Файл: Григоров, Н. Л.pdf

устройстве (например, большая эмульсионная стопка), эта по­ следовательность не может быть нарушена. Эта последовательность может быть отнесена к категории принципиальных сторон метода, в котором средства визуального наблюдения первичной частицы н результатов ее взаимодействия с мишенью объединены с иони­ зационным калориметром.

В таком объединении средств наблюдения н средств измерения энергии первичной частицы ионизационный калориметр, оста­ ваясь измерителем энергии, может выполнять ряд важных допол­ нительных функций:

1)он может использоваться как элемент, управляющий рабо­ той аппаратуры визуального наблюдения частиц;

2)он может быть средством отбора частиц из непрерывного спектра по энергетическому признаку (по энергии Е0 в заданном интервале А.Е0). При этом ионизационный калориметр не столько управляет работой приборов визуального наблюдения (они могут управляться какими-то другими устройствами), сколько дает «разрешение» на фиксацию в памяти регистрирующих систем кар­ тины, воссозданной прибором визуального наблюдения частиц.

Одним из условий правильного измерения энергии первичной частицы ионизационным калориметром является отсутствие погло­ щения энергии в мишени. Очевидно, что полностью устранить потери энергии в мишени нельзя, в особенности если мишень со­ стоит из сложных ядер. При столкновении с легким ядром будет происходить расщепление ядра и энергия в несколько сотен Мэв будет передана заряженным продуктам развала ядра — протонам

Более существенной может быть потеря энергии в мишени, если мпшень выполнена из тяжелых элементов и достаточно толста (в несколько лавинных единиц). Такая толщина является неболь­ шой по отношению к ядерному пробегу п в мишени могут практи­ чески отсутствовать вторичные ядерные взаимодействия, т. е. наблюдаемая картина взаимодействия не будет искажена взаимо­ действиями в мишени вторичных частиц, рожденных первичной частицей в первом взаимодействии. Однако толщина в несколько лавинных единиц достаточна для развития электронно-фотонной лавины в мишени и соответствующей потери энергии на ионизацию каскадными электронами в самой мишени. В этом случае для пра­ вильного определения энергии первичной частицы необходимо вводить соответствующую поправку на энергию, теряемую в ми­ шени.

В арсенале экспериментальных средств визуального наблю­ дения частиц космических лучей имеются: годоскопы различных систем, включая неоновые трубки Конверси, камеры Вильсона, ядерные эмульсии и рентгеновские пленки, а в последние годы появились искровые камеры различных типов.

Эти средства наблюдения можно разбить на две категории — детекторы управляемые и неуправляемые. К первой категории относятся все средства, которые чувствительны к детектированию заряженной частицы в течение короткого интервала времени. При­ чем чувствительность создается внешним воздействием, а момент возбуждения чувствительности может быть выбран произвольно. Чтобы этп средства использовать для регистрации частиц косми­ ческих лучей, они должны обладать «памятью», т. е. обладать спо­ собностью регистрировать след частицы спустя конечное время после ее прохождения через детектор. В этом случае сама регист­ рируемая частица (отбираемая по каким-то физическим признакам до ее регистрации в детекторе визуального наблюдения) с помощью соответствующих устройств создает сигнал, который приводит детектор визуального наблюдения в состояние чувствительности

кпрошедшим через него заряженным частицам.

Ккатегории управляемых детекторов относятся годоскопы, камеры Вильсона, искровые камеры.

Ккатегории неуправляемых детекторов относятся те, управ­ лять чувствительностью которых мы не умеем. Они регистрируют

все частицы космических лучей, которые через них проходят. В потоке космических лучей доминируют частицы малых энергий, не представляющие интереса, и они в неуправляемых детекторах создают только фон, затрудняющий идентификацию частиц вы­ соких энергий.

К неуправляемым детекторам относятся все типы фотоэмуль­

спечивающего измерение энергии первичной частицы, вызвавшей наблюдаемое взаимодействие, целиком определилось возможно­ стью объединения его с перечисленными средствами визуального наблюдения частиц. Первые шаги в решении этих задач примени­ тельно к управляемым и неуправляемым детекторам были сделаны

применять в соответствующем интервале энергии первичных ча­ стиц, естественно, сообразуясь при этом с возможностями выбран­ ного инструмента для визуального наблюдения и измерений ре­ зультатов взаимодействия.

Невысокое пространственное разрешение следов в камере Виль­ сона (и в трековых искровых камерах) ограничивает интервал энергий частиц космических лучей, которые могут изучаться с п о ­ мощью этих приборов, значениями Е0 <С 101 2 эв.

