Файл: Григоров, Н. Л.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 125

Скачиваний: 0

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

В этих выражениях

Если измерить интенсивность достаточно больших ионизаци­

онных толчков (Ел<,^> 101 2

эв) на двух уровнях атмосферы х± и х

и знать для этпх

уровней F J

F ^ , то можно определить

величину

ТУ, («ІГ 1 ) .

 

 

 

 

% = -fjT—. v , . — ,

которая

и

будет характеризовать

эффектив-

И N (Ко >N

 

 

 

 

ность пионов по отношению к нуклонам в генерации ионизацион­ ных толчков.

Этот вопрос в последние годы приобрел особый интерес в связи с появившимися в литературе утверждениями В. С. Мурзина и Л. И. Сарычевой о том, что пионы высокой энергии генери­ руют ионизационные толчки во много раз эффективней, чем нук­

лоны

 

[11]. Так,

в

книге цитируемых

авторов

для

двух

высот

хх =

197 г/см2

и х2 — 700 г/см? приводятся

данные

J

 

= 48,

FN(XJ/FN(X2)

= 94,

Fn(x1)/FN(x1)

=

0,i

и

F„(X2)/FN

(x2)

=

0,3,

из которых следует, что % = 9,2. Даже принимая, что WJWN

= 1

(хотя

возможно,

 

что

W„ / WN <

1),

отсюда

получаем,

что

Это очень большая величина. Если она верна, то из нее следует,

что

^

^

3,

т. е. что пионы с существенно

большей

вероят-

ностью, чем

нуклоны,

передают

большую

часть своей

энергии

я°-мезонам при взаимодействии с легкими ядрами. Это существенное различие во взаимодействиях носит принципиальный характер.

Кроме того, если действительно взаимодействия пионов и нук­ лонов принципиально различны и описываются разными харак­ теристиками, то многие из явлений, наблюдаемых в космических лучах, могут быть отнесены за счет особенностей взаимодействия пионов.

Так, собственно, и поступают авторы работы [11], утверждая, что наблюдаемые при взаимодействиях частиц космических лучей с ядрами большие флуктуации в передачах энергии я°-мезонам вызываются пионами; что за высокоэнергичные у-кваиты в атмос­ фере ответственны пионы высоких энергий.

В связи с важностью этого вопроса необходимо рассмотреть, насколько надежны экспериментальные данные, которыми поль­ зуются авторы [11], и насколько обоснованы их выводы.

Авторы [11] пишут (стр. 325): «В качестве примера рассмотрим работы [412, 440а, б] * ) , выполненные со сходной аппаратурой на

*) См. список литературы в книге [ 1 1 ] . В нашем списке литературы это соответственно работы [ 7 1 , 52, 72, 70] .

глубинах около 200, 300 г/см2 [412] и 700 г/см2 [440а]. Число толч­ ков между 197 г/см2 и 700 г/см2 уменьшается в 48 раз, откуда следует, что пробег поглощения частпц, создающих ливни, равен L = 129!4° г/см2 при Е = 4 - Ю " эв».

Обратимся к первоисточникам. В работе [412] действительно приведен энергетический спектр электромагнитных каскадов, из­

меренный на высотах 197 и 300 г/см2, т. е. эти данные

имеют

от­

ношение к обсуждаемому

вопросу. Работа [440а] была

выполнена

на уровне моря, где давление

1000 г/см2, а не 700 г/см2. В

работах

[4406] вообще не приводятся

данные об ионизационных

толчках

на высотах гор. Поэтому цифра, используемая в обсуждаемой

ра­

боте [11], Пт (197 г-см~2)

I щ

(700 г-слс2 ) = 48, из цитируемых

работ получена быть не может.

 

 

 

Каково же в действительности отношение интенсивности толч­ ков на этих глубинах атмосферы?

К сожалению, в литературе отсутствуют измерения ионизационных толчков, выполненные одной и той же установкой на существенно различающихся глубинах атмосферы. Поэтому при­ ходится сравнивать результаты измерений, проведенных доста­ точно сходными приборами. Такими являются прибор, приме­

ненный в работе

[71], и установка, изображенная

на рис. 4.5.

Спектр каскадов, полученный в работе [71], дает, в

частности,

для Еп» >

101 2 эв на глубине xt

=

197 г/см2:

 

 

 

 

 

п (Епо j > 101 2 эв, Xj) =

5,2

м-2час-1

стер-1.

 

На глубине х2 =

700 г/см2 для таких же каскадов получена ча­

стота (см. рис. 4.12) 5,4'10-2 м-2

час-1,

что

соответствует

п (£„« >

101 2 эв, х2) =

7,7>Ю-2 м-2

час-1

стер-1.

Таким образом, изменение интенсивности

каскадов

между этими

уровнями атмосферы равно 5,2/7,7-Ю-2 т 67.

