Файл: Азимов С.А. Неупругие соударения частиц большой энергии с нуклонами и ядрами.pdf

помимо распада л°-мезоиов. Исследование в космических

лучах уже содержится в довольно большом числе эксперименталь­ ных работ. Однако многие из имеющихся в настоящее время ре­

тиц, впервые обнаруженная в космических лучах В. С. .Мурзиным и его сотрудниками [57].

По данным работы [57], в которой имелась возможность выде­

ядрами может различаться более чем в 2 раза. В остальных рабо­ тах, выполненных до настоящего времени, отсутствовала информа­ ция о наличии заряда у первичных частиц при измерении К.» .

Полученные результаты относились ко всему потоку ядерно-актпв- ных частиц, падающих на установку. Однако различная примесь первичных пионов, регистрируемая установками, п неодинаковая эффективность отбора событий с большими и малыми энергиями, переданными в электронно-фотонную компоненту, могли вызвать значительный разброс в измеряемых значениях /<_„. К тому же

различный подход к отбору первичных адронов, идущих в сопро­ вождении других частиц, в указанных выше работах также мог приводить к неодинаковой доле регистрируемых пион-ядерных взаимодействий.

В [57] наличие заряда у первичных частиц определялось по трем рядам годоскопических счетчиков, расположенных между свинцовыми фильтрами, что позволило снизить фон от частиц воз­ душного сопровождения. Однако годоскопические счетчики не дают наглядной пространственной картины воздушного сопровож­ дения. Часто при этом остается неизвестным направление движе­ ния частиц, сопровождающих первичную. Гейгеровские счетчики

содинаковой эффективностью срабатывают от высокоэнергичных

имедленных частиц; возможны случайные срабатывания.

Надежную информацию о воздушном сопровождении первич­ ных частиц можно получить при помощи таких трековых прибо­ ров, как искровые камеры. При этом легко оценить плотность воз­ душного сопровождения, направление движения частиц, а по рас­ сеянию и поглощению сопровождающих частиц в мишени и стен­ ках искровых камер — их энергию. Таким образом, отсутствие в установках трековых приборов для идентификации заряда пер­ вичных частиц затрудняло до сих пор получение надежной инфор­ мации о К.О-

Другой причиной расхождения в абсолютных значениях АТ.

является, по-видимому, сложность учета таких фоновых эффектов,, возникающих при измерении К.„, как последующие взаимодей­

88

ромагнитных каскадов, достигает заметной величины, увеличивая тем са.мым вероятность вторичных взаимодействии пионов и ну­ клонов іВ этих фильтрах. В последующих взаимодействиях ядер- но-активных частиц генерируется дополнительное количество л°- мезонов, приводящее к так называемой «подпитке», т. е. к нало­ жению вторичных электроматнитньгх лавин на первичные.

В установках с ионизационными калориметрами дело услож­ няется также вкладом ядерных расщеплений в измеряемую иони­ зацию. Сильноионизующпе частицы от ядерных расщеплений мо­ гут создавать «толчки», имитирующие прохождение через иониза­ ционную камеру большого числа релятивистских частиц. К тому же возникает необходимость учета переходного эффекта свннецмедные стенки камер из-за различия в их критических энергиях. Для определения величины переходного эффекта в работе [85] были выполнены специальные измерения на электронном ускори­ теле, а для учета вторичных взаимодействий — детальные расче­ ты, основанные на анализе искусственных каскадов, разыгранных методом Монте-Карло [86].

Другим подходом к измерению суммарной энергии л°-мезонов, генерированных в первичных соударениях, является оценка ве­ личины 0 по числу частиц в максимуме развития электронно­

фотонных ливней. Каскадная теория дает однозначную связь меж­ ду энергией электромагнитного каскада и числом частиц в макси­ муме. Поскольку' число ливневых частиц мало меняется с глуби­ ной вблизи максимума развития каскада, а положение его в тя­ желых веществах слабо зависит от энергии, то при измерении чис­ ла частиц ,в области, близкой к максимуму, можно с достаточной точностью оценить величину ЕЕ_„.

