ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 118
Скачиваний: 0
Ось ливня определялась как место с максимальной величиной ионизации под слоями свинца толщиной 2—3 см. Для дальнейшегоанализа были отобраны лив ни, оси которых находились на расстоянии не менее 20— 30 см от края установки.
Абсолютная частота лив ней v (т), создающих под 3 см свинца суммарную иони зацию свыше 1,5-104 частиц (энергия электронно-фотон
ной |
компоненты, |
упавшей |
||||
на |
установку, |
£Э ф > |
1,7 X |
|||
X 101 2 эв), для т ^ 3 |
и т ^ |
0 |
||||
приведена в табл. 6.1. |
|
|
||||
|
На уровне |
моря |
измере |
|||
ния ливней |
проводились |
на |
||||
аналогичной |
установке |
(см. |
рис. 6.1). Поскольку на уров не моря плотность атмосферы в 1,5 раза больше, чем на вы соте 3200 м, здесь были ото
браны |
ливни |
с |
т ' < 2 і |
т! <1 4. |
Они |
эквивалентны |
|
ливням |
с т < 3 и т < 6 н а |
||
высотах |
гор. |
Абсолютная |
|
частота |
молодых |
ливней |
|
\> (т') |
с энергией |
электрон |
|
но-фотонной |
компоненты |
||
;> 1,7-101 2 эв, |
зарегистриро |
ванных на уровне моря, так же приведена в табл. 6.1.
woooy
3600
3600
If 25000
3600
3BD00Y hr
3600
36,00
lyjWOQO І 3600 - І
|
Как видно из |
этой |
табли |
о |
io |
го зо |
|
о |
/о |
го |
зо |
||||||
цы, при |
переходе |
от |
уровня |
Рис. |
6.4. |
Молодой |
лпвень с |
адрониой: |
|||||||||
моря к высоте 3200 м интен |
компонентой, |
т = |
2, |
Я э ф « 2 . 1 0 » Э в , . |
|||||||||||||
сивность |
отобранных |
ливней |
|
|
Е„ |
ж 2 - 1 0 1 ь |
эв. |
|
|
||||||||
возрастает |
в |
14 — 16 раз, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
т. |
е. |
растет |
с высотой так же, как растет |
интенсивность |
адро- |
||||||||||||
нов |
высокой |
энергии |
космических |
лучей. |
Пробег |
поглощения |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица |
6.1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
т < 3; т' < 2 |
|
т < 6; т' |
|
4 |
||||
v |
(т, |
Н |
= |
3200 |
Л Ь ) , |
ЛЬ~* час-*- |
(16,2 + |
1 , 5 ) . І О ' 3 |
|
( 4 4 |
, 2 + 2 , 7 ) - 1 0 - 3 |
||||||
v |
( т / , |
И |
= |
0 |
.и), ль~г ч а с - 1 |
( 1 1 , 1 + 2 , 5 ) . 1 0 " 4 |
|
( 2 6 |
, 6 + 4 , 3 ) - 1 0 - 4 |
компоненты, генерирующей эти |
ливни, |
L n |
= 112 ± |
10 |
г/см2 |
|||
для |
т < 3 н L n |
= 107 ± |
6 г/см2 |
для т |
6, |
совпадает |
с |
пробе |
гом |
поглощения |
нуклонов |
высокой энергии. |
|
|
|
Взаимодействие частицы в слое свинца над рядом камер I , сопровождающееся передачей электронно-фотонной компоненте энергии Е ^> 1,7-101 2 эв, будет имитировать событие, которое по критериям отбора мы относим к м . а. л. Такие взаимодействия, в принципе, могут вызываться [х-мезонами и адронами высокой
.эпергни.
Тот факт, что частота м. а. л. растет в 14—16 раз от уровня мо ря до уровня гор, показывает, что ц.-мезоиы играют пренебрежимую роль в имитации м. а. л. на высотах гор.
