ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 106
Скачиваний: 0
С другой стороны, |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
F(>E2, |
х2) = |
Ае |
V L |
S l W |
|
|
|
Следовательно, |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
•1"а—X, |
|
|
Х2—.Гі |
|
|
|
т. |
е. |
; * р _ и р { ^ - ^ ( ^ - 4 . ) } . |
|
< « > |
|||||
|
|
|
|||||||
|
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
|
|
. |
, Л?2 |
Л'2 — її |
'Ді |
|
|
• |
т |
т |
|
f |
ТзГ ~ |
— L — ' |
ШГ ' |
г Д е |
Ї2 - |
Ті = Ay, |
L — L x = |
AL,. |
|
|
|
1 |
~~ ~ |
|
|
|
|
(4-6), |
|
т. |
е. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
L |
|
L |
|
E2 ' |
|
(4.7); |
|
|
|
1 + |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, достаточно точное измерение энергетического' |
||||||||
спектра в одном и том же энергетическом интервале Ех ^ |
Е <; |
Е2 |
на двух глубинах атмосферы хг и хх позволяет обнаружить весьма
малые |
изменения пробега |
поглощения L . |
|
|
|||||
|
В |
самом |
деле, |
если |
х2 |
= 700 г/см2, |
хх = 200 г/см2, |
L х |
|
^ |
100 г/см2, |
то при Ау = |
0,2 |
и E J E X |
3 получим.: |
|
|||
|
|
|
|
|
^ ^ 0 , 0 4 . |
|
|
|
|
|
Возникает вопрос, можно ли обнаружить изменение в показа |
||||||||
телях спектров Ау = |
0,2 на интервале энергий Ех ч - ЗЕХ? |
|
|||||||
|
Для того чтобы можно было надежно установить изменение |
||||||||
показателя у |
на 0,2, |
необходимо, чтобы на каждой из глубин хх |
|||||||
и х2 показатель был |
измерен с точностью 0,05; тогда ошибка в |
||||||||
Ау |
= |
у2 — Ті составит 0,07 |
и изменение |
|
Ау будет в рассматри |
||||
ваемом случае превосходить тройную ошибку. |
|
||||||||
|
При изучении вида энергетического спектра космических лу |
||||||||
чей, как правило, одной и той же аппаратурой измеряется |
поток |
частиц с разными энергиями. Наибольшая статистика приходится
на частицы с |
наименьшей измеряемой энергией. |
|
|
|
|||||
|
Допустим, |
мы хотим |
определить |
показатель |
интегрального |
||||
энергетического спектра в |
интервале |
энергий |
Ех |
^ |
Е ^ |
2?2, из |
|||
мерив за одно и то же время число частиц Nx |
и JV2 |
с энергиями,, |
|||||||
соответственно, ;> Ех и > |
Ег. Как должны |
различаться |
энергии |
||||||
Е2 |
и Ех, чтобы при заданном Nx получить |
наибольшую |
точность |
||||||
в |
определении у? |
|
|
|
|
|
|
|
|
Еслп |
спектр имеет |
вид |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
N О Е) = |
|
{ E J E ) ^ \ |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
то |
ответ |
на поставленный |
вопрос |
дается |
выражением |
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
l |
Vi |
+ у}~ |
|
|
|
|
|
|
|
|
(4.8) |
||||
|
|
|
|
У Ж |
|
П У І |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
где ду — ошибка в определении показателя спектра, |
уг |
= |
ЕХ1Е^. |
|||||||||||||||||
|
Функция / (г/х) для разных у приведена на рис. 4.1. В частно |
|||||||||||||||||||
сти, для |
у — 1 = |
1,7 |
минимум |
/ |
(г/j) |
соответствует |
значению |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
г/х |
^ |
0,3, |
т. е. Е2 ~ |
ЗЕ],; при |
этом |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
/mm ~ |
2,5. Это |
значит, |
что |
|
для |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
обеспечения |
точности |
|
