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).

перейти к началу страницы