Основная погрешность в измерении ~ЕЕ возникает из-за

флуктуаций числа частиц на данной глубине измерения. В мак­ симуме каскада эти флуктуации достигают минимального значе­ ния, а распределение лавинных частиц приближается к распреде­ лению Пуассона. Так как измерения в области максимума произ­ водятся при -меньшей суммарной толщине свинцовых фильтров, фоновые явления, связанные с последующими взаимодействиями, будут играть меньшую роль. Обычно для определения положения максимума в установках с ионизационными калориметрами ис­ пользуются три ряда ионизационный камер, прослоенных свинцо­ выми фильтрами.

В 1961 г. нами был предложен простой метод определения энергии я°-мезонов S£_„ тонкими черепковскими детекторами,

экранированными одним слоем свинца [8]. Толщина фильтра вы­ биралась из условия регистрации электромагнитных каскадов вблизи максимума развития. Преимущество данного метода за­ ключается в том, что измерения числа каскадных электронов сво­ бодны от влияния ядерных расщеплений, так как черепковские детекторы нечувствительны к сильноионизующим частицам. В тон­

90

ком слое свинца вероятность вторичных взаимодействий невелика, а переходный эффект может быть учтен достаточно точно, так как вклад в регистрируемый сигнал от черепковского счетчика вносят главным образом электроны высокой энергии, обладающие боль­ шим пробегом в радиаторе детектора. Другим важным преимуще­ ством использования черепковского детектора для указанной цели является эффект «компенсации» возраста лавины.

В [42] показано, что энергетический спектр лавинных частиц в тяжелых элементах однозначно определяется параметром s, ха­ рактеризующим возраст лавин. При регистрации событий с отно­ сительно большими значениями передаваемых энергий л°-мезонам электромагнитные лавины могут не достигать максимума разви­ тия, так как измерения производятся на фиксированной глубине свинцового фильтра. Однако, как показывают оценки, использова­ ние переходного коэффициента, вычисленного для области макси­ мума, и в этих случаях дает правильные результаты. Дело в том, что на единицу пути в радиаторе релятивистская частица излуча­ ет фиксированное число фотонов черепковского свечения. Так как энергетический спектр лавинных частиц, не достигших максимума своего развития, обогащен частицами высоких энергий, то недо­ статок частиц в области каскадной кривой, расположенной до максимума, будет компенсироваться увеличением их пробега в веществе радиатора, приводя к возрастанию светового потока от этих частиц.

Рассмотрим переходный эффект свинец — черепковский детек­ тор. Электронно-фотонные ливни, развиваясь в свинцовом фильт­ ре толщиной 3 см, создадут у границы счетчика Nт электронов. Поскольку критическая энергия в свинце (егь = 7,2 Мэв) гораздо

меньше критической энергии в воде (ен^о= 70 Мэв), то большин­

ство лавинных частиц вследствие ионизационных потерь будет тормозиться в черепковском детекторе. Толщина детектора вмес­ те с плексигласовой крышкой составляет 7 г/см2, т. е. —0,2 рад. ед. Черепковские счетчики калибруются световыми вспышками от одиночных частиц высокой энергии, проходящих полную толщину радиатора. Электромагнитные ливни, пересекающие детектор вблизи максимума развития, создадут в радиаторе световую вспышку, эквивалентную прохождению N е проникающих частиц. Таким образом, задача сводится к определению коэффициента пропорциональности между числом проникающих частиц и числом электронов в максимуме развития каскада N т, т. е.

= k N , .

Первые оценки такого переходного коэффициента были выпол­ нены в [94] при разработке калориметра из черепковских счетчи­ ков; в дальнейшем они были уточнены и в результате получена зависимость k от возраста лавины s для отдельных у-квантов и для фотонов, распределенных по энергетическому спектру.

91