Файл: Григоров, Н. Л.pdf

ки всей электронно-фотонной компоненты, падающей из воздуха на установку. В то же время частицы электронно-фотонной ком­ поненты, идущие под углом к вертикали и пересекающие боковую поверхность установки, в некоторых случаях могли создавать регистрируемые ионизационные толчки в нижних рядах камер ( I I I - V I ) .

В связи с тем, что частицы высокой энергии имеют довольно крутое угловое распределение с максимумом в вертикальном нап­ равлении, можно ожидать, что ионизационные толчки, вызванные

электронно-фотонной компонентой, падающей из воздуха на бо­ ковую поверхность установки, будут наблюдаться только в край­ них камерах каждого ряда. Для оценки этого эффекта было опре­ делено число толчков величиной более 1,5-103 частиц, зарегистри­ рованных каждой камерой данного ряда, и построена зависимость числа толчков, зарегистрированных камерами, от расстояния меж­ ду камерой и краем установки. Для увеличения методической точ­ ности в каждом ряду были объединены камеры, находящиеся на

крайними камерами, наблюдается в обоих распределениях, но в рядах I I I и I V (сплошная линия на рис. 4.6) этот эффект наблю­ дается только в трех-четырех крайних камерах, в то время как в рядах V и V I (пунктир на рис. 4.6) повышенное число толчков наблюдается в пяти-восьми камерах. Из рис. 4.6 можно сделать вывод, что около 15% всех толчков, зарегистрированных в каме­ рах рядов I I I — I V , вызывается электронно-фотонной компонентой, приходящей из воздуха. Для рядов V и V I эта величина вдвое больше. Поэтому в дальнейшем для определения спектра толч-

ков, вызванных адронами, будут использоваться толчки, заре­ гистрированные только в рядах I I I — I V ионизационных камер.

Для построения спектра ионизационных толчков, зарегистри­ рованных всей площадью установки, величина ионизационного

ограничиться только значениями у — 1 от 1,50 до 1,67 и взять средневзвешенное из результатов измерений разных авторов [16, 56—59], то мы получим {у — 1> = 1,62 ± 0,04. Различие в у — 1 между 1,62 и 1,40 составляет Ау = 0,22 ± 0,07, т. е. примерно в три раза превосходит статистическую ошибку измерений. Сле­ довательно, разница обусловлена методическими эффектами.

Основным методическим эффектом является падение на уста­

созданных в одном детекторе большой площади (10 м2), тогда ионизация, созданная группой частиц, приписывается как бы од­ ной частице. Естественно, что такой спектр не соответствует спек­ тру ионизационных толчков, которые создают отдельные адроны (только такой спектр толчков можно было бы отождествлять с энергетическим спектром адронов).

Для того чтобы в какой-то степени выделить толчки от от­ дельных частиц, одновременно падающих на установку, экспери­ ментальные данные были обработаны следующим образом. В зна­ чительном числе случаев распределение ионизации по камерам в «структурных» толчках таково, что можно определить ионизацию в каждой из отдельных «структурпых» единиц, т. е. величины толчков от отдельных адронов. Если предположить, что аппара­ тура позволяет пространственно разделять все частицы, падаю­ щие на установку, то после разбиения «структурных» толчков на толчки от отдельных частиц мы получили бы истинный спектр толч­ ков, адекватный спектру адронов.

Полученный после такой обработки интегральный спектр толч­

столбец). Поскольку выделить толчки от отдельных адронов в «структурных» толчках можно только в том случае, если рас­ стояние между частицами превышает 30—40 см (иногда и боль­ ше), проведенная обработка экспериментальных данных экви­ валентна регистрации толчков установкой с размерами порядка 40 X 330 см2 т 1 м2. Как видно из табл. 4.4, показатель степени в этом случае больше, чем показатель спектра при регистрации толчков всей площадью установки (10 м2), причем это различие выходит за пределы статистических ошибок.

В то же время из приведенных в табл. 4.2 данных следует, что чем выше энергия частиц (чем больше величины создаваемых ими толчков), тем, в среднем, на меньшем расстоянии друг от друга идут эти частицы в «структурных» толчках. Так, измеренное сред­ нее расстояние между частицами наиболее высокой энергии в «структурных» толчках величиной ~ 104 частиц составляет 40— 50 см. Действительное расстояние между этими частицами меньше измеренного, так как минимальное измеримое расстояние в при-

мененной установке порядка 20—30 см. Частицы, идущие на расстоянии менее 20 см друг от друга, установка вообще разделить не может. Поэтому не исключено, что некоторые «структуры» в структурных толчках и, возможно, некоторые толчки, вошедшие в категорию одиночных, вызываются не одной, а несколькими час­ тицами, идущими на расстояниях друг от друга меньше 20—30 см.

