РАССЕЯНИЕ ЭЛЕКТРОНОВ И ПРОТОНОВ

В ПОИСКАХ ЯДЕРНОЙ ЭКЗОТИКИ

Миртеймур Мирабуталыбов М.

Азербайджанская государственная нефтяная академия, Баку

E-mail mmmteymur @ yahoo.com

Применяя искаженно-волновую теорию рассеяния электронов и протонов на ядрах

при энергии ~ 500, установлено довольно жесткие

ограничения сверху на возможное увеличение радиуса нуклона в ядерном веществе.

В настоящее время общепризнано, что квантовая хромодинамика кварков и глюонов является точной теорией сильных взаимодействий. В этом смысле кварковые и глюонные степени свободы определяют структуру атомных ядер. Однако их прямое и явное проявление следовало бы ожидать в некоторых специальных условиях, таких, например, как жесткие взаимодействия при высоких энергиях. Поиски « ядерной экзотики » в такого рода процессах вызывают в последние годы повышенный интерес. Хорошо известным примером такого рода является эффект ЕМС. Он заключается в заметном различии структурных функций свободного и связанного в ядре нуклонов.

Этот эффект породил множество объяснений, большинство из которых аппелирует к ядерной экзотике. Так, было сделано предположение о значительной примеси мультикварковых конфигураций, была высказана гипотеза разбухания нуклона в ядерной среде и т.п. Эта гипотеза возникла естественным образом как качественное объяснение наблюдаемого в эффекте ЕМС смягчения распределения кварков по импульсам внутри нуклонов ядра. Разбухание нуклона (т.е. увеличение радиуса конфайнмента, определяющего область, в которой движутся кварки) можно связать с вероятностью перекрытия волновых функций нуклонов на малых расстояниях. Возможны, однако, и другие механизмы эффекта разбухания.

Весьма жесткие ограничения на возможное изменение нуклонного радиуса в среде можно получить из анализа сечений упругого рассеяния электронов и протонов промежуточных энергий. В этих процессах ядерная структура представлена, главным образом, одночастичными нуклонными плотностями. Поэтому наиболее точное вычисление сечений рассеяния электронов и протонов очень важны.

Применяемые искаженно-волновые теории рассеяния высоко-

энергетических электронов [1] и протонов с промежуточными энергиями, развитые в [2], на ядрах, в этом смысле, представляют определенный интерес.

Упругое рассеяние электронов высоких энергий на ядрах является весьма чувствительным и эффективным средством изучения обсуждаемого эффекта разбухания. Оно позволяет установить довольно жесткие ограничения сверху на возможное увеличение радиуса нуклона в ядерном веществе.

Анализ сечений упругого рассеяния электронов на ядрах при энергии ~ 500, свидетельствует против заметного разбухания протона в ядерной среде. Если сделать естественное допущение, что нейтроны и протоны, помещенные в ядерную среду, ведут себя сходным образом, то полученное ограничение можно отнести и к нейтрону.

Ядерная структура в этом процессе в рамках квазичастичной ядерной модели [3], представлена, в основном, зарядовой плотностью . Эта величина рассчитывалась с помощью процедуры свертки теоретических точечных распределений протонов и нейтронов с соответствующими распределениями заряда внутри протона и нейтрона :

. (1)

Функции и выбраны в виде

, ; (2)

, , . (3)

При этом для распределений плотности протонов и нейтронов используем выражения

, (4)

а выбрано в виде ферми-функции.

Если предположить, что нуклоны в ядре разбухают, то естественно провести замену . Параметр характеризует относительное увеличение радиуса (), протонов и нейтронов в ядрах.

Результаты проведеных расчетов для дифференциального сечения рассеяния электронов с падающей энергией ~ 400, на ядре и ~ 500, на приведены на рис.1.

Рис. 1. Чувствительность сечения упругого рассеяния электронов на ядрах

( = 400 МэВ [4] ) и ( = 500 МэВ [5] ) к изменению зарядового радиуса

протона и нейтрона: сплошная линия = 0,08, штриховая - = 0,

точки – экспериментальные данные.

