Файл: Григоров, Н. Л.pdf

Глава VI

«Молодые» атмосферные ливни

Экспериментальные данные, полученные методом контролируе­ мых фотоэмульсий, показали, что при энергиях <—- 5 - Ю 1 2 эв с ве­ роятностью — 1 0 % нуклоны в результате взаимодействия более половины своей энергии передают я°-мезонам. Возникает естест­ венный вопрос: сохраняется ли такой механизм взаимодействия нуклонов с легкими ядрами и при более высоких энергиях? В пер­ вую очередь представляет интерес диапазон энергий 101 3 — 101 4 эв, так как он является переходным от области высоких энергий к сверхвысоким энергиям, ответственным за образование широких атмосферных ливней.

Из-за малой интенсивности частиц с энергией свыше 101 3 эв регистрировать их прямыми, визуальными методами (например, методом контролируемых ядерных фотоэмульсий) в глубине ат­ мосферы практически невозможно. Авторами был предложен следующий метод изучения взаимодействий частиц с энергиями ^ 101 3 эв [85]. Если взаимодействия происходят достаточно близко над установкой, то возникающие в результате взаимодействия электромагнитные каскады не успеют развиться и будут иметь ма­ лые поперечные размеры. При этом все ливневые частицы высокой энергии будут падать на установку и энергию всего каскада мож­ но определить по показаниям ионизационных камер, расположен­ ных под свинцовым фильтром. Если ниже поместить ионизацион­ ный калориметр или установку для регистрации ионизационных толчков, то можно измерить суммарную энергию адронов, остав­ шихся после взаимодействия. Таким образом, появляется возмож­ ность оценить долю энергии, которую нуклоны высокой энергии передают в результате взаимодействия в мягкую компоненту, т. е. величину Кло.

Предложенный метод позволяет существенно повысить (по сравнению с методом контролируемых фотоэмульсий) наблюдае­ мую частоту событий с большой передачей энергии я°-мезонам. Из последующего будет видно, что отобранные события происходят в слое воздуха толщиной ~ 100 г/см2. Это впять раз больше тол­ щины графитовой мишени, примененной в методе контролируемых фотоэмульсий. Только за счет этого частота событий с большой передачей энергии я°-мезонам возрастает примерно в 5 раз. Кроме то­ го, взаимодействия будут происходить на высоте — ХВз над установ-

кой, где поток нуклонов в 2—3 раза больше, чем на уровне наблю­ дения. В результате частота отбираемых событий возрастет в 10—15 раз по сравнению с частотой таких же событий, зарегистри­ рованных методом контролируемых фотоэмульсий.

Рассматриваемый метод — это, в принципе, метод регистрации ионизационных толчков, с той разницей, что изучаемые взаимо­ действия происходят не в фильтрах установки, а в слое воздуха над ней. Толщина этого слоя достаточно велика (2—3 каскадные единицы), поэтому уже в нем (в атмосфере) начинает развиваться электромагнитный ливень. Хотя на ранних стадиях развития он характеризуется резкой пространственной концентрацией энер­ гии, но из-за малой плотности воздуха ливень все же имеет по­ перечные размеры, измеряемые десятками сантиметров. Поэтому, отбирая атмосферные лнвни с большой пространственной концент­ рацией потока энергии, мы будем регистрировать ливни, находя­ щиеся на ранней стадии своего развития, с малым значением воз­ растного параметра s («молодые» атмосферные ливни, м.а.л.).

Некоторой вариацией этого метода являются работы японской группы, применяющей для изучения «молодых» электронно-фотон­

Первые измерения, в которых регистрировались взаимодейст­ вия адропов с энергиями i>10 1 2 эв с ядрами атомов воздуха, были проведены в 1959 г. на уровне моря (в Москве) [85]. Использован­ ная установка, схема которой приведена на рис. 6.1, состояла нз

Рис. 6.1. Схема установки, работавшей на уровне моря [85].

четырех рядов импульсных ионизационных камер, расположен­ ных во взаимно перпендикулярных направлениях. В каждом ря­ ду находилось 33 камеры длиной 330 см и диаметром 10 см. Полез­ ная площадь установки составляла 10 м2. Каждая из 132 камер была соединена со своим усилителем, измеряющим импульсы в 300—400-кратном диапазоне амплитуд. Регистрация импульсов в камерах происходила каждый раз, когда в любых двух или бо­ лее рядах камер величина ионизации превышала заданную вели­ чину. Часть времени установка работала с годоскопом из 250 счет­ чиков, расположенных на разных расстояниях от установки.

Во время работы установки в I и I I рядах камер наблюдались ионизационные толчки, при которых почти вся ионизация была со­ средоточена в круге радиусом -г 20 см. При последующей обра­ ботке были отобраны случаи, когда больше 60% всей ионизации

абсцисс — номер камеры данного ряда, по оси ординат — величина иониза ­ ции, выраженная в числе частиц.

было сосредоточено не более чем в четырех камерах (в круге радиу­ сом 20 см), а величина суммарного по ряду ионизационного толч­ ка превышала 1,5-10'* частиц. Распределение ионизации в одном из таких толчков приведено на рис. 6.2. За 1900 часов работы уста­ новки было зарегистрировано 52 таких случая.

Анализ переходной кривой, созданной частицами электронно-

Регистрация молодых ливней на высотах гор проводилась при помощи установки с рабочей площадью 10 м2, которая содержала шесть рядов ионизационных камер и комбинированные фильтры из свинца и графита (рис. 4.5, стр. 99). В течение некоторого вре­ мени совместно с установкой работали счетчики, включенные в

мосферном ливне, падающем на установку, если Nn было заключе­

1^37000

1,-31000

6000

Рис. 6.3. Пример молодого ливия, зарегистрированного на высоте гор . 1% — ионизация, просуммированная по всем камерам г'-го ряда. т=2. Энергия электронно-фотонной компоненты ливня Едф si 4 - Ю 1 2 эв, адронпон к о м п о ­ ненты нет (Еа = 0).

Для выработки управляющего сигнала требовалось, чтобы в ка­

стиц. Из всех случаев срабатывания установки были отобраны та­ кие события, когда в верхнем ряду камер, находящемся под слоем свинца толщиной 3 см, суммарная ионизация превышала 1,5 X X Ю 4 частиц и не менее 60% ионизации было сосредоточено в т ка­ мерах. Величина т могла принимать любые значения от 1 до 6. Примеры отобранных событий приведены на рис. 6.3 и 6.4. Как вид­ но из рисунков, отбираемые случаи характеризуются весьма уз­ ким пространственным распределением потока энергии электрон­ но-фотонной компоненты. Всего было зарегистрировано около трехсот таких ливней.