ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 130
Скачиваний: 0
завышаем X), получим:
F 2 ( > £ , 0 )
1 + Р ^ ( > г , 0 )
Впервые рассмотренные здесь методы оценки верхней границы Xi n были применены в работе [16]. В этой работе было получено, что у частиц с эпергией Е ~ 101 2 эв
|
|
|
|
|
l f » < 8 4 ^ |
|
г/см2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Следует отметить, что в тот период (1957 г.) нельзя было из |
|||||||||||||||||||
этих значений Хіп сделать вывод о росте |
о1 '1 с |
ростом |
энергии ча |
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
стиц, потому что в литературе в |
|||||||||||||
|
|
1=90 |
г/тг |
качестве Х',п |
принималось |
(как по |
|||||||||||||
|
|
том выяснилось — без |
|
серьезных |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
экспериментальных |
|
основ аний) |
|||||||||||
0,15 |
|
|
|
|
|
значение |
XUl |
= |
70—80 |
г/см2 |
для |
||||||||
|
|
|
|
|
|
частиц космических |
лучей с энер |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
гией |
~ |
101 0 |
эв. |
Только |
после |
||||||||
|
|
|
|
|
|
измерений |
сечения |
|
неупругого |
||||||||||
0,1 |
|
|
|
|
|
взаимодействия протонов с энерги |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
ями в десятки Где с |
ядрами |
|
уг |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
лерода, |
выполненных |
на |
ускори |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
телях [76, 77], было получено |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
надежное |
значение |
а%, = |
221 |
+ |
|||||||||
0,05 у |
|
|
|
|
|
|
7 мбарн. Этому |
значению |
о4 |
||||||||||
|
|
|
|
А,=?5г1смг |
соответствует |
пробег |
в |
углероде |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
Яр1 |
= |
90,5 + |
2 г/см2. Полагая, что |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
a i n |
— _4»/S) в |
пересчете |
на |
воздух |
|||||||||
О |
|
|
|
|
|
получим Явозд = |
96 + |
2 |
г/см2. |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
Сравнивая |
это |
зиачение |
X с |
||||||||||
|
5W- |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
Е;3б |
полученным в работе |
[16], можно |
|||||||||||||
Рис. |
4.24. |
Зависимость |
заметить, что уже |
старые |
данные |
||||||||||||||
давали |
указание |
на |
уменьшение |
||||||||||||||||
|
^од О В Д , ( > * ) |
|
% с |
ростом Е. В настоящее время |
|||||||||||||||
от энергии на высоте х= |
700 |
г/см2. |
имеется |
|
существенно |
|
больший |
||||||||||||
1 — данные работы [87], |
2 — д а н - |
экспериментальный |
материал, |
|
по |
||||||||||||||
пые работы [65], 3 — данные рабо |
зволяющий |
сделать |
определенные |
||||||||||||||||
ты [81], пересчитанные |
к |
х = |
|||||||||||||||||
= |
700 г/см2 |
(см. |
[82]). |
|
выводы. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
Как видно из рис. 4.24, все даи- |
||||||||||||
пые о величине |
Е0ц(Е, |
х) IFa (Е, х), |
приведенные к одной глубине |
||||||||||||||||
атмосферы х (700 г/см2), |
хорошо согласуются друг с |
другом. |
|
|
|||||||||||||||
На том же рисунке пунктирными линиями приведены рассчи |
|||||||||||||||||||
танные значения Еоя/Еа |
для высоты, |
где х = |
700 г/см2, при про |
||||||||||||||||
беге поглощения L n = |
110 г/см2 и |
различных |
значениях |
пробега |
|||||||||||||||
взаимодействия X. При этом расчете предполагалось, что все ре |
|||||||||||||||||||
гистрируемые одиночные частицы — протоны первичных |
косми |
||||||||||||||||||
ческих |
лучей, |
«проскочившие» |
атмосферу |
без |
взаимодействия. |
||||||||||||||
|
Экспериментальные |
данные |
о величине |
F0R/Fa |
указывают |
||||||
