Мавзу; Ядроларнинг тантал ядроси билан узаро таьсирлашувларида хосил буладиган протонларнинг инклюзив характеристикалар

Ўзбекистон Республикаси Олий ва ўрта махсус таълими вазирлиги
Алишер Навоий номли Самарқанд давлат университети

қўлёзма ҳуқуқида

Қудратов Суннат


Мавзу: ИМПУЛЬСИ 4,2 ГэВ/с НУКЛОН БЎЛГАН РЕЛЯТИВИСТИК ЗАРРАЛАРНИНГ МАРКАЗИЙ ЎЗАРО ТАЪСИРЛАШУВЛАРИНИ (СС ВА СТа) ЎРГАНИШ


«Физика» мутахассислиги
бўйича магистр даражасини олиш учун ёзилган

Иш «Ядро физика» кафедрасида Илмий раҳбар:

кўриб чиқилди ва ҳимояга қўйилди _____________
Кафедра мудири________________ ф.м.ф.доктори, профессор
Ф.м.ф.номзоди, доцент Хушмуродов Ш. Х. Тақризчи:
______________ Ф.м.ф.доктори, профессор
_____________
ф.м.ф.номзоди доцент
Самарқанд – 2010

М У Н Д А Р И Ж А

	Кириш	3
I-БОБ. ТАЖРИБА ҚУРИЛМАСИ		14
1.1 §.	Тажриба қурилмаси	14
1.2 §.	2 метрли пуфакчали пропан камераси (ДТПК-500)	15
1.3 §.	Тезлаштирилаётган заррачалар оқими характеристикалари.	20
II-БОБ. ТАЖРИБА МЕТОДИКАСИ		22
2.1 §.	Воқеаларни қараш ва ўлчаш.	22
2.2 §.	Математик таьминот	21
2.3 §.	Иккиламчи заррачалар идентификацияси.	26
2.4 §.	Марказий тукнашувларини ажратиб олиш услубияти
III -БОБ. ИМПУЛЬСИ 4,2 ГэВ/с НУКЛОН БЎЛГАН РЕЛЯТИВИСТИК ЗАРРАЛАРНИНГ МАРКАЗИЙ ЎЗАРО ТАЪСИРЛАШУВЛАРИНИ (СС ВА СТа) ЎРГАНИШ		32
3.1§.	СС- марказий тўқнашувларида ҳосил бўлган зарраларнинг ўртача кўплиги	32
3.2§.	Иккиламчи протон ва π^--мезонларнинг кинематик характеристикалари	38
	ХУЛОСА	59
	ФОЙДАЛАНИЛГАН АДАБИЁТЛАР РЎЙХАТИ	62

К И Р И Ш

Республикамизда “Таълим туғрисидаги қонун” ва Миллий дастурларнинг қабул қилиниши бошқа соҳалар каби илм-фан соҳасида ҳам кенг имкониятларни очиб берди. Илм-фанда эришилган ютуқларнинг таълим жараёнига интеграциясига имкониятлар очилди.

