Проявление необычных состояний ядерного вещества в сечениях ядерных реакций

Интенсивное развитие ядерной физики на протяжении нескольких десятилетий привело к тому, что в настоящее время накоплен богатейший экспериментальный и теоретический материал о свойствах ядер и ядерной материи, сделаны существенные выводы о структуре ядра, природе ядерных сил, динамике протекания ядерных реакций. Дальнейший прогресс в понимании свойств ядра и ядерной материи, повидимому, связан с изучением необычных состояний ядерного вещества и исследованием мезонных степеней свободы в ядре. Поэтому в последнее время центр тяжести исследований переносится на изучение мезонных полей в ядре и рассмотрение традиционных ядернофизических задач на уровне мезон-нуклонного взаимодействия. Такой подход позволяет с единых позиций описать как свойства обычных ядер, так и «экзотические» состояния ядерного вещества. В настоящей работе рассматривается влияние возникновения сверхплотного состояния ядерного вещества с ЯТконденсатом на характеристики упругого рассеяния тяжелых ионов и возможность микроскопического построения вещественной части оптического потенциала на основе NN потенциалов мезонной теории.

Изучение взаимодействия системы нуклонов с Лмезонным полем, проведенное А. Б. Мигдалом, показало, что при плотности нуклонов выше некоторой критической возможно возникновение 07 -мезонной неустойчивости, приводящей к появлению в ядре лпионного конденсата. Перестройка 37 -мезонного поля приводит к существенному «смягчению» уравнения состояния ядерной материи, в результате чего может возникнуть аномальное связанное состояние системы нуклонов с плотностью fig, значительно превосходящей нормальную ядерную плотность Т10. Развитая качественная теория пионной конденсации предсказала значения критической плотности близкие к .

Tl0, что стимулировало интерес к поискам <П" -конденсата и ста1 бильных сверхплотных ядер. Имеющаяся в настоящее время информация о свойствах ядер не противоречит выводам теории 51 -конденсации, однако, экспериментально ни конденсат, ни сверхплотные ядра пока не были обнаружены. Поэтому в последнее время особый интерес вызывают исследования процессов, в которых в принципе возможно образование состояний, характеризующихся плотностями превышающими нормальную ядерную плотность, например, столкновения сложных ядер с энергией на нуклон большей, чем энергия Ферми.

Усилившийся в последние годы интерес к рассмотрению традиционных задач ядерной физики на уровне мезон-нуклонного взаимодействия во многом связан с успехами, достигнутыми в описании свойств ядер, релятивистской самосогласованной моделью, предложенной Валечкой для построения уравнения состояния ядерной материи. В этой модели полевые операторы рассматриваются как классические поля, кроме того предполагается, что основной вклад в NN взаимодействие в ядерной материи дают скалярные и векторные мезоны, т. е. учитываются компоненты ядерных сил, соответствующие только отталкиванию на малых и притяжению на средних расстояниях. При этом, в приближении Хартри удается описать широкий круг явлений: энергии связи и среднеквадратичные радиусы ядер, одно-частичные энергии, зависимость величины и формы PeVopt от энергии и т. д. Вместе с тем, хорошо известно, что для адекватного описания как двухнуклонных, так и многонуклонных систем необходимо учитывать взаимодействие с псевдоскалярным полем (соответственно рассматривать ОТмезонную компоненту нуклон-нук-лонных сил). Попытки непосредственно включить в релятивистскую модель ОТмезонное взаимодействие приводит к коллапсу ядра. Поэтому естественно рассмотреть другие возможные подходы к построению среднего поля ядра и вещественной части оптического потен- ¦ циала. С практической точки зрения интерес к изучению возможности построения PeVopt на основе реалистических NN сил обусловлен тем, что данные феноменологического анализа о некоторых компонентах оптического потенциала (ОП) носят противоречивый характер (например, величина изовекторной компоненты ОП, ее энергетическая и радиальная зависимости). Поэтому в расчетах нейтронных сечений для ядер далеких от «дорожки» стабильности желательно использовать ОП, полученные непросто экстраполяцией данных феноменологического анализа в эти области, а построенные на основе достаточно общих физических принципов.