Исследование взаимодействий частиц более высоких энергий,, выше 101 2 эв, требует применения другой методики, обеспечиваю­ щей существенно лучшее пространственное разрешение. Наиболь­ шим разрешением обладают ядерные фотоэмульсии, в которых;

надежно различаются две релятивистские однозарядные частицы, движущиеся на расстоянии 1 мкм друг от друга, т. е. у ядерных фотоэмульсий пространственное разрешение следов частиц при­ мерно в 1000 раз лучше, чем в камерах Вильсона. Соответственно область энергий, в которой могут проводиться методом ядерных эмульсий исследования взаимодействия частиц, аналогичные ис­ следованиям, проводимым с камерой Вильсона, может быть рас­ ширена примерно в 1000 раз, т. е. до 101 5 эв.

Объединение фотоэмульсионного метода с ионизационным калориметром дает возможность проводить все исследования, традиционные для метода ядерных фотоэмульсий, при известной энергии первичной частицы. В принципе развитие этого метода может дать возможность с помощью ядерных эмульсий изучать взаимодействия частиц ультравысоких энергий с любыми атомны­ ми ядрами и использовать магнитное поле для измерения импуль­ сов рожденных частиц (см. гл. I X ) .

Сложность объединения ионизационного калориметра с фото­ эмульсионным методом заключается в том, что ионизационный калориметр является детектором мгновенного действия — он выдает информацию о частице высокой энергии в момент ее паде­ ния на ионизационный калориметр; ядерная же эмульсия являет­ ся неуправляемым регистратором частиц непрерывного действия. Она накапливает все следы, оставленные частицами, прошедшими через нее за время сохранения чувствительности или за время экспозиции (при отсутствии регрессии — исчезновения скрытого изображения). Такая особенность является очень ценным качест­ вом, когда ищутся редкие новые явления и процессы с неизвестны­ ми признаками. Эта особенность становится большой помехой, когда изучаются редкие явления с известными признаками. В этом случае длительная «память» фотоэмульсий приводит к боль­ шому фону от всех частиц космических лучей, которые к иссле­ дуемому явлению отношения не имеют.

Мы пошли по пути, который заключается в том, чтобы с по­ мощью управляемого детектора провести селекцию события (лпиня), регистрируемого ядерной фотоэмульсией, и с помощью того же детектора определить координаты этого события в ядерной фотоэмульсии. Такой метод был назван методом контролируемых ядерных фотоэмульсий [28].

Естественно, что возможности обнаружения искомых явлений в ядерной фотоэмульсии существенно определяются фоном этих явлений в эмульсии и точностью локализации этих явлений с по­ мощью управляемых детекторов.

В самом деле, если интенсивность тех явлений (частиц, лив­ ней), которые по внешним признакам похожи на те, которые долж­ ны быть найдены по указаниям управляемых детекторов, обо­

Для того чтобы среди всех этих явлений обнаружить одно, интересующее экспериментатора и зарегистрированное управляе­ мым детектором, который указал координаты х, у и углы (азиму­ тальный ф и зенитный 0) искомого явления с точностями, соответ­ ственно, Ах, Ау, Дф и Д9, необходимо, чтобы вероятность обнару­ жения случайного явления на площадке AS = АхАу в телесном угле AQ = sin 9 Дф Д9 была много меньше 1, т. е.

Соотношение (3.1) является основным для успешного сочета­ ния любых неуправляемых детекторов непрерывного действия с управляемыми детекторами (в том числе и с ионизационным ка­ лориметром), дающими координаты для поиска явлений в детекто­ рах непрерывного действия. Из соотношения (3.1) видно, что чем более редкие ЯВЛеНИЯ МЫ будем ИСКаТЬ (ЧЄМ МеНЬШе фон Пф), тем -более грубым целеуказанием можно ограничиться.

Камера Вильсона, как средство наблюдения взаимодействий, •обладает рядом качеств, определяющих область ее применения для изучения частиц космических лучей высоких энергий.

К положительным сторонам этого детектора относится воз­ можность использования любой мишени (из легкого или тяжелого вещества), что позволяет изучать характеристики взаимодействия в зависимости от атомного номера ядра мишени. Камера Вильсо­ на, помещенная в магнитное поле, дает возможность измерять импульсы (в ограниченном диапазоне) вторичных заряженных ча­ стиц, рожденных во взаимодействии. Камера Вильсона, как уп­ равляемый детектор, легко может быть объединена с ионизацион­ ным калориметром.

Отрицательной стороной камеры Вильсона является недостаточ­ ное пространственное разрешение частиц ливня и небольшая точ­ ность определения координат траектории частицы, ограничиваю­ щая интервал измеряемых импульсов рожденных частиц.

В зависимости от качества работы камеры Вильсона разреше­

дутся в камере на достаточное расстояние, чтобы быть зареги­ стрированными как разные частицы. Это будет приводить к про­ счету числа частиц, генерированных при энергии первичной частицы Е0 ^ 101 2 эв.

Точность измерений угла вылета вторичных частиц относитель­ но первичной частицы составляет в камере Вильсона ж 0,5°.