Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Электромагнитные формфакторы нуклонов всегда были предметом теоретического и экспериментального изучения. Формфакторы описывают взаимодействие гамма-квантов с электрическим зарядам и магнитным моментом нуклонов, и при более высоких энергиях, взаимодействие гамма-квантов с токами и зарядами кварков внутри нуклонов. В последнем случае, фактически изучается внутренняя структура нуклонов. В области пространственно-подобных передач импульса проводятся измерения с рассеянием электронов на нуклонах, а при времени-подобных передачах изучается е+е- аннигиляция в нуклоны. Существующие данные для нейтронов в обоих областях передач импульсов менее точные чем для протонов из-за экспериментальных трудностей работы с нейтронами. Настоящая работа посвящена экспериментальному изучению процесса е+е- аннигиляции в нейтрон-антинейтронную пару. и измерению времени-подобного электромагнитного формфактора нейтрона в области энергии близкой к порогу - до 2 ГэВ. Измерения проводились на е+е- коллайдере ВЭПП-2000 с детектором СНД в ИЯФ СО РАН. Ранее в этой области энергии сечение процесса е+е--->n+anti-n измерялось детектором FENICE с малой статистикой, и с недавнего времени - на коллайдере ВЭПП-2000. При энергии более 2 ГэВ имеются данные с детектора BESIII. Детектор СНД - универсальный немагнитный детектор общего назначения для экспериментов на е+е- коллайдере низкой энергии. Его главной частью является трехслойный сферический электромагнитный калориметр, содержащий 1680 кристаллов NaI(Tl). Детектор также содержит внутри калориметра трековый детектор, аэрогелевый черенковский счетчик и снаружи мюонный детектор на основе пропорциональных трубок и сцинтилляционных счетчиков. Детектор хорошо регистрирует процессы с гамма-квантами, Но как оказалось, в калориметре также эффективно регистрируются антинейтроны, длина поглощения которых (длина аннигиляции) не превышает 15-20 см, что гораздо меньше длины чувствительной части калориметра 35 см. Поэтому антинейтроны от процесса е+е--->n+anti-n в основном аннигилируют в калориметре с выделением большей части энергии (две нейтронных массы плюс их кинетическая энергия). Родившиеся антинейтроны достаточно медленные, их скорость в данном измерении меняется в пределах 0.1 -- 0.3 скорости света и сигнал аннигиляции в калориметре значительно задержан относительно сигнала основных процессов е+е- аннигиляции. Для измерения времени задержки сигнала антинейтронов в калориметре была существенно модернизирована электроника калориметра СНД. Вместо обычных измерителей амплитуды (АЦП) были разработаны и установлены на каждый их 1680 счетчиков более современные измерители флэш-АЦП, которые измеряют амплитуду импульса через каждые 30 наносекунд, то есть, измеряется форма импульса. После подгонке этой формы стандартной функцией получаются время задержки сигнала (нсек) и амплитуда импульса (МэВ). Для каждого кластера в калориметре время усредняется по отдельным счетчикам с весами пропорциональными энергиям в счетчике. На событиях процесса е+е-->2gamma достигнута точность измерения времени события 0.8 нсек, точность измерения амплитуды 1%. Опубликована подробная статься с описанием методики измерения времени в журнале Nuclear Instruments Methods ( No.1 в списке публикаций по проекту за 2023 г.). Экспериментальные данные для анализа были получены в диапазоне энергии 1890 -- 2000 МэВ в 8 точках по энергии со светимостью 9 обратных пикобарн в каждой точке. Число n+anti-n событий определяется из фита временного спектра отобранных событий. Функция для подгонки антинейтронной части спектра берется из моделирования Монте Карло процесса е+е--->n+anti-n в детекторе СНД, пакет GEANT-4, V10. При эффективности регистрации 20% полное число зарегистрированных n+anti-n составило около 6000. Угловое распределение по cos(theta) вылета антинейтрона согласуется с равномерным, что означает |GE/GM| ~ 1 в нашем измерении, где GE и GM электрический и магнитный формфакторы нейтрона. Окончательные результаты по сечению процесса +е--->n+anti-n и эффективному времени-подобному формфактору нейтрона приведены в нашей работе ( No.2 в списке публикаций по проекту за 2023 г., рисунки 7 и 8). Измеренное сечение процесса изменяется в пределах 0.3-0.5 нб. Эффективный времени- подобный формфактор нейтрона извлекался из измеренного сечения. Важные выводы из полученных результатов следующие: нейтронный формфактор меньше протонного и квазилинейно падает с импульсом нейтрона, при энергии 2 ГэВ данные СНД согласуются с результатом эксперимента BESIII.