Для количественного выявления эффекта изменения зарядового радиуса , использован метод наименьших квадратов (). Значение имеет минимум при . Такое малое значение относительного изменения радиуса протонов и нейтронов в ядре свидетельствует против заметного разбухания нуклонов в ядерной среде. Однако увеличение протонного и нейтронного радиуса в пределах 8% не исключается.

На рис. 2. для ядра приведены зависимости распределений плотности протонов и нейтронов с учетом распределения в них зарядов, рассчитанных на основе теории Хоенберга-Кона-Шэма квазичастичной ядерной модели [3].

Рис. 2. Зарядовая плотность в центральной области , рассчитана с

использованием квазичастичной ядерной модели [3]. Пунктирная линия -

распределение плотности протонов с учетом зарядовой структуры, штрих

пунктирная линия - распределение плотности нейтронов с учетом распределения

в них зарядов, сплошная линия - распределение плотности зарядов в ядре с учетом

распределений заряда в нуклонах.

Прямая проверка гипотезы разбухания одновременно для протонов и нейтронов может быть осуществлена в анализе сечений упругого рассеяния протонов промежуточных энергий на ядрах.

Если бы размер связанного нуклона увеличивался в среде, то это должно было бы приводить не только к смягчению его формфактора, но и к увеличению его сечения взаимодействия с налетающим адроном. Среди разнообразных адрон-ядерных реакций, в которые входит такое сечение, особое место занимает упругое рассеяние протонов с энергией около 1, на ядрах. Эта область активно изучалась теоретически и экспериментально. Здесь имеются многочисленные измерения высокой точности дифференциальных сечений упругого рассеяния в достаточно большом диапазоне импульсов .

С другой стороны, это – область применимости дифракционной теории многократного рассеяния развитой в [2]. В этом случае амплитуда протон-ядерного рассеяния пропорциональна NN-амплитуде, следовательно,

величине .

Из анализа многочисленных результатов следует, что сечения протон-ядерного рассеяния являются очень чувствительными к изменениям полного нуклон-нуклонного сечения (). Такая высокая чувствительность результатов к вариациям делает протон-ядерное рассеяние в некотором отношении более подходящим средством изучения эффекта разбухания, чем электронное рассеяние.

Установлена довольно жесткая граница на величину разбухания. Из протонного рассеяния следует, что эта граница ~ 10%.

Проведенное рассмотрение показывает, что традиционная ядерная физика в условиях, когда имеются прецизионный эксперимент и достаточно хорошее теоретическое «обеспечение», может дать важную информацию для физики частиц. Это особенно важно в нынешней ситуации, когда проблема конфайнмента в КХД не решена и развиваются различные модельные представления о структуре нуклона.

Литература

1. Yennie D. R., Boos F. L., Ravenhall D. G., // Phys. Rev, B, v.137, p.882.1965.

2. Мирабуталыбов М.М., // Рос.АН Ядерная физика, т. 67. № 12. с.2178. 2004.

3. Сапрштейн Э.Е., Стародубский В.Е. // Физика элементарных частиц и

атомного ядра ОИЯИ 1989, т.20, №2, 292

4. Benher A, Fabrocini A Fantoni S. // Phys. Rev. C. 1991, v.44, №6, 2328 -2335

5. Shevchenko A., Carter J., Cooper G.R., Feariock R.W. et al. // Phys. Rev. C.

2008, v.77, №2, 024302/1-024302/16

6. Antonov A.N., Kaptari L.P. // Nuovo Cim. A 1991, v.104, №4, 487-49

Abstract

The rigid upper resistrictions on the possible increase of the nucleon radius in nuclear substance was found using the distorted-wave theories of scattering of electrons and protons in nuclei at the energy ~ 500.

Information about author

1.Mirabutalybov Mirteymur Mirkyazym oglu (1949).
2. Physics Department, Azerbaijan State Oil Academy.
3. Assoc. Prof. PHD
4. Address: AZ1007, Az. Rep, Baku, Azadlyg 90, 35.
5. E-mail
    mmmteymur@yahoo.com
6. tel: 440-38-85