измерения |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
by = |
0,05 необходимо, чтобы было |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
Ni |
= |
2500 |
частиц. |
При |
|
этом |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
Nt ^ 400. Если же |
необходимо |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
различить изменение у2 — у1 = |
|
0,4 |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
(что |
соответствует |
AL/L^ |
0,08), |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
то |
|
соответственно |
|
уменьшатся |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
требования к точностям |
|
измерений |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
в два раза и |
|
ж |
600, N2 ж 100. |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Эти |
оценки |
необходимой |
ста |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
тистики |
показывают |
реальность |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
измерений показателя у с точ |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ностью 8у ^ |
0,05. |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Важнейшим |
методическим |
|
ус |
|||||||||
о |
|
|
|
|
1,Йловием, |
выполнение |
|
которого |
||||||||||||
Рис. |
4.1. |
Функция |
/ |
для |
раз |
является |
обязательным |
для пра |
||||||||||||
вильного |
сравнения спектров |
па |
||||||||||||||||||
|
ных |
значений |
у |
— 1 . |
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
разных |
глубинах |
атмосферы, |
яв |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
ляется |
измерение |
на |
двух |
уров- |
|||||||||
нях хх и х*_ одной |
и той |
же |
аппаратурой. |
Как |
будет |
видно из |
§ 2. даже это условие полностью не гарантирует от некоторого ме тодического различия в спектрах на двух уровнях наблюдения, связанного с тем, что с изменением высоты места наблюдения из меняется плотность атмосферы и, следовательно, меняется прост ранственное распределение частиц в ливнях, развивающихся в атмосфере.
Если AL/L = 0,04, то при независимости X от Е такое измене ние L должно быть отнесено за счет изменения среднего коэффи циента неупругости взаимодействия нуклонов с ядрами атомов воздуха.
Если AL/L < ^ 1, то |
и АК/(К |
> < ^ 1 и в первом |
приближении |
|
можно пользоваться выражением |
(4.2). В этом |
случае |
||
А <£> |
1 |
%IL ЛЬ |
|
(4.9) |
|
|
|
Ї — 1 1 — (X./L) L
В воздухе X ^ 80 г/см2, |
L ж 110 г/см2, |
т. е. XIL |
3/4; при у — 1 ж |
|||||
Л І 1,7 |
имеем: |
|
|
|
|
|
|
|
|
A <-g> |
|
3/4 |
A L _ J |
о |
A L |
0 A L |
|
|
<АГ> |
— 1,7-1/4 |
L |
' |
L |
L • |
|
|
Если |
MIL = 0,04, то |
Д<Я >/<# > = |
0,08. |
|
|
|||
Прямыми измерениями коэффициента неупругости взаимодей |
||||||||
ствия частиц космических лучей при двух энергиях Ег и Ег |
уста |
|||||||
новить изменение |
(К} |
на 8% |
практически невозможно. В |
самом |
деле, для этого необходимо при каждой энергии определить <А" > с точностью
А < ^ > = д < / * > = 0 , 0 2 .
Такую точность при измерении {К > в космических лучах обеспе чить еще никому не удавалось.
Из этого рассмотрения видно, насколько чувствительным яв ляется метод измерения спектров на двух высотах для выясне ния зависимости L от Е (и, соответственно, X и (К > от Е).
Рассмотрим теперь вопрос об измерении абсолютного потока адронов высокой энергии F О Е, х).
