ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 106

Скачиваний: 0

ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.

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 ^

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 > 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 > 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 Е(^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