Для того чтобы улучшить разрешающую способность аппара­ туры и, следовательно, уменьшить вероятность регистрации групп частиц, были построены спектры толчков, зарегистрированных отдельными камерами с размерами 10 х 330 см2 каждая. Для увеличения точности полученные данные были затем просумми­ рованы по всем камерам данного ряда. Результаты такой обра­

площадью установки.

Как следует из табл. 4.4, вид спектра толчков существенно зависит от площади измеряющей аппаратуры, от ее способности пространственно разделять отдельные частицы в группах. Чтобы проверить этот вывод, были обработаны аналогичным образом экспериментальные результаты, полученные на установке пло­ щадью 0,6 мг [16] (рис. 4.3). Спектр толчков, регистрируемых всей площадью этой установки, а также спектр толчков, заре­ гистрированных в отдельных камерах, также приведены на рис. 4.7 (кривые а' и <?'). При построении спектров числа толчков оди­ наковой величины, зарегистрированных обоими рядами камер, формально складывались її результат делился на 2. Как видно из рис. 4.7, в этом случае спектры толчков, полученные в резуль­ тате различной обработки, существенно отличаются друг от друга. Если спектр толчков, регистрируемых всей площадью установки (0,6 м2), имеет показатель у — 1 = 1,58 ± 0,12, то спектр толч­ ков, регистрируемых отдельными камерами диаметром 4 см, ха­ рактеризуется показателем 7 — 1 = 1,85 + 0,13.

Таким образом, при достаточно больших размерах детекторов ионизации отличие спектра толчков от спектра отдельных частиц может быть очень велико. Отметим, что все эти данные о спектрах толчков, регистрируемых установками разной площади, получены лри работе одной и той же установки и отличаются лишь способом обработки экспериментальных данных. Конфигурация установки, система отбора событий, время работы, высота уровня наблюде­ ния, наконец, неконтролируемые изменения параметров установки (если они существовали) во всех случаях были одинаковые.

Вернемся к табл. 4.3, где в последнем столбце приведены пло­ щади установок, применявшихся в соответствующих работах. Обращает на себя внимание тот факт, что с увеличением площади установки уменьшается значение показателя у — 1, в то время как результаты, полученные на установках примерно одинаковой

площади, находятся в удовлетворительном согласии друг с дру­ гом. Поэтому данные, приведенные в табл. 4.3, можно рассмат­

вероятность падения на ионизационную камеру групп адронов. Это приводит к тому, что величина ионизационного толчка явля­ ется мерой энергии группы частиц, а не отдельной частицы. Естественно, что при таких условиях спектр толчков не соответст­ вует энергетическому спектру адронов на данном уровне наблю­ дения. При этом влияпие групп частиц на вид спектра регистри­ руемых ионизационных толчков существенно зависит от разме­ ров регистрирующей аппаратуры, а при данной аппаратуре — от плотности атмосферы, т. е. от высоты уровня наблюдения. Имен­ но поэтому следует ожидать, что спектры толчков, измеренные в работах [51, 16, 56—59], где не было учтено групповое падение частиц, не соответствуют спектру адронов на высотах гор.

Из всего сказанного следует, что для правильного измерения энергетического спектра адронов в области высоких энергий при помощи ионизационных камер необходимо применять установки с детекторами ионизации малых размеров, так как при этом умень­ шается вероятность одновременного падения на один детектор нескольких частиц и спектр измеряемых толчков приближается к энергетическому спектру адронов. По этой причине спектр толч­

Зависимость показателя спектра толчков от площади аппаратуры в принципе может вызываться и какими-либо другими методичес­ кими эффектами. Например, при увеличении энергии каскада может сильно меняться угловое распределение ливневых частиц, выходящих из фильтра. В этом случае распределение ионизации по камерам будет зависеть от величины толчка и спектр толчков по отдельным камерам может отличаться от спектра на всей пло­ щади установки. В частности, такое различие должно прояв­ ляться и при регистрации одиночных частиц.

Чтобы убедиться в отсутствии подобных методических эффек­ тов, был проведен следующий анализ. Для одиночных толчков были построены спектры толчков в отдельных камерах и на всей площади установки. Они приведены на рис. 4.8. Спектры имеют одинаковый вид, их показатели у — 1 в пределах ошибок ( + 0,1) совпадают. Отсюда следует, что при регистрации толчков отдель­ ной камерой получается такой же спектр, какой был бы получен при измерении всей ионизации, созданной каскадом.