Для того чтобы оцепить имитацию м. а. л. адронами, была рас считана ожидаемая частота толчков величиной !> 1,5-104 , гене рируемых этими частицами под свинцовым фильтром. В основу расчета было заложено распределение событий по величине ия о, измеренное для комбинированного фильтра из свинца и 60 г/см2 графита и приведенное на рис. 4.15. Эффективная энергия рож
дающихся |
у-квантов |
принималась равной 101 1 эв. Энергетичес |
|
кий |
спектр |
адронов |
на высоте гор был взят в соответствии с |
рис. |
4.16. |
|
|
Проведенный расчет показал, что при сделанных предположе ниях взаимодействия адронов в верхнем свинцовом фильтре ус тановки могут имитировать не более 2% наблюдаемых м.а.л. Та ким образом, абсолютно подавляющее большинство отбираемых по указанным критериям событий являются молодыми элект
ронно-фотонными каскадами, |
падающими |
из |
воздуха на |
ус |
||
тановку. |
|
|
|
|
|
|
В табл. 6.2 приведено число зарегистрированных на высоте |
||||||
3200 м ливней с энергией Еэ$ |
больше заданной величины для раз |
|||||
личных значений т. |
|
|
|
|
|
|
Если построить интегральный энергетический спектр ливней, |
||||||
•то оказывается, что |
его можно |
представить в |
виде N (> Е) |
= |
||
|
|
|
|
Таблица 6.2 |
|
|
Е, ЭВ |
т < 3 |
|
7П ^ 4 |
т ^ 6 |
|
|
> 1 , 7 - 1 0 ' 3 |
122 |
|
180 |
|
279 |
|
> 3 , 4 - 1 0 1 2 |
31 |
|
43 |
|
87 |
|
> 9,3-1012 |
16 |
|
22 |
|
46 |
|
6 |
|
8 |
|
21 |
|
|
> 1 , 7 - 1 0 1 3 |
1 |
|
2 |
|
10 |
|
> 3 , 4 - 1 0 « |
0 |
|
1 |
|
4 |
|
т - 1 |
1 , 8 7 + 0 , 1 7 |
2 , 0 0 + 0 , 1 3 |
1 , 6 9 + 0 , 0 8 |
|
= AE-^-V. Значения у— 1 приведены в таблице в последней строке. Характерным для спектра м. а. л. является то, что при высокой пространственной концентрации энергии показатель степени у — 1 близок к показателю степени энергетического спектра адронов высокой энергии, равному та 2,0. С ростом т, т. е. с уменьшением степени пространственной концентрации энергии ливней, пока затель степени энергетического спектра имеет тенденцию умень шаться и при достаточно больших значениях т приближается к по казателю степени энергетического спектра широких атмосферных ливней (ш. а. л.). Это обстоятельство показывает некоторую ус ловность в определении той границы, которая отделяет ш.а.л. от рассматриваемых нами событий. Тем не менее то, что малые зна чения т. соответствуют событиям, существенно отличающимся от ш . а . л . , можно увидеть из данных о мощности ливневого сопро вождения отобранных ливней с различным параметром т.
При оценке числа частиц атмосферного ливня Na принималось, что его ось совпадает с зарегистрированным ливнем, а функция про странственного распределения частиц на расстояниях менее 10 м от оси ливня имеет стандартный вид р (г) = 1,5-10-3 NJr. При этих предположениях по данным годоскопических счетчиков было-
получено, |
что |
7Vn < |
Ю 4 в |
50% |
случаев |
регистрации |
м. а. л. с |
|
т— |
1, в 37% |
случаев при т=2, |
в 30% случаев при т= 3—4 |
|||||
и в |
15% |
случаев при |
т = |
5—6. |
Таким |
образом, чем |
больше т |
(чем шире пространственное распределение потоков энергии элект ронно-фотонной компоненты), тем, в среднем, большим атмосфер ным ливнем сопровождается данный ливень (при фиксированном значении Дэф), т. е. тем больший средний «возраст» имеют регист рируемые ЛИВИИ.
Можно получить информацию о пространственном распределе нии потока энергии электронно-фотонной компоненты отобран ных ливней следующим образом. Отобрав ливни с данным т, принять за 100% суммарную ионизацию / „ , зарегистрированную всеми камерами ряда, находящегося под 3 см свинца. После этого определить долю ионизации, зарегистрированную только цент ральной («осевой») камерой. Далее добавить к центральной каме ре две соседние камеры (слева и справа), четыре соседние камеры и
т.д., и полученный результат усреднить по всем ливням с данным
т.Таким образом мы получим долю энергии молодого ливня III 0 г заключенную в полосе шириной х = 10; 30; 50; 70 и 90 см, по от
ношению к полной |
ионизации, |
зарегистрированной |
|
на площа |
|||||
ди 10 |
м2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Результат такой обработки экспериментальных данных при |
|||||||||
веден |
на рис. 6.5 |
для различных ливней |
(т = |
1—2, |
т = |
3—4 |
|||
и т. = |
5—6). |
|
|
|
|
|
|
|
|
Чтобы от этого «одномерного» распределения ионизации пе |
|||||||||
рейти |
к функции пространственного |
распределения |
потока |
энер |
|||||
гии, предположим, что плотность потока энергии РЕ (Г) |
можно ап |
||||||||
проксимировать функцией типа |
ps = |
А/гп |
при |
г0 < |
г << 2 |
ми. |
р £ = const при г < г0 . В качестве г0 было принято 5 см, в связи с тем, что диаметр камеры равен 10 см. Далее было рассчитано для различных значений ?г распределение ионизации по камерам дли ной 330 см и диаметром 10 см в предположении, что ось ливня па дает па центр установки.
На рис. 6.5 кривые представляют результат такого расчета.
Как следует из рис. 6.5, |
все |
ливни |
|
можно |
хорошо |
описать |
|||||||||
|
функцией |
вида |
рд (7-) = |
|
А/гп |
с |
п = |
3,0 |
|||||||
|
для т = |
1—2, |
|
п = |
2,3 |
для |
т = |
3—4 |
|||||||
|
и |
п = |
1,8 |
для |
|
т = |
5—6. |
|
|
|
|
||||
|
|
В связи |
с |
|
этим |
отметим, "что |
для |
||||||||
|
гя. а. л. и таких же |
расстояний от |
оси |
||||||||||||
|
ливня показатель степепи п имеет |
зна |
|||||||||||||
|
чение zzzl,2 |
[122]. Таким |
образом, |
экс |
|||||||||||
|
периментальные данные |
о |
пространст |
||||||||||||
|
венном распределении потоков |
энергии |
|||||||||||||
|
электронно-фотонной компоненты в ото |
||||||||||||||
|
бранных ливнях указывают на то,что |
||||||||||||||
|
они являются |
достаточно |
молодыми ат |
||||||||||||
