اثر برهمکنش های قوی در دینامیک گذارهای آبشاری اتمهای k-p و k-d و محاسبه سطوح مقطع گذارهای برخوردی به روش مونت کارلو

مطالعه اتمهای هادرونی اهمیت ویژه ای در بررسی برهمکنشهای قوی ذراتی مثل کائون، پایون و ....با هسته دارد. اتمهای هادرونی امکان تعیین برهمکنشهای هادرون-هسته را در انرژیهای کم، بدون برونیابی در داده های پراکندگی فراهم می کند. از طرفی کمیت سیگما ترم در qcd که معیاری از شکست تقارن کایرال است، با طول پراکندگی کائون-نوکلئون در انرژیهای پائین رابطه دارد. پس با محاسبه یا اندازه گیری دقیق جابجایی و پهنای ترازهای پائین اتمهای کائونی هیدروژن و دوتریوم می توان اطلاعات مفیدی در این زمینه به دست آورد. مهمترین کمیت قابل اندازه گیری در این مورد طیف پرتوهای x ناشی از گذارهای تابشی است، زیرا شدت پرتوهای x به پهنای جذب هسته ای بستگی دارد و علاوه بر آن جابجایی ترازها ناشی از برهمکنش قوی را می توان به وسیله آن تعیین کرد. برای این منظور آزمایشهای مهمی در آزمایشگاههای kek در ژاپن و در lnf در ایتالیا انجام شده و یا در حال انجام است. در قسمت اول این رساله محاسبه کاملی از دینامیک آبشاری اتمهای کائونی (kx (x=p,d در هدف هیدروژن و دوتریوم با استفاده از روش شبیه سازی مونت کارلو انجام شده است. نتایج شبیه سازی و محاسبات ما از نظر بررسی آزمایش قبل از انجام آن و تعیین شرایط مناسب آزمایشگاهی، همچنین تحلیل نتایج آزمایشگاهی بعد از انجام آن اهمیت ویژه ای دارد. علاوه برفرایندهای غیر برخوردی مانند گذار تابشی، واپاشی ضعیف کائون و جذب قوی، فرایندهای برخوردی مانند اوژه خارجی، واانگیختگی کولنی، مخلوط شدگی استارک، پراکندگی الاستیک، تجزیه شیمیایی و جذب برخوردی در نظرگرفته شده است. در ابتدا سطح مقطع فرایندهای برخوردی در چهارچوب روش نیمه کلاسیک با تقریب برهمکنش دو قطبی الکتریکی بین اتم کائونی و اتم های هدف به صورت تابعی از انرژی و برای حالتهای کوانتومی مختلف محاسبه شده است. سپس با تهیه یک کد کامپیوتری و قراردادن سطح مقطع ها به عنوان ورودی این کد تاریخچه اتم های کائونی که در یک حالت برانگیخته اولیه تشکیل شده اند تا حالتهای پایین که ممکن است کائون جذب یا واپاشی کند دنبال می شود. در آخر بهره پرتوهای ایکس سری k به صورت تابعی از چگالی هدف محاسبه و با داده های تجربی و محاسبات دیگران مقایسه شده است. اثرات جذب قوی و گذارهای استارک بر روی بهره پرتوهای ایکس و اثر پهن شدگی دوپلر ناشی از تولید اتمهای پر انرژی توسط گذار کولنی در لحظه گذار تابشی 2p→1s بر روی اندازه گیری پهنای تراز (s1،( τ1s تعیین شده است. ویژگیهای کار حاضر ثابت نگرفتن انرژی جنبشی اتمهای کائونی و عدم استفاده از پارامترهای تنظیم برای سطح مقطع ها است. بر این اساس نتایج حاضر با مقادیر تجربی در توافق خوبی هستند، با این وجود به دلیل نامعین بودن مقادیر اندازه گیری برای τ1s و τ2p در اتم kd و τ2p در اتم kp ، در این محاسبات مقادیر آنها به صورت پارامتر آزاد در نظر گرفته