Республикамизда мустақилликка эришилгандан кейин мамлакатимиз олимлари дунё фанининг устивор йўналишлари бўйича тадқиқотлар олиб бориш имкониятига эга бўлдилар. Шу қатори бизнинг А. Навоий номли Самарқанд давлат университетимиз олимлари ҳам ҳозирги кунда фанда фундаментал тадқиқотлар соҳасида устивор йўналишлардан ҳисобланувчи элементар зарралар физикаси соҳасида илмий изланишлар олиб боришмоқда.
Релятивистик ядро физикаси – юқори энергиялар (элементар зарралар) физикасининг янги соҳаси бўлиб, ҳозирги кунда тезлик билан ривожланмоқда. Бу энг аввало кейинги пайтларда назариячилар томонидан айтилиб, тажрибаларда ўз тасдиғини топаётган кўп нуклонли таъсирлашувлар эффектини, тўқнашувларда кварклар эркинлик даражасининг пайдо бўлишини излаш билан боғлиқ. Бундай эффектларни тажрибада кузатиш тўқнашиш механизмини тушунмасдан ҳамда адрон-ядро тўқнашувлари ҳосил бўладиган ҳамма иккиламчи зарралар характеристикаларини таҳлил қилмасдан туриб мумкин эмас.
Маълумки, юқори энергияли ядроларнинг ядролар билан бўладиган тўқнашувларида дастлабки ҳолатда барионларнинг кластер тузилиши ҳосил бўлиб, бу кластерлардан турли хил барион ва мезон резонанслари ҳосил бўлиб, кейинчалик бу резонанслар турли хил иккиламчи зарраларга ажралади. Иккиламчи зарраларни таҳлил қилиш натижасида резонанс ҳолатлари ҳақида маълумот олиш мумкин.
Юқори энергияли адронлар ва ядроларнинг ядролар билан бўладиган тўқнашуларини ўрганишнинг долзарблиги шу билан белгиланадики, бу тўқнашишларни ўрганиш натижасида ядроларнинг ички тузилиши, ва бу ерда юз берадиган кўпгина физик ҳодисалар: янги коллектив ҳолатлар; кўпнуклонли тизимлар; кварк-глюон плазма ҳолатининг ҳосил бўлиши ва ҳ., кўпгина янги физик ҳодисалар ҳақида маълумот олиш мумкин.
Маълумки унча катта бўлмаган энергияларда (тушувчи ядронинг ҳар бир нуклонига тўғри келувчи импульси бир неча ГэВ/с бўлганда) ядро-ядро тўқнашувлари ноэластик кесимининг асосий қисмини ядроларнинг фрагментация жараёни ташкил қилади. Шундай қилиб, юқори энергияли ядро-ядро тўқнашувларининг реал картинасини яратиш учун иккиламчи зарралар ҳосил бўлиш жараёнларини ўрганиш билан бирга ядро фрагментацияси жараёнларини ўрганиш зарур ҳисобланади.
Ҳозирги пайтгача адронлар ва ядролар хоссалари ва структурасини тушунтириб бера оладиган, якунланган кучли таъсирлашувлар назарияси яратилмаган. Масалан, классик моделларни олайлик, улар Гейзенберг-Иваненко гипотезасига суянадилар, бу гипотеза ядроларнинг хосса ва ҳолатини фақат паст энергияли таъсирлашувлардагина тушунтириб бера олади.
1957 йилда энергияси 660 МэВ бўлган протонлар дастасида иккита муҳим тажрибавий натижа олинди. Дейтронларни протонлар билан нурлантиришда а) пронтонларнинг орқа ярим сферага чиқиши, енгил ядролар (Li,Be,C, O) – нурлантирилганда; б) дейтронларнинг одатдан ташқари кўп чиқиши кузатилди.
Ҳар иккала натижа классик моделга ҳеч ҳам тўғри келмас эди. Уларни тушунтириш учун ядровий модда флуктуацияси ҳақидаги гипотеза ўртага ташланди, бунда нуклонлар шунчалик яқинлашадиларки, улар орасидаги таъсирлашувини мустақил таъсирлашув деб бўлмайди. Кейинчалик бу ҳолатни флуктонлар деб аташди.