В первой главе диссертации рассматриваются возможные проявления состояния ядерного вещества с аномальной плотностью и пи-онным конденсатом в наиболее простой для теоретического анализа реакции упругого рассеяния тяжелых ионов. Для качественного анализа ожидаемых изменений в сечениях рассеяния использовался оптический предел приближения Глаубера, поскольку в рамках этого приближения фаза рассеяния непосредственно связана с распределениями плотности взаимодействующих ядер, что позволяет легко моделировать возникновение аномального промежуточного состояния. В численных расчетах при выборе диапазона энергий и пары взаимодействующих ядер учитывались конкретные параметры строящегося синхротрона Радиевого института.

Глава состоит из четырех параграфов. В первом параграфе проведен обзор основных следствий теории Т" -конденсации и сформулирована постановка задачи. Во втором параграфе анализируются положения глауберовской теории нуклон-ядерного рассеяния, используемые в дальнейших вычислениях. В третьем параграфе рас-сматриавтся обобщение глауберовской теории на случай рассеяния составных частиц. Анализируется применимость приближения Глаубе-ра для описания рассеяния сложных ядер с энергией порядка десятка МэВ/нуклон. Приведено описание алгоритма, разработанного для расчета сечений упругого рассеяния сложных ядер. В четвертом параграфе представлены результаты расчетов сечений упругого рассеяния ядер с учетом и без учета возникновения аномального состояния ядерного вещества. Проанализировано влияние возникновения аномального состояния на угловые распределения и энергетические зависимости сечений упругого рассеяния.

Во второй главе рассматривается применение нуклон-нуклон-ных потенциалов мезонной теории для построения среднего поля ядра и вещественной части оптического потенциала. Для вычисления ReVopt использован нерелятивистский подход, основанный на разложении потенциалов модели однобозонного обмена в ряд по потенциалам нулевого радиуса действия, зависящим от скорости. В этом случае в приближении Хартри-Фока удается получить аналитические выражения для среднего поля ядра и, следовательно, для вещественной части ОП.

Глава состоит из шести параграфов. В первом параграфе сделан обзор данных феноменологического анализа о величине, форм-факторе и энергетической зависимости изовекторной компоненты PeVopt, на основании которого показана необходимость независимого теоретического изучения изовекторной компоненты. Во втором параграфе рассмотрено применение модели однобозонного обмена для описания ядерных сил. В третьем параграфе проанализированы результаты, полученные в рамках релятивистской самосогласованной модели. Показана необходимость других подходов к построению среднего поля ядра. В четвертом параграфе в нерелятивистском подходе в приближении Хартри-Фока получена система уравнений для определения центральной части среднего ядерного поля. В пятом параграфе получены аналитические выражения, связывающие изоска-лярную и изовекторную компоненты, их формфакторы и энергетические зависимости с распределением ядерной плотности и параметрами ОВЕ-потенциала. В шестом параграфе приведены результаты расчетов нейтронных сечений с предлагаемым потенциалом, проведено сравнение с экспериментальными данными и расчетами с феноменологическими потенциалами. Проанализировано влияние параметра нейтронного избытка на значения сечений, показано, что наибольшее отличие от предсказаний феноменологической модели имеет место для ядер удаленных от «дорожки» стабильности.

На защиту выносятся:

1. Расчеты сечений упругого рассеяния сложных ядер в оптическом пределе приближения Глаубера. Анализ влияния возникновения аномального состояния ядерного вещества на угловые распределения и энергетические зависимости сечений упругого рассеяния тяжелых ионов.

2. Аналитические выражения, полученные в приближении Харт-ри-Фока, связывающие вещественную часть оптического потенциала (изоскалярную и изовекторную компоненты, их энергетические и радиальные зависимости) с параметрами нуклон-нуклонных потенциалов модели ОВЕР и распределением ядерной плотности. Расчеты PeVopt для различных вариантов модели ОВЕР. Анализ влияния набора обменных мезонов на формфакторы изоскалярной и изовекторной компонент ОП.

3. Расчеты нейтронных сечений для сферических ядер скЪ 80, выполненные с использованием ReVopt, построенной исходя из WN потенциалов мезонной теории. Сравнение расчетных зависимостей нейтронных сечений от параметра нейтронного избытка для ядер далеких от «дорожки» стабильности с данными, полученными экстраполяцией феноменологических значений.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.

Сформулируем основные результаты, полученные в работе.

1. В оптическом пределе приближения Глаубера проведены расчеты сечений упругого рассеяния тяжелых ионов с энергией на нуклон порядка энергии Ферми, рассмотрены вопросы применимости глау-беровского приближения для описания упругого рассеяния сложных ядер с энергией на нуклон несколько десятков МэВ.