 

 

 

 

Ранее был получен пробег поглощения нуклонной

компоненты

L N zsz 113 +

3 г/см2. Поэтому Fx

(XJ/FN

(Х2) ^ 85. Следовательно,

1 + 03>t =

~8Т~ =

0»79. Отсюда эффективность пионов по отно­

шению к нуклонам в генерации ионизационных

толчков

 

 

 

 

1,5,

 

 

 

 

 

 

а не 9,2, как было

получено в работе

[11].

 

 

 

 

 

Следовательно,

генерация ионизационных

толчков

пионами

происходит практически так же, как и нуклонами.

Здесь важно подчеркнуть исключительную ненадежность оп­ ределения % из отношения интенсивностей ТОЛЧКОВ П т ^ ) и щ (х2),

измеренных на двух уровнях

хг и х2 двумя разными установками.

Если хх = 200 г/см2, а х2

— 700 г/см2,

то,' обозначив

п т (El)

а — ——л т (хг а ) '•

получим: % =

1

— а

Изменение а от

0,8 до 0,5,

0,3а — 0 , 1

 

 

131

 

5*

т. е. всего в 1,6 раза, изменяет значения % от я=: 1 до 10! Из этого примера видна степень «убедительности» экспериментальных зна­ чений %.

Авторы работы [11] в качестве свидетельства большой роли пио­

нов в генерации электромагнитных

каскадов приводят отношение

Еъ<> I Е0 для разных

высот. Так,

для уровня гор

(х = 700 г/см2)

приводится значение

Е0 I Е^о ~

2 со

ссылкой

на

работу [72],

а для х — 200 г/см2

— значение Е0

/ Е^ = 4,4 +

0,6 [71]. Первое

значение в действительности было получено в работе [63]

путем

экспериментального

сравнения энергии

каскада

и

энергии

пер­

вичной частицы, измеренной ионизационным калориметром на установке, изображенной на рис. 4.13. Оно же получается и из

величины ( « І » 1 ) ,

определяющей интенсивность

ионизационных

толчков. В самом

деле,

 

 

 

 

п, ( >

Яя .)

= WB3F (>

Еко) (ul^)

=

WBBF ( >

Ф ) ,

т. е.

 

 

 

 

 

 

 

 

F{>^f)

= F(>

Е^)<иУ).

 

При спектре

адронов F (>

Е) — А I Е"1'1

получим:

Ранее мы

получили {iCS1}

=

0,21 +

 

0,01 для у — 1 = 1,9,

т. е.

є = 0,44 +

0,01

пли

 

 

 

 

 

 

 

- g - =

- f

= 2 , 3

+

0,1.

 

Что касается

значения

Е0

I Ел°

=

4,4 + 0,6, которым

поль­

зуется 10. А. Смородин в своей работе [71], то нужно иметь в виду, что это значение не экспериментальное, а расчетное: оно полу­ чено из отношения экспериментально измеренной интенсивности каскадов с данной энергией Еп* к интенсивности адронов той же

энергии,

которая в работе [71] вычислялась из неточных

предпо­

сылок — пробег поглощения L n полагался равным

120

г/см2,

а

спектр

первичных

нуклонов принимался в виде F (>

Е)

=

=

500Я"1 '7 (— 0,15 +

2,75£-0 '2 —1,6£-°>4 )

нуклонов/.м2

час-стер.

Прямые

измерения

на ИСЗ

«Протон»

не

подтвердили

этот

гипотетический спектр [68]. Поток всех нуклонов с Е > 101 2

эв со­

ставляет

на границе

атмосферы

320 м-2

час'1

стер"1.

Кроме того,

в

верхней части атмосферы высотная

зависимость

потока

адро­

нов определяется практически только потоком нуклонов, так как доля пионов мала. Поэтому Ьп = 113 г/см2. При использовании правильных значений получим, что поток адронов на высоте

х— 197 г/см2 будет в 1,9 раза меньше, чем принималось в работе

[71]. При у — 1 = 1,7

уменьшение потока адронов в 1,9 раза

при­

ведет к уменьшению є = Ело/Едв 1,47 раза, т. е. для х — 197

г/см2

следует

в

качестве

отношения Е0/ЕЛ°

принять

значение

^ ' ^ - ~ 7 ° ' 6

=

3,0 4-0,4.

Оно отличается от

значения 2,3 +

0,1, по­

лученного на высоте гор, па величину немногим более полутора ошибок, т. е. нет веских оснований говорить о различии этих значений.

