Введение к работе
В диссертационной работе исследуется проблема взаимодействия антипротонов с веществом в диапозоне энергий от 0 до нескольких эВ в рамках квантового формализма связанных каналов. /Актуальность темы связана, в частности, с осуществлением проекта синтеза и накопления антивещества (антиводорода). Уникальные экспериментальные возможности созданного в Европейском Центре Ядерных Исследований (CERN) накопительного кольца шгзкоэнергетичсских антипротонов (LEAR) позволяют рассматривать проекты синтеза антиводорода и исследования различных проблем физики антивещества, как практически осуществимые уже в ближайшем будущем. Для эффективного синтеза и хранения антиводорода в существующих сегодня экспериментальных установках необходимы сверхнизкие температуры (Т< 1К ). Чтобы исследовать вопрос о взаимодействии вещества и антивещества при этих температурах представляет интерес рассмотреть простейшую трехчастичную систему, состоящую из атомарного водорода и антипротона. С теоретической точки зрения специфика таких систем состоит в возможности осуществления, даже в пределе нулевой энергии сталкивающихся частиц, неупругой реакции перестройки с образованием кулоновского рр-атома (протония) в высоковозбужденных состояниях (главное квантовое число п~30). Динамика
образования протония в ходе такой реакции оказывается существенно неадиабатической, что ясно уже из сравнения расстояний между высоковозбужденными уровнями иротония и первыми возбужденными уровнями водорода. Более строго этот факт может быть установлен при исследовании термов расматриваемой системы. Неадиабатический характер динамики взаимодействии вещества и антивещества является существенной особенностью рассматриваемой проблемы. Корректное описание процесса взаимодействия, особенно в интересующем нас случае сверхнизких энергий, возможно лишь в рамках квантового формализма задачи рассеяния и перестройки в трехчастичной системе с кулоновским взаимодействием. Настоящая работа посвящена развитию такого формализма.
Одним из интересных вопросов, возникающих в ходе исследования взаимодействия вещества и антивещества, является вопрос о существовании "естественных" ловушек антивещества, т.е. таких систем, в которых антивещество сосуществует с веществом в течении макроскопических времен, образуя особые долгоживущие кластеры из атомов вещества и антивещества. Подобное явление (т.н. явление задержанной аннигиляции антипрогонов в гелии) было недавно экспериментально обнаружено. Развитый в диссертационной работе формализм может быть естественным образом применен к исследованию вопроса о существованші упомянутых метастабильных кластеров и описанию их эволюции. Б диссертационной работе, в частности, рассмотрена динамика Оже-девозбуждения метасгабильной системы Не+р.
Цели и задачи исследования.
Целью диссертационной работы является:
1. Построение квантового формализма, корректно
описывающего динамику взаимодействия в трехчастичной
системе антипротон - протон - электрон.
2. Исследование реакции образования протония при
столкновении антипротонов сверхнизких энергий (Е~10б эВ) с
атомарным водородом.
3. Исследование эволюции трехчастичных долгоживущих
(метастабильных) кластеров (Не+р, Нр) и механизма Оже-
девозбуждения.
Научная новизна.
В диссертационной работе впервые исследована квантовая динамика образования протония при столкновении антипротонов сверхнизких энергии с атомарным водородом. Обнаружена существенная упругость взаимодействия антипротонов с водородом при малых энергиях, которая объясняется обратным Оже-эффектом, заметно уменьшающим вероятность неупругих процессов. Исследованы аналитические свойства амплитуды рассеяния антипротонов на водороде и предсказано существование слабосвязагшых метастабильных состояний трехчастичной системы Нр, образованных в
основном за счет поляризационного взаимодействия. Подробно исследован механизм Оже-девозбуждеюш мстастабильных кластеров Не+р, на основе проведенного анализа сделаны предсказания об интенсивности Оже-девозбуждения в многоэлектронных ангипротонных атомах.
Практическая ценность.
Результаты, полученные в работе, позволяют выявить основные
динамические свойства трехчастичных систем, состящих из двух
тяжелых разноименных частиц и одной легкой заряженной
частицы. Развитый в работе формализм может быть применен
для исследования взаимодействия более сложных систем,
состоящих из атомов вещества и антивещества. Построенный в
диссертационной работе эффективный потенциал
взаимодействия Нр позволяет использовать его для вычислений амплитуд реакции, положения и ширины метастабильных уровней в сравнительно широком диапозоне энергий. Приведенные в диссертационной работе апроксимации этого эффективного взаимодействия потенциалами простого вида позволяют легко получать оценки различных физических характеристик рассматриваемых трехчастистичных систем даже без привлечения мощной вычислительной базы. Вычисленные сечения взаимодействия антипротонов с атомарным водородом представляют интерес для проведения экспериментов по синтезу и накоплению антивещества.
На защиту выносятся следующие основные положения.
1. Подучены основные физические характеристики реакции
неупругого рассеяния антипротонов на атомарном водороде
при сверхнизких энергиях (Е ~ 10б эВ): упругое и неупругос
сечения, вероятности образования протошія в различных
квантовых состояниях рассеяния, энергетический ход
указанных величин.
2. Выяснены свойства динамики образования протоиия, в
частности показано, что обратный Оже-эффект, естественным
образом учитываемый в унитарной схеме связанных каналов,
существенно уменьшает вероятность неупругих процессов.
-
Исследованы аналитические свойства амплитуды рассеяния, показано, что основные свойства процесса неупругого рассеяния определяются наличием вбилизнпороговых особенностей матрицы рассеяния (нулей и полюсов), обусловленных полярпзашюнным потеьшпалом. Предсказано существование долгожизущих метастабилыгых состояний системы Нр.
-
Исследована динамика Оже-девозбуждения в системе Не+р, показано, что интенсивность Оже-переходов существенно увеличивается в многоэлектронных антипротонных атомах, что является причиной ненаблюдаемости явления задержанной аннигиляции в средах из многоэлектронных атомов.
Апробащш работы.
Основные результаты, содержащиеся в диссертации, докладывались на семинарах ФИРАН, ИАЭ им. И.В. Курчатова, на семинарах в ISN (Гренобль, Франция, 1993-1994), INFN
(Триест, Италия, 1994), международной школе по экзотическим атомам (Эричс, 1994), международной конференции по малочастичным системам (Вильямсбург, 1994).
Публикации.
Основные результаты выполненных исследований
опубликованы в 8 работах.
Объем и структура работы.
Диссертационная работа содержит 137 страниц машинописного текста, 22 рисунка и состоит ш введения, трех глав и списка литературы, включающего 60 наименований.