شده یا از بعضی مقادیر تئوری استفاده شده است. محاسبات نشان می دهد که کمیتهای محاسبه شده قویا به تغییر این پارامترها و چگالی هدف حساس هستند. نشان داده ایم که چگونه برهمکنش قوی بر روی بهره پرتوهای ایکس تاثیر می گذارد و تحلیل کاملی بر رقابتهای پیچیده ای که بین فرایندهای گذار وجود دارد ارائه کرده ایم و بر اساس آن وابستگی شدت پرتوهای ایکس را به چگالی مورد تحلیل قرار داده ایم. با برازش نتایج محاسبات برای پرتوهای ایکس با داده های تجربی، مقدار پهنای جذب قوی در حالت 2p برای اتمهای mev kp 0/002 τ2p=0/105± به دست آمد. مقدار چگالی بهینه برای رسیدن به بیشینه شدت پرتوهای ایکس بالاتر در آزمایش روی محیط هیدروژن 0/03-0/06=∅ (lhd) (ldh= چگالی هیدروژن مایع)به-دست آمد و برای اتمهای kd در محیط دوتریوم 0/06-0/2 =∅ lhdبه دست آمد. با توجه به اینکه شدت پرتوهای ایکس ناشی از اتمهای kp و kd خیلی کم است و از طرفی انجام آزمایش با دقت بسیار بالا (ev 1~) مورد نیاز است، محاسبات ما امید به نتیجه رسیدن آزمایش siddharta را در lnf ایتالیا افزایش داده است. در قسمت دوم با استفاده از روش مونت کارلوی مسیرهای کلاسیکی محاسبات زیر برای اولین بار برای ورود کائون به محیط (ctmc) هیدروژن و دوتریوم انجام شده است: احتمال گیراندازی کائون توسط هدف در یک حالت کوانتومی مشخص، توزیع انرژی جنبشی اتمهای تشکیل شده، سطح مقطع فرایندهای واانگیختگی کولنی، گذار استارک، پراکندگی الاستیک و تجزیه اتم کائونی که محاسبات کاملا کوانتومی آنها بسیار مشکل و حجیم است . نتایج در موارد زیر خلاصه میشود. 1) شرایط اولیه شامل توزیع عدد کوانتومی اصلی، توزیع اندازه حرکت زاویهای و توزیع انرژی جنبشی اتم کائونی در زمان تشکیل به طور دقیقتر برای اتمهای کائونی به دست آمده است. زیرا در بیشتر شبیهسازیهای دینامیک آبشاری اتمهای اگزوتیک از تخمینهای کیفی برای شرایط اولیه استفاده شده است. همچنین نتایج با محاسبات کوانتمی در توافق هستند. 2 )سطح مقطعها در حالتهای برانگیخته بالا با نتایج نیمه کلاسیک در توافق نسبتا خوبی هستند. 3) اثرات ملکولی هدف به ویژه در فرایند واانگیختگی کولنی در حالتهای بالا قابل توجه است. اثر فرایند تجزیه شیمیایی که به طور منفرد در قسمت اول به کار رفته است نیز به طور یکپارچه در گذار کولنی در برخورد اتم کائونی با ملکول هدف درنظر گرفته شده است. 4) ا این روش اهمیت گذارهای کولنی با 1< δnکه در شبیه سازی آبشاری اتمهای کائونیک در نظرگرفته نمیشود، مشخص شد. 5) اثرات ایزوتوپی در حالتهای بالا به لحاظ مشابه بودن ساختار اتمهای هیدروژن و دوتریوم ناچیز است. تفاوت کم میتواند ناشی از تفاوت جرم آنها باشد. 6) فرایند استارک نسبت به سایر فرایندها در بیشتر انرژیها و حالتهای برانگیخته غالب و اثر تجزیه اتم کائونی قابل صرفنظرکردن است. این سطح مقطعها را میتوان به طور جامع برای یک شبیه سازی آبشاری توسعه یافته که از لحظه ورود کائون تا لحظه جذب یا واپاشی آن را دنبال میکند استفاده کرد.