5.3. Генерация ^-квантов высокой энергии адронами в атмосфере

Если энергетический спектр нуклонов в области Е ^= 101 2 эв степенной с показателем у, то и спектр пионов с й > 101 2 эв на той же высоте будет степенным, с тем же показателем у. Поэтому, как следует из [72], число -у-квантов с энергией Е, Е + dE, ге­ нерируемых в 1 г/см2 в секунду нуклонами и пионами, будет

IY (Е, x ) d E = ^ dE { - ^ FN (Е, х) < e * - i > w + FN (Е, х) < в * - і > „ } ,

(4.24) где FN И ГЛ — потоки нуклонов и пионов с энергией Е, Е + dE,

7І/v и пл

— среднее число пионов, генерируемых нуклонами и пио­

нами в

одном

взаимодействии

с ядрами

воздуха;

 

 

і

 

 

і

 

 

< в ^ > л г = $ e^-i/w (е) de,

< є ^ > „

=

J

e^U (е) ds,

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

о

 

где /д> (є) и / я

(є) — вероятности

того, что рожденный пион полу­

чает долю є энергии первичной частицы от первичного нуклона или пиона, соответственно.

По ускорительным

данным вплоть до энергии пионов в 60 Гэв

Я,м =

пл

=

п, поэтому выражение

(4.24) можно переписать так:

г

/ р

W

J ?

2S

FN{E,x)dE l

+ X N

F^E.x)

Іч{Е,х)

 

dE =

^r-

XN

К FN(E,x)

, (4-25)

 

 

 

 

3y

< e Y " % J

т. е.

 

Если заряженные пионы генерируют -у-кванты более эффектив­

но,

чем нуклоны, как это считают авторы работы [11], то это при­

ведет к тому, что

< e Y _ 1 > „ / ( є ^ - 1 ) ^ ^ > 1; и несмотря

на то, что

F N

I FN ~

0,3, XN

I Хл т 2 / 3 , тем не менее может оказаться, что

1

іг~ ,

v-i \" ^> 1 • В этом случае отношение I J F N

будет расти

с глубиной атмосферы, или, другими словами, компонента, гене­ рирующая у-кванты высокой энергии, будет поглощаться в атмос­ фере слабее, чем нуклоны высокой энергии.

Посмотрим,' что' дают эксперименты. Мы будем рассматривать частицы с 101 2 эв, так как для нпх спектр пионов должен в ат­ мосфере повторять спектр нуклонов.

В работе [73] собраны имеющиеся в литературе данные о пото­ ках у-квантов высокой энергии ?2V на разных уровнях в атмосфере. Ограничимся результатами, полученными при помощи ядерных фотоэмульсий и рентгеновских пленок, так как они наиболее до­ стоверны. Эти данные приведены в табл. 4.6.

От потоков -у-квантов можно

перейти

к интенсивности их ге­

нерации в 1 г/см2 атмосферы: 1у

= ?г? / С (х), где С (х) — эффек­

тивный слой, из

которого

собираются

у-кванты,

регистрируе­

мые на глубине

атмосферы

х. Если х и Ьа выражать

в лавинных

единицах, то в соответствии с [71]

Значения С (х)

и интенсивность

генерации

для разных

уровней

в

атмосфере

также приведены в табл. 4.6.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица

4.6

х,

г, см*

С (х),

пу О |0«, х),

1у О 10", .t)

F y

(>10'=, х)

J"Y

О10'2 , x)

 

м~2час~ 'cm ер~г

г - 'час - 'стер - 1

 

л1- г час- 'с7пер_ 1

' FN

(>10«, x)

 

 

 

 

 

20

18

 

2,0

 

1 , 1 - Ю " 1

 

 

275

 

4,0 - 10 - '

 

197

76

 

1,8

 

2,4-10-2

 

 

47

 

5,1 - 10 - '

 

310

84

 

7,5-10"1

9,0 - 10 - 3

 

 

17

 

5,3 - 10 - 1

 

536

84

 

8 , 0 - Ю - 3

9,5 - 10 - J

 

 

2,4

 

4,0-10--1

 

735

84

 

1,3-10~2

1,5 -10" J

 

4 , 0 - Ю - і

 

3,8 - 10 - J

1020

84

 

1 , 0 - ю - 3

1,2 - 10 - 5

 

3,2-10-2

 

3 , 8 - Ї О - 1

 

П О Т ОК нуклонов FN с энергией !> 101 2 эв получен из результа­

тов измерений при х =

700 г/см2; при этом пробег поглощения нук-

лоииой компоненты L; v принят равным ИЗ г/см2.

 

 

Из таб­

 

В

последнем

столбце

приведены

значения

Iy/Fx.

 

лицы видно,

что Iy/Fx

»

const,

т. е. компонента,

генерирующая

у-кваиты высокой энергии (Еу

101 2

ЭЙ), имеет

тот

же

пробег

поглощения в атмосфере, что и нуклоны, L y ^

Ь^. Согласно рас­

четам Мурзина и Сарычевой [И ] L v =

130—150 г/см2. Однако если

Ьу

=/= L N , то отношение

Iy/F^

между глубинами хх

и х2

должно

 

 

 

С Х2

Xl I

Lfj \\

 

 

 

 

 

 

 

 

возрасти в exp j — j ;

I I — -j—)> раз. Принимая LJV = ИЗ г/см2,

Смотрите также файлы