на уменьшение |
этого |
отношения с ростом Е. |
Эта зависимость до- |
||||||||
ли |
одиночных |
частиц |
в потоке адронов прежде всего отражает |
||||||||
тот |
простой факт, что с |
ростом |
|
|
|
||||||
энергии |
регистрируемой части |
|
|
|
|||||||
цы, в случае ее взаимодействия |
|
|
|
||||||||
в атмосфере |
над |
установкой, |
|
|
|
||||||
порожденный ею ливень вторич |
|
|
|
||||||||
ных частиц будет более мощ |
|
|
|
||||||||
ным, чем при меньшей энергии, |
/оsi |
|
|
||||||||
и с |
большей вероятностью |
бу |
|
|
|||||||
дет |
зарегистрирован |
установ |
|
|
|
||||||
кой. Т. |
е. с ростом Е в |
потоке |
|
|
|
||||||
F0K |
в с е меньшую долю будут со |
/О1 |
|
|
|||||||
ставлять |
|
вторичные |
частицы, |
|
|
||||||
идущие в |
столь слабом |
сопро |
|
I |
Н6В] |
||||||
вождении, |
что они |
регистриру |
|
|
|
||||||
ются как |
одиночные |
частицы, |
|
г |
[S3] |
||||||
и все большую долю |
будут |
со |
|
л [us] |
|||||||
ставлять |
|
протоны |
первичных |
|
|||||||
|
|
ТІЮ |
|||||||||
космических |
лучей, |
|
истинно |
|
|||||||
«проскочившие» всю |
атмосферу |
% 10і |
Л |
|
|||||||
без взаимодействия |
в ней. По |
|
|
||||||||
этому |
наиболее |
правильная |
|
|
|
||||||
оценка А,1п будет при максималь |
|
|
|
||||||||
ных энергиях частиц |
Е, |
достиг |
ю-' |
|
|
||||||
нутых в |
экспериментах. |
|
|
|
|
|
|||||
Как видно |
из |
рис. 4.24, |
Xi n |
лежит между |
75 |
и 80 г/см2 (в |
|
предположении, |
что все |
оди |
|
ночные частицы — заряженные). Однако экспериментальные дан
ные [78] показывают, что |
при |
энергии > 5 • 101 1 эв часть |
оди |
ночных частиц не имеет элек трического заряда. Поэтому есть основания предполагать, что и в области энергии (2—5)-101 2 эв заряженные частицы состав ляют лишь часть потока оди ночных частиц. В этом случае оценка A,in даст еще меньшее значение, чем приведенное на рис. 4.24.
Оценку к и соответственно ст1п можно получить, пользуясь, выражением (4.12), в которое входят абсолютные потоки оди-
\\
10' |
|
т\ \\ |
|
|
|
|
|
\ А |
\\ А = |
|
96фмг |
|
|
V f \ £ |
А-30-*- |
||
10' |
|
|
V|\ /1=80 |
- " - |
|
|
|
|
\ |
|
|
|
|
|
Л=70 |
-«- |
|
10' |
|
Ш3 |
10і |
|
|
10s |
|
|
|||
Рис. |
4.25. |
Интегральные |
спектры |
||
адронов. |
FV Q> Е) — спектры |
п р о |
|||
тонов |
на |
границе |
атмосферы |
[68] . |
|
Пунктир и сплошная линия в верхней части рисунка — соответственно дан ные [79] и [148]. FPO> Е) ё~:оо:Х — спектры одиночных протонов , дошед
ших без |
взаимодействия |
в атмосфе |
|
ре до х = |
700 г/см2, |
при |
разных зна |
|
чениях |
К. |
|
ночных адронов на уровне гор, измеренные ионизационным калори метром, и поток протонов первичных космических лучей. В ка честве спектра первичных протонов примем результаты измерений, выполненных на ИСЗ «Протои-1, 2, 3» [68], и результаты изме рении [79, 148], выполненных с ионизационным калориметром на
баллонах. |
Эти данные изображены |
в |
верхней |
части |
рис. 4.25. |
|||||
Из рисунка видно, что вплоть до энергий 2 - Ю 1 2 |
эв (максимальная |
|||||||||
энергия протонов, зарегистрированная |
в работе [148]) потоки, |
|||||||||
6і" |
полученные |
в обоих |
эксперимен |
|||||||
тах на |
баллонах |
[79, |
148] |
и на |
||||||
200 |
ИСЗ «Протон» [68], хорошо |
совпа |
||||||||
дают. Это дает уверенность в том, |
||||||||||
|
||||||||||
|
что вплоть |
до энергий |
первичных |
|||||||
ZOO |
протонов ^ |
2-101 2 |
эв |
(до |
«пере |
|||||
гиба» |
в |
протонном |
спектре |
[68]) |
||||||
|
абсолютный |
поток |
|
протонов пер |
||||||
TOO |
вичных космических |
лучей, |
пред |
|||||||
ставленный |
на |
рис. 4. 5, близок |
||||||||
кистинному.
