7.5. Неупругое рассеяние
До сих пор наше внимание было сосредоточено на упругих пион-ядерных процессах и связи с
-взаимодействием, лежащим в их основе. Единственное отличие случая неупругого рассеяния от упругого состоит в том, что теперь
-амплитуда порождает операторы перехода, связывающие основное состояние ядра с возбужденными состояниями. Это относится также и к реакции однократной перезарядки
В соответствии с передачей энергии
различают два основных класса таких реакций.
1. Область малых переданных энергий с возбуждением дискретных состояний ядра.
2. Область больших передач энергии, где доминирует квазисвободное
-рассеяние.
В последнем случае характерный масштаб энергий устанавливается соотношением
между энергией отдачи одного свободного нуклона и импульсом
Пионы представляют значительный интерес для зондирования Структуры ядра. В частности, сравнение неупругого рассеяния
дает возможность разделить вклады нейтронов и протонов в данный переход. Мы не будем здесь входить в обсуждение подробностей структуры ядра. Вместо этого проиллюстрируем на нескольких примерах, как специфические свойства
-взаимодействия влияют на неупругие процессы.
7.5.1. Рассеяние с переходами на дискретные ядерные состояния
Напомним, что амплитуда свободного
-рассеяния имеет структуру (П8.17)
где
— единичный вектор по нормали к плоскости рассеяния. Рассмотрим неупругий ядерный переход, вызванный амплитудой (7.99), в первом порядке по этой амплитуде (так называемое импульсное приближение). Переходы без переворота спина
задаются амплитудами
переворотом спина
— амплитудами А. Такие переходы мотут быть либо изоскалярными (связанными с
либо изовекторными (связанными с
).
Рассмотрим далее область изобары А (1232),
доминирующим является канал с
. Согласно уравнениям (2.30) и (2.33) в с.ц.м. амплитуда
-рассеяния на массовой поверхности сводится к
где
— угол рассеяния, а
В импульсном приближении (ИП), если пренебречь кинематическими поправками, усредненное по поляризациям неупругое сечение для перехода
между состояниями со спинами
пропорционально
для
для
Проиллюстрируем это для изоскалярных переходов
Для операторов плотности и спиновой плотности
введем соответствующие фурье-образы
На языке этих величин можно определить усредненные по поляризациям квадраты формфакторов
путем суммирования по магнитным числам начального и конечного состояний:
Усредненное по поляризации сечение изоскалярного перехода в импульсном приближении есть
В этот результат следует внести кинематические поправки на тот факт, что системы центра масс
и пион—ядро не совпадают. Соответствующее преобразование угла (7.17) тождественно тому, которое знакомо из упругого рассеяния с
Оно проводится путем замены
В результате дифференциальное сечение
для переходов с
имеет в этом приближении характерный минимум в случае, когда
Такие минимумы часто наблюдаются при возбуждении уровней натуральной четности в легких элементах, примером чему служат сечения возбуждения
-уровней в ядрах
показанные на рис. 7.19.
Наблюдаемые минимумы достигаются вблизи значения
, ожидаемого в резонансной области из уравнения (7.106).
Ослабление и искажение входящей и выходящей пионных волн изменяют результат импульсного приближения. Однако и детальные расчеты, и экспериментальные данные демонстрируют, что сохраняется пропорциональность между сечениями и величинами