То, что знание истинного потока адронов на разных глубинах атмосферы необходимо для объяснения механизма образования в атмосфере вторичных частиц высокой энергии (пионов, мюонов, у-квантов), является очевидным. Более сложным является вопрос о связи между абсолютным потоком адронов и эффективным сече нием неупругого взаимодействия criri нуклонов высокой энергии. Впервые на возможность получить строгую оценку нижней гра
ницы <jia для разных энергий |
нуклонов Е ^ |
101 2 эв было |
ука |
||||
зано в работе |
[16]. Идея метода такой оценки заключается |
в сле |
|||||
дующем. |
|
|
|
|
|
|
|
Допустим, что известен абсолютный поток адронов с энергией |
|||||||
!> Е на глубине атмосферы х г/см2, |
идущих в вертикальном |
на |
|||||
правлении и не сопровождающихся |
никакими вторичными |
части |
|||||
цами. Обозначим его Е0Л(^Е, |
х). |
Очевидно, что этот поток |
оди |
||||
ночных частиц состоит: |
|
|
|
|
|
|
|
а) из первичных протонов |
с энергией ;> Е, |
которые прошли |
|||||
весь слой атмосферы х г/см2, |
ни разу не провзаимодействовав в |
||||||
нем. Этот поток равен: |
|
|
|
|
|
|
|
|
Ft ( > Е, х) = |
F ( > Е, 0)е-*А, |
|
|
|
||
где F (1> Е, |
0) — поток |
протонов |
с энергией |
!> Е на границе |
|||
атмосферы; |
|
|
|
|
|
|
|
б) из потока одиночных нуклонов F2 (!> Е, х) с энергией на |
|||||||
уровне наблюдения > Е, |
которые |
провзаимодейсгвовали |
в |
ат |
мосфере значительно выше уровня наблюдения, обладая энергией Е' ^> Е, но при этом вторичные частицы — продукты этого взаи модействия — поглотились в атмосфере (в слое между уровнем наблюдения и уровнем взаимодействия);
в) из потока одиночных пионов (или других вторичных адро нов) (!> Е, х) с энергией ^> Е на уровне наблюдения, которые родились в атмосфере, но по каким-то причинам дошли до уровня наблюдения без сопровождения другими частицами.
Таким образом,
Еоя (> Е, х) |
= Л |
( > |
Е, |
х) + |
F, |
( > |
Я, я) + |
Я 3 |
( > Я, а), |
(4.10) |
и так как F2 > |
0, |
> |
0, |
то |
|
|
|
|
|
|
Л,д ( > -Б, х) > |
^ |
( > |
Я, |
x) = |
F ( > |
2?, 0) е-*/\ |
(4.11) |
|||
Отсюда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
^ |
^ Л в |
^ О ^ . ї ) |
|
|
(4.12) |
|||
|
|
|
|
|
||||||
где Л — средний атомный вес |
ядер воздуха, |
NАВ |
— число |
Аво- |
||||||
гадро. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Из (4.12) видно, что сравнение абсолютных потоков протонов на границе атмосферы (х — 0) и одиночных адронов той же энер гии в глубине атмосферы дает возможность найти нижнюю гра
ницу а1 П . Если эта величина при высоких энергиях больше |
зна |
чений, получаемых при ускорительных энергиях, то значит |
о"1 |
не является константой. |
|
Из проведенных рассмотрений ясно, какое значение для фи зики космических лучей и физики высоких энергий имеет пра
вильное |
изучение вида энергетического распределения |
адронов |
на разных высотах в атмосфере и измерение абсолютных |
потоков |
|
адронов. |
|
|
Здесь следует отметить одно обстоятельство, имевшее дли |
||
тельное |
п, по-видимому, неблагоприятное влияние на |
интер |
претацию ряда результатов, относящихся к частицам высоких энергий.
Большинство экспериментальных данных о значении пока зателя спектра адронов на высотах гор, полученных до 1961 г., лежпт в интервале значений у = 2,5—2,7 (эти результаты будут подробно проанализированы в следующем параграфе). Показатель спектра первичных космических лучей в области энергий 101 3 — 101 4 эв, ответственных за частицы с энергиями 101 2 — 101 3 эв на горных высотах, долгое время определялся по данным о широких атмосферных ливнях и принимался равным 2,6—2,7. Близкие значения показателей степени спектров первичных частиц кос мических лучей и спектра сильно взаимодействующих частиц в глубине атмосферы служили основанием для далеко идущих ут
верждений о независимости пробега поглощения Ьа от |
энергии |
частиц. |
|
Эта точка зрения настолько укоренилась, что в работе [47] |
|
утверждалось, что в интервале 10—104 Гэв величина (К} |
остается |