|
|
|
|
|
|
|
|
|
На рис. 4.25 |
изображены |
ожи |
||||||
|
|
70 |
70г |
|
70J |
|
70* |
даемые |
потоки |
протонов, |
дошед |
||||||
|
|
|
|
ших до высоты 3200 м над уровнем |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Е, |
ГэВ |
|
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
моря без взаимодействия с атом |
||||||||||
Рис. |
4.26. |
Зависимость |
арС |
ш |
ными ядрами атмосферы, при раз |
||||||||||||
эпергип |
протонов; |
О |
— измере |
личных |
значениях |
пробегов |
для |
||||||||||
ния на |
ИСЗ |
«Протон» |
[184], |
х — |
неупругого |
взаимодействия |
К и |
||||||||||
измерения |
на |
ускорителе |
при |
экспериментальные |
данные, |
отно |
|||||||||||
Е = |
21 Гее [ 7 6 ] , А и • |
— |
нижние |
сящиеся к вертикальному |
потоку |
||||||||||||
|
границы a' |
|
|
[194]. |
|
всех |
одиночных |
адронов |
(заря |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
женных и |
нейтральных) |
(пункти |
||||||
ром |
показаны |
ожидаемые потоки протонов, если |
бы спектр пер |
||||||||||||||
вичных протонов |
не испытывал «излома» при энергии Е ~ |
101 2 эв). |
|||||||||||||||
Из рисунка видно, что при |
энергии Е^2-1012 |
|
эв, |
т. е. |
там, |
||||||||||||
где еще поток первичных протонов известен |
с |
достаточно |
хо |
||||||||||||||
рошей |
точностью, |
экспериментальные |
|
данные |
соответствуют |
||||||||||||
Xі " = |
8 0 + 4 |
г/см2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Аналогичные |
оценки |
могут |
быть |
получены из измерения по |
|||||||||||||
тока одиночных адронов на высоте 3860 м [65]. |
|
|
|
|
|
||||||||||||
Прямые |
измерения |
crjj*, взаимодействия протонов с ядрами |
ато |
||||||||||||||
мов углерода в широком энергетическом интервале от ускоритель ных энергий до ~ 103 Гэв были выполнены на ИСЗ «Протон» [184]. Результаты этих измерений приведены на рис. 4.26. Из рисунка видно, что ajn, возрастает на 2 0 + 5 % в интервале 2 0 ^ £ ^ 1 0 3 Г э в *).
*) Недавно |
иа встречных пучках в ЦЕРНе |
было получено подтвержде |
ние роста a l n с |
ростом Е в области 20-^.1500 Гае |
[195]. |
На том же рисунке приведены оценки |
о^с, полученные выше |
из измерений потоков одиночных нуклонов |
и протонов первичных |
космических лучей. Видно что эти оценки близки к результатам прямых измерений. (Сечения взаимодействия с атомными ядрами воздуха были пересчитаны к ядрам углерода в предположении, что a l n ~ А!'>.)
Во всех проведенных рассуждениях об одиночных частицах весьма важным является вопрос методического характера: не уменьшается ли поток одиночных частиц за счет «обратного тока» частиц из установки. Нам представляется, что против этого пред
положения можно привести следующие аргументы. |
Во-первых, |
|
разные установки |
дают одно и то же значение a i n (см. рис. 4.24, |
|
4.25). Во-вторых, в установке, примененной в наших |
эксперимен |
|
тах на г. Арагац, |
ионизационный калориметр был |
отделен от |
счетчиков толстым слоем графита в 60 г/см2, а с боковых сторон имелся деревянный настил толщиной в несколько г/см2, который должен был поглощать электроны с энергиями в несколько Мэв, способные сильно рассеиваться на предметах, окружающих иони
зационный |
калориметр. |
|
|
|
|
|
Однако |
прямых экспериментальных |
доказательств |
отсутствия |
|||
влияния обратного тока па резз^льтаты измерения Е0ц до сих |
пор |
|||||
нет. Поэтому решающее слово в вопросе о зависимости |
о і п |
от Е |
||||
по-прежнему остается за непосредственными измерениями |
ai n . |
|||||
£ 7. |
Прохождение |
нуклонов |
высокой |
энергии |
||
|
через |
атмосферу |
|
|
|
|
Для проверки той или иной гипотезы о характеристиках вза имодействия нуклонов космических лучей широкое распростра нение после первой работы Г. Т. Зацепина [46] получил метод рас чета прохождения нуклонов через атмосферу и последующего сравнения результата расчета с экспериментальными данными.
Как |
известно, |
уравнение, |
определяющее |
спектр нуклонов |
||||||||
F (Е, х) dE |
на |
глубине |
атмосферы |
х г/см2, имеет |
вид |
|
||||||
|
dF (Е, х) |
_ |
_ F (Е, х) |
оо |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
(4.1) |
|||||
|
|
дх |
~~ |
% (Е) |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Возможность обсуждаемой проверки заключена в том, что в |
||||||||||||
уравнение |
(4.1) входят |
основные |
параметры |
|
взаимодействия: |
|||||||
% и W. |
В |
соответствии |
с проверяемой гипотезой задается вид |
|||||||||
W (Е', |
Е) и К (Е) и ищется решение уравнения, |
удовлетворяющее |
||||||||||
граничному |
условию, чтобы при х — 0 |
F (Е, х = |
0) |
соответство |
||||||||
вало спектру первичных частиц космических лучей. |
При |
реше |
||||||||||
нии уравнения |
традиционным |
стало |
считать, |
что |
X — const, а |
|||||||
W (Е', Е) dE = |
W (-яА 1=гг • Первичный спектр задается либо |
чисто |
||||||||||