelerating Gradient25 MeV/m