Новости науки | ||
15.03.02. Подавление мягкого тормозного излучения при нуклон-нуклонных столкновениях. | ||
В пятидесятых годах прошлого века в работах
Ландау, Померанчука и Мигдала, посвященных исследованию
взаимодействия ультрарелятивистских электронов с веществом, было
показано, что в результате многократности процессов рассеяния
электрона на атомных ядрах происходит падение интенсивности
мягкого (т.е. низкоэнергетичного) тормозного излучения. Недавние
эксперименты европейских ученых продемонстрировали, что подобный
эффект имеет место и при рассеянии протонов на ядрах.
Тормозное излучение - это электромагнитное излучение,
сопровождающее столкновения частиц (в процессе торможения энергия
частицы уменьшается за счет испускания фотонов в актах рассеяния).
В рамках квантовой механики задача о тормозном излучении при
рассеянии электрона на атомном ядре была рассмотрена еще в начале
тридцатых годов прошлого века. Падение интенсивности
мягкого тормозного излучения в плотной среде (эффект
Ландау-Померанчука-Мигдала) связано с тем, что при многократном
рассеянии электрона на атомных ядрах происходит (деструктивная)
интерференция фотонов, испущенных в различных точках пространства.
Этот процесс имеет место, если длина когерентности
(длина формирования излучения) больше длины свободного пробега
электрона в среде. Поскольку длина когерентности обратно
пропорциональна энергии фотона, то должна падать интенсивность
излучения сравнительно мягких фотонов.
Первые экспериментальные исследования эффекта
Ландау-Померанчука-Мигдала были проведены при изучении
взаимодействия жестких гамма-квантов космических лучей
с веществом (подавление генерации электрон-позитронных пар фотоном
в поле ядер - схожий эффект, также рассмотренный в работах Ландау,
Померанчука и Мигдала). Позднее детальные исследования подавления
“мягкого” тормозного излучения при рассеянии электронов на атомных
ядрах были проведены на мощных ускорителях.
Эффекты такого рода должны проявляться в различных системах.
Теоретически подобный эффект рассматривался для случая ядерных
столкновений (подавление испускания “мягких” фотонов), для случая
нуклон-нуклонных столкновений в нейтронных звездах и сверхновых
(подавление испускания “мягких” нейтрино), а также для
кварк-глюонной плазмы.
Интернациональная группа ученых провела в Гронингене
экспериментальные исследования падения тормозного излучения при
столкновениях протонов с ядрами. Регистрировались энергетические
спектры фотонов, испущенных при бомбардировке твердотельных
мишеней (золото, серебро, никель и углерод) протонами с энергией
190 МэВ. В таких экспериментах можно считать, что протон
взаимодействует с отдельными нуклонами, а не с ядром как целым;
испускание гамма-квантов происходит преимущественно при рассеянии
протона на нейтроне. Средняя длина свободного пробега нуклона в
ядерной материи порядка нескольких фемтометров, интерференционные
эффекты должны играть существенную роль для фотонов с длиной
волны, превышающей длину свободного пробега (в данных
экспериментах - с энергией менее 90 МэВ). Соответственно, должно
наблюдаться уменьшение интенсивности тормозного излучения в
области энергий меньше 90 МэВ. На рис.1 приведены
экспериментальные спектры. Видно, что происходит существенное
падение интенсивности излучения фотонов с энергиями менее 80 МэВ
по сравнению с тем, что должно было бы наблюдаться в отсутствии
интерференционных эффектов (серая гистограмма). Таким образом,
впервые было экспериментально наблюдено падение интенсивности
низкоэнергетичного тормозного излучения при нуклон-нуклонных
столкновениях.
1. M.J. van Goethem, L.Aphecetche, J.C.S.Bacelar et al. Phys.Rev.Lett., v.88, 122302 (2002).
| ||
|