70-йилларга келиб, Дубна шаҳридаги (Россия) Бирлашган ядро тадқиқотлари институтининг (ОИЯИ) юқори энергиялар физикаси лабораторияси (ЛВЭ) синхрофазотронида дастлабки ядролар дастаси нурлантрилгач (энергияси Е=5 ГэВ/нуклонгача), ядро физикасида ғаройиб ҳолатларни кузатиш эраси бошланди.
Бунақа энергияларда ядролар 0,98 С (ёруғлик тезлиги) тезликда ва p²/m² 1 шартни қониқтирадиган ҳолатда ҳаракатланади, яъни улар релятивистик бўлиб қоладилар. 1971 йилда қуйидагича гипотеза ўртага ташланди: Релятивистик ядролар тўқнашувида иккиламчи зарралар спектрлари адрон материя хоссаларига боғлиқ бўлиб, зарралар форм-факторига (геометриясига) боғлиқ эмас.
Релятивистик ядролар таъсирлашувида ҳосил бўлувчи муаммолар тўпламидан энг қизиқарлиси – кумулятив эффект муаммосидир. Бу эффект тажрибада 1971 йилда аниқланди. Кумулятив эффектни протонлар (кварк-глюон) даражасидаги тўқнашувлар натижаси деб қараш мумкин, бу структура эркин нуклонлардан кучли фарқ қилади. Ядроларда импульсларнинг иккита характерли масштаби бор, ўшалардан бошлаб инвариант яқинлашув амалга оширилади. Биринчисида ядролардаги квазиэркин зарралар сифатида нуклонлар бир бутун деб қаралади, иккинчисида квазиэркин деб протонлар, яъни нуклонларни ташкил этувчилар қаралади. Бу авваламбор, адрон-ядро ва ядро-ядро тўқнашувларга тегишлидир, бу тўқнашувларда b_ik5 ва учиб келувчи ядро энергияси E 3,5 ГэВ/нуклон. Бу соҳа адронларнинг (ва ядроларнинг) чегаравий фрагментация соҳаси деб аталади.
Бошқа бир қизиқарли муаммо ядроларнинг юқори энергиялардаги таьсирлашувини кварк-глюон қараш билан боғлаш, юқори температураларгача қизиган ядровий материя астрофизик объектлар бағрида мавжуд бўлади. Бу муаммо қуйидаги ғояни келтириб чиқаради: ядро материясининг кварк-глюон плазмага фазовий ўта олиши мумкин экан. Яна ядроларнинг юқори энергияларда таьсирлашувида ядровий материя сиқилиши ва бунда “зарба” тўлқини юзага келиши мумкин.
Шундай қилиб, релятивистик ядро физикаси бизга кўплаб янги, ғаройиб ҳодисалар ва материянинг янги формаларини кузатишга имкон беради. Бугунги кунда шунинг учун кўплаб илмий марказларда (Дубна, ЦЕРН, Брукхейвен, Беркли ва ҳоказо) релятивистик таьсирлашувлари ўрганилмоқда.
Ҳозирги кунда экспериментал тадқиқотлар (релятивистик ядро физикаси) Дубнадаги синхрофазотронда ҳам Е5 ГэВ/нуклон энергияларда олиб борилмоқда. Асосий информация манбаи бўлиб ушбу тадқиқотларда кўпламлик жараёнлари ҳисобланади. Ушбу жараёнларнинг кўпгина характеристикалари моделлар ёрдамида яхшигина тасвирланади, бунда ядроларнинг таьсирлашувини адрон-адрон ва адрон-ядро тўқнашувлари суперпозицияси деб қаралади. Тажрибада олинган натижаларни ушбу моделлар билан солиштириш орқали ядроларни квазиэркин нуклонлар тўплами деган гипотезанинг қўлланиш соҳаси аниқланди.
Ушбу ишимизда статистик тажриба материаллари асосида пропан пуфакчали камера ёрдамида, тантал нишонларни камерага ўрнатган ҳолда, кўплаб натижалар олинган: кўпламлик, иккиламчи протонлар бурчак ва импульсли спектрлари, -гиперонлар, К⁰-мезонлар ва ^--мезонлар ва ҳоказолар ҳақида маьлумотлар шулар жумласидандир.
Ушбу ишда тажриба натижалари билан солиштириш учун Дубнада ишлаб чиқилган каскад-буғлантириш модели (КБМ)дан фойдаланилди. Бу моделда жараённинг физик тасвири худди иккита газ булутлари тўқнашувидек қаралади.
