[论文解读] Spin Physics from COSY to FAIR

A. Kacharava, F. Rathmann+1 more|ArXiv.org|Nov 17, 2005

Distributed and Parallel Computing Systems参考文献 3被引用 19

一句话总结

本文提出在COSY储存环上开展全面的核子自旋物理计划，利用极化质子和氘核束流及极化内靶，研究核子-核子相互作用、介子产生及超子共振态。计划为FAIR的极化反质子设施铺平道路，关键实验预定于2006至2009年进行，反质子极化环（APR）的设计工作计划于2008年启动建设。

ABSTRACT

It is the aim of the ANKE-COSY spin collaboration to carry out a well directed programme of internationally competitive experiments involving polarised beams and targets, using the outstanding facilities available at the storage ring. These activities, at the same time, are good preparation for our participation in the PAX@FAIR project.

研究动机与目标

• 利用COSY上的极化束流与靶靶，系统开展核子-核子反应及介子产生反应中自旋可观测量的测量。
• 研制并调试极化内靶（PIT）系统，以实现高亮度的极化质子与氘核实验。
• 通过在COSY上验证实验技术与仪器，为PAX@FAIR项目做好准备。
• 测量np与dp相互作用中低能“旁观”质子，以高精度确定质心系能量。
• 设计并启动反质子极化环（APR）的建设，为未来在FAIR开展极化反质子物理研究奠定基础。

提出的方法

• 利用COSY的电子冷却系统与随机冷却系统，产生高强度、高度极化的质子与氘核束流（最高达1.2×10¹⁰个质子，极化度超过80%）。
• 安装并调试基于原子束源供靶、储存腔结构的极化内靶（PIT）系统，并采用拉姆劈裂极化仪进行原位校准。
• 使用ANKE磁谱仪，结合多丝正比室、塑料闪烁探测器与射程望远镜，实现粒子轨迹追踪与识别。
• 采用双面微结构Si(Li)与超薄（69 μm）硅探测器，以高角分辨率与能量分辨率测量低能“旁观”质子（能量范围2.5–40 MeV）。
• 在靶室中布置硅追踪望远镜，用于探测准自由与弹性散射过程产生的低能粒子。
• 应用蒙特卡罗模拟与数据分析技术，对双极化反应（包括电荷交换与准弹性散射）进行建模与解释。

实验结果

研究问题

• RQ1 在低能与中能区域，对np与dp反应，当极化度控制良好时，其自旋依赖的微分截面为何值？
• RQ2 通过np与dp相互作用中“旁观”质子的测量，能以多高精度确定质心系能量？
• RQ3 在极化核子-核子碰撞中，非奇异与奇异介子产生（如π⁰、η、ω、φ）的自旋可观测量为何？
• RQ4 极化内靶系统是否能达到高亮度与足够稳定的极化度，以支持高精度自旋物理研究？
• RQ5 为建设反质子极化环（APR）作为PAX@FAIR实验的前导设施，其技术与运行要求为何？

主要发现

• 极化内靶（PIT）系统于2005年2月在COSY成功完成原位测试，并计划于2006年初投入调试。
• ANKE谱仪与硅追踪望远镜实现了对能量范围2.5 MeV至40 MeV、每台望远镜几何接受度约10%的“旁观”质子的高精度测量。
• 双极化np实验计划于2006年7月启动，数据采集预计于2007年进行约三个月。
• 该计划包括两个专用数据采集阶段：非奇异介子产生（2008年）与奇异介子/重子产生（2009年），每个阶段持续约三个月。
• 反质子极化环（APR）的设计计划于2007年完成，建设工作于2008年启动，调试工作预计于2010至2011年进行。
• 该计划包括八名博士生，正积极从事自旋物理的蒙特卡罗模拟与数据分析工作，目前已有未极化储存腔靶的初始数据正在分析中。