2. Показано, что влияние возникновнния промежуточного состояния с 5Гконденсатом на характеристики упругого рассеяния можно моделировать простым увеличением фазы рассеяния при энергиях выше критической.

3. Проанализированы условия необходимые для образования аномального состояния и выбрана оптимальная пара ядер с учетом особенностей строящегося ускорителя Радиевого института.

4. Проведены расчеты сечений упругого рассеяния тяжелых ионов с учетом возникновения промежуточного аномального состояния. Расчеты показали, что образование аномального состояния должно приводить к сдвигу угловых распределений упругого рассеяния в сторону малых углов и существенному изменению энергетической зависимости сечений приЕ>Ес.

Ь. Рассмотрено влияние возникновения аномального состояния на оптический потенциал. Показано, что в случае фазового перехода в сверхплотное состояние с СГГконденсатом, начиная с некоторой энергии Е>Е, согласие между экспериментальными данными w по упругому рассеянию тяжелых ионов и расчетами по оптической модели можно будет достичь лишь при существенном увеличении глубины потенциала.

6. В приближении Хартри-Фока получен полный самосогласованный набор уравнений, позволяющий исходя из NN потенциалов модели однобозонного обмена строить изоскалярную и изовекторную компо-поненты вещественной части оптического потенциала.

7. Получены соотношения, связывающие вещественную часть Oil (изоскалярную и изовекторную компоненты, их энергетические и радиальные зависимости) с распределением ядерной плотности и параметрами ОВЕ-потенциалов. Отмечено, что в общем случае все компоненты PeV0pt имеют разные радиальные зависимости, форма кото-? рых определяется набором обменных мезонов. Структура в поверхностной области зависит от соотношения тензорных сил, связанных с обменом Tv и f> мезонами.

8. Показано, что при построении изовекторной компоненты 0П нельзя ограничиваться одним векторным-изовекторным рмезоном, как было сделано в работе /129/. Полученное в /129/ согласие с данными феноменологического анализа, по-видимому, носит случайный характер, так как с учетом релятивистских поправок в приближении Хартри-Фока в потенциал «V^ дают вклад все типы обменных мезонов.

9. Проанализировано влияние на величину и форму Pe^opt набора обменных мезонов. Показано, что возникающие при учете одно-пионного обмена разрывы в формфакторе.

Re/V opt можно устранить увеличивая вклад в тензорные силы векторного-изовекторного рмезона.

10. Проведены расчеты нейтронных сечений для сферических ядер с к 80. Расчеты показали, что используя ReV^t «построенную из NN потенциалов модели ОВЕР, и феноменологическую мнимую часть ОП удается с одним единожды выбранным свободным параметром f/^ (отношение констант тензорной и векторной связи умезона с нуклоном) описать с 10% точностью данные по нейтронным сечениям в диапазоне энергий I — 16 МэВ.

11. Показано, что удовлетворительное описание нейтронных сечений в рассматриваемом диапазоне, А и Е можно достичь используя различные варианты ОВЕ-потенциалов. При этом изоскалярная компонента PeV.1t оказывается близка к феноменологическим значениям, изовекторная же существенно отличается по величине и может иметь формфактор отличный от вудс-саксоновского. Следовательно, предлагаемый способ построения ReVobt может иметь значение при прогнозировании нейтронных сечений в области нейтроно-избыточных ядер, в частности, продуктов деления.

12. Проведенный анализ влияния изовекторной компоненты ОП на величины нейтронных сечений для ядер — продуктов деления показал, что использование в расчетах вещественной части ОП, построенной из NKI потенциалов модели ОВЕР, приводит к более слабой зависимости в* от параметра нейтронного избытка, чем это следует из расчетов со стандартными оптическими потенциалами. Поскольку PeVopt построена исходя из достаточно общих физических представлений о мезонной природе ядерных сил, использование ее в расчетах сечений для нейтроноизбыточных ядер более обосновано, чем простая экстраполяция в эту область феноменологических ОП, полученных из анализа экспериментальных данных для «нормальных» ядер,.

В заключение автор считает своим приятным долгом выразить глубокую благодарность кандидату физико-математических наук, старшему научному сотруднику Ипполитову В. Т. за научное руководство, доктору физико-математических наук, профессору Немилову Ю. А. и доктору физико-математических наук Эйсмонту В. П. за интерес к работе и ценные замечания, кандидатам физико-математических наук Андрианову А. А., Бунакову В. Е. и Рубчене В. А. за плодотворные дискуссии.

— 104.