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.
Рис.1. Спектр тормозного излучения при бомбардировке протонами
золотой (черные кружки) и углеродной мишеней (кружки). Серая гистограмма
- расчет в модели внутриядерных каскадов (в пренебрежении интерференционными
эффектами).
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).
|