Notiuni introductive asupra efectului Hanbury-Brown si Twiss

Notiuni introductive asupra efectului Hanbury-Brown si Twiss

Multe din aspectele dinamice ale ciocnirilor nucleare relativiste sunt bine reflectate de diferite tipuri de corelatii. Unele dintre corelatii permit stabilirea caracteristicilor spatio-temporale ale sursei din care se emit particulele generate in interactii nucleare. Metoda poarta numele interferometrie de intensitate sau interferometrie de particule identice. Aceasta este un fenomen de interferenta a intensitatilor cand doua particule identice sunt detectate in puncte spatio-temporale sau de impuls-energie diferite [65].

Primele experimente de acest tip au fost facute in Astrofizica. În anul 1956 Hanbury-Brown si Twiss au masurat diametrul unghiular al unei stele folosind corelatiile dintre doi fotoni. Metoda se mai numeste si interferometrie de intensitate, iar efectul de corelatie spatio-temporala sau de corelatie energie-impuls la detectarea particulelor identice emise dintr-o sursa extinsa se numeste efect Hanbury-Brown - Twiss.

Acest efect este legat de teoria starilor coerente si ofera posibilitatea unor legaturi intre realizarea corelatiilor si gradul de coerenta din sursa. Corelatiile de tip Hanbury-Brown si Twiss sunt prezente in surse haotice si absente din surse coerente.

Începand cu anul 1960 aceasta metoda a fost aplicata in Fizica particulelor elementare [66] si in Fizica nucleara relativista [67]. Printre particulele folosite in interferometria de intensitate, alaturi de fotoni, se numara, cel mai frecvent, pionii, kaonii si protonii.

Asa cum s-a mentionat anterior, incepand cu anul 1960, aceasta metoda a fost aplicata in Fizica particulelor elementare [66]. S-au folosit observatiile asupra distributiilor unghiulare ale mezonilor π in anihilari -p. S-a constatat ca exista abateri de la predictiile modelului statistico-termodinamic Fermi [68,69]. S-a propus o varianta modificata a modelului statistico-termodinamic Fermi. În aceasta varianta s-a facut ipoteza ca rata de tranzitie dintr-o stare initiala intr-o stare finala data este proportionala cu probabilitatea de a gasi N mezoni π liberi in volumul de reactie. Aceasta probabilitate a fost exprimata in termenii unor functii de unda simetrizate. Modelul, in aceasta varianta, reproduce calitativ rezultatele experimentale, prevazand faptul ca raza volumului de interactie este intre jumatate si trei sferturi din lungimea de unda Compton asociata. S-a observat dependenta efectelor corelatiilor unghiulare de valoarea razei sursei de particule. S-a constat faptul ca, din punct de vedere cantitativ, raman cateva discrepante intre predictiile modelului si rezultatele experimentale, dar nu s-a putut spune cu claritate care este natura lor. S-a considerat ca acestea ar putea fi determinate de incertitudinile in datele experimentale sau de unele efecte dinamice. În absenta informatiei asupra interactiilor π-π si a unor explicatii satisfacatoare asupra comportarii multiplicitatii medii a pionilor produsi in procese de anihilare antiproton-proton, a fost subliniata natura preliminara a rezultatelor obtinute de grupul condus de Goldhaber. S-a considerat ca efectele de simetrizare discutate pot juca un rol major in analiza distributiilor unghiulare. De asemenea, dependenta de energie a corelatiilor unghiulare a constituit un element important in validarea ulterioara a modelului.

Teoria efectului Hanbury-Brown si Twiss pentru ciocniri nucleon-nucleon, nucleon-nucleu si nucleu-nucleu la energii inalte a fost formulata pentru prima oara de oamenii de stiinta rusi G.I.Kopulov si M.J.Podgoretsky [67]. Din analiza dimensiunii spatiale, r, si a timpului de viata, τ, ei au dedus caracteristicile spatio-temporale ale sursei de particule. S-a pus problema gradului de coerenta din sursa de particule si astfel s-a introdus asa-numitul parametru de haos sau gradul de coerenta, l. Daca exista coerenta totala in sursa de particule, atunci parametrul de haos are valoarea λ=1. Daca sursa este complet haotica, atunci parametrul de haos are valoarea λ=0.

Emisia de pioni in ciocniri nucleare relativiste se poate considera ca fiind datorata unei surse partial haotice. Corelatia de impuls a doi pioni identici detectati in coincidenta poate fi tratata folosind transformata Fourier a functiei de distributie a sursei in spatiul fazelor. Acest mod de abordare este aplicabil si altor tipuri de particule identice. Luand in considerare aceste aspecte, se poate spune ca aceasta metoda da informatii asupra distributiei materiei in diferite momente specifice procesului de ciocnire. De aceea, ea poate fi un instrument util in studierea structurii si comportarii materiei nucleare la diferite temperaturi si densitati, precum si in evidentierea unor stari anomale si a unor tranzitii de faza in materia nucleara fierbinte si densa.

Ulterior, metodele propuse au fost dezvoltate. S-a luat in considerare functia de corelatie dintre particule, adica probabilitatea de a detecta o pereche corelata. Multe din metodele folosite implica determinarea probabilitatii de a gasi doi pioni liberi in volumul de reactie, acestia avand impulsurile si . Alte metode propun luarea in considerare a efectului de curgere a materiei nucleare in ciocniri nucleare. De aici s-a trecut la masurarea volumului de ciocnire folosind tehnica Hanbury-Brown si Twiss. A fost posibila, de asemenea, intelegerea contributiei curgerii la functia de corelatie. Odata cu cresterea energiei disponibile in sistemul centrului de masa s-a propus folosirea unor sisteme de referinta noi. Cresterea energiei a pus problema considerarii unor surse nesferice, precum si problema modificarilor caracteristicilor spatio-temporale ale sursei de particule in raport cu directia de observare. În acest caz se considera o raza a sursei observata pe o directie perpendiculara pe directia de miscare a nucleelor care se ciocnesc, , si o raza a aceleasi surse observata pe o directie paralela cu directia de miscare a nucleelor care se ciocnesc, . Se obtin informatii si asupra timpului de viata al sursei, τ, timp scurs de la crearea ei pana la emisia particulelor considerate in interferometria de intensitate. De asemenea, din comportarea functiei de corelatie a particulelor considerate in prezenta interactiilor cu mediul din care este formata sursa de particule se pot obtine informatii noi asupra caracteristicilor spatio-temporale ale sursei de particule.