Ўзаро таьсирлашув динамикасини вақт бўйича ўрганишда Монте-Карло усули қўлланилади. Модель ҳар иккала тўқнашувда ядролар ичида Больцман релятивистик тенгламаси билан ифодаланувчи ядро ички каскадларининг бир хил вақтда ривожланишини ифодалайди.
Ядро ички каскадларининг ҳисоб-китобида адрон-нуклон таьсирлашувларнинг ўртача тажрибавий импульсли ва бурчак тақсимотлари ишлатилади.
Моделнинг камчиликларига, масалан, ядро-ядро тўқнашувларида модел ҳисобга олмаган нарсаларга – каскад зарраларнинг ўзаро таьсири ҳисобга олинмайди. Бундай яқинлашув адрон-ядро тўқнашувларда қўлланиши бемалол бўлиб, ядро-ядро тўқнашувларда ўзини оқламайди.
Ушбу магистрлик диссертациясида (тажриба натижалари Дубнаники) кварк-глюон чизимча (торсим) модели (КГСМ) билан ҳам солиштирилади, бу модель иккиламчи адронларнинг ҳосил бўлиш манбаларини аниқлаш имконини беради.
КГСМ моделининг асоси бўлиб, кваркларнинг адронларга ўтиши жараёни тушунтирилади, 1/N-тақсимот амплитудаси квант храмодинамикасига боғлаб кўрилади.
Адронли процессларда амплитуда тақсимотини 1-N – катталик бўйича қарашда (N-ароматлар сони ёки кварклар ранги) ҳар хил топологияли диаграммалар ҳосил бўлади. Юқори энергияларда бу диаграммалар t-каналидаги Реже қутблари алмашишига мос келади. Масалан, планар диаграммалар иккиламчи режеонлар алмашинувига, цилиндрик диаграммалар эса Померанчук қутбларига мос келади. Янада мураккаб диаграммалар ҳам бор, улар бир неча померонлар алмашинуви билан ўтадиган жараёнлардир. Ушбу моделлар бўйича ҳисоблашларда кварклар тақсимоти функциясидан фойдаланилади.
Фазовий вақт тасвири КГСМда қуйидагича кўрилади: марказий тўқнашувда (адрон ва ядро тўқнашуви) адрон ядродаги нуклон билан таьсирлашиб, иккита тор чизимча ҳосил қилади. Чизимчанинг бир бўлаги, адрон билан бир йўналишда ҳаракат қилиб, “уйғонган” бўлади ва адронларга фрагментация қилиш мумкин. Адронлар туғилиши ядро ичида ҳам ва ундан узоқ масофаларда ҳам рўй бериши мумкин.
Торнинг бошқа бўлаги “уйғонмаган” ҳолда қолади, у бошқа таьсирларга имкониятини сақлаб туради. “Воқеалар”, қайсиларики торнинг “уйғониш”и билан бўладиганлари, фазовий интерваллар билан бўлинган бўлади ва бу маьнода уларни бир вақтда рўй беради дейиш мумкин. Худди шу ҳолда ўзини тутувчи тор бу нуклон-нишон йўналишида ҳаракатланувчи кварк-глюон чизимча ҳосил бўлишида тахмин қилинадики, нуклон валент кварк ва валент дикваркдан, яъни кварк-антикварк жуфтликдан (денгиздан) ташкил бўлиши мумкин.
Валент кварклар тенг эҳтимолликка эгалар (торда бўлиш), бу эҳтимоллик кварк ароматига боғлиқ эмас, “ғалати” ва “ажойиб” денгиз кварки (антикварки), ҳосил бўлиши бошқа u ёки d кваркларга нисбатан _s ёки _c марта босилган бўлади. Бунда _s,c – адроннинг померон билан боғланиш катталигини характерлайди.
Нуклонларнинг марказий тўқнашувида учиб келувчи нуклон импульси Р₀ – га тенг бўлсин. Р_z нуклондаги кўндаланг импульс конституентасини аниқлаш учун х= Р_z/ Р₀ конституент эҳтимоллигини аниқлаш керак. Ўртача кўндаланг импульс (зарраники) ўсишини тушунтириш учун дикварк импульси бошқа конституентлар импульсларини компенсациялайди деб тахмин қилинади. Уларнинг кўндаланг импульслари бир-бирига боғлиқ бўлмаган ҳолда танланади. Энергия сақланиш қонунини таьминлаш учун бўйлама ва кўндаланг импульслар генерациясида масса юзасидан конституентлар келиб тушиши эҳтимол қилинган. Конституентларнинг ҳисоблаб чиқилган бўйлама ва кўндаланг импульслари ҳосил бўлувчи “торларнинг” масса ва импульсларини топишга имкон беради.
Берилган массали, импульсли ва кварк таркибли “тор” парчаланиши торнинг Z ўқида тургун ҳолатидан келиб чиқади. Парчаланишни моделлаштириш Филд-Фейман алгоритмига асосланади.
Торнинг парчаланишида энергия, импульс ва квант сонлари сақланиш қонунлари бажарилади. Кваркларнинг (антикварк) мезонлар ва барионларга ҳамда мезонларга ўтиши кўриб чиқилган.
Ушбу ишда тажрибада олинган иккиламчи ^--мезонлар тақсимоти кварк-глюон модели бўйича ҳисобланган натижалар билан солиштирилади (Е=4 ГэВ/с). Бу вариантни қарашда ядро-ядро таьсирлашув худди ҳар бир ядро-снаряд нуклонининг ядро-нишон билан таьсирлашувининг йиғиндиси деб ҳисобланади. Адронларнинг ташкил бўлиш вақти ушбу моделда ҳисобга олинган.
Булардан ташқари тажриба натижалари Лунд моделига ҳам солиштирилиб ўрганилди. Адронлар Лунд моделида рангли кварклардан ташкил топган чўзинчоқ бир ўлчамли обьектлар деб қаралади. Адронлар тўқнашувида кварклар ҳаракатини давом эттириб, торни чўзади. Улар одатда Лидер-бошловчи кварклар деб (L кварклар) аталади. Вақт ўтиб улар узилади ва туннел эффекти орқали вакуумдан, qq-жуфтликдан адронлар системаси ҳосил бўлади. Тор узилгач (тор-адрон-қолдиқ), унинг қолдиғи ўзини дастлабки тор кичиклаштирилган нусхасидек мустақил ҳаракатда давом этади.
Ушбу магистрлик диссертацияси ишида фойдаланилган тажрибавий материаллар 2-метрлик пропан-пуфакчали камера ёрдамида олинган. Камерани нурлантириш эса Дубна шаҳридаги ЛВЭ ОИЯИ синхрофазотронида, углеродларнинг импульслари магистрлик диссертациясининг кириш қисмида юқори энергияли адрон ва ядроларнинг ядролар билан таьсирлашувлари ҳақида тажрибавий ва назарий қисмларга оид маьлумотлар тўлиқ баён қилинган P₀=4,2ГэВ/нуклонли нури дастасида ўтказилди.
Ушбу магистрлик диссертацияси ишида фойдаланилган тажрибавий материаллар 2-метрлик пропан-пуфакчали камера ёрдамида олинган.
Камерани нурлантириш эса Дубна шаҳридаги ЛВЭ ОИЯИ синхрофазотронида, углеродларнинг импульслари магистрлик диссертациясининг кириш қисмида юқори энергияли адрон ва ядроларнинг ядролар билан таьсирлашувлари ҳақида тажрибавий ва назарий қисмларга оид маьлумотлар тўлиқ баён қилинган P₀=4,2ГэВ/нуклонли нури дастасида ўтказилди.
Диссертациянинг 1-бўлимида тажрибавий услубият масалалари ва тажриба натижаларига ишлов бериш келтирилган: тажрибавий қурилма ва ядро дастаси характеристикалари; «воқеаларни» танлаш ва анализ (тахлил) қилиш масалалари батафсил ёритилган.
II-бўлимда тажрибада тўқнашишларни ўрганиш учун олинган плёнкаларни қараш ва ўлчаш, математик таьминот ҳамда иккиламчи зарраларни ажратиб идентификация қилиш масалалари қараб чиқилган.
III-бўлимда тажрибада ўлчанган С(С,Та) -марказий тўқнашувларда ҳосил бўлган иккиламчи протон ва ^ - мезонларнинг характеристикалари қаралади. Олинган тажриба натижалари кварк-глюон тор модели ёрдамида ҳисобланган натижалар билан солиштирилади. Протон ва ^ - мезонларнинг импульс, бурчак ва тезкорлик бўйича тақсимотлари ҳақидаги маьлумотлар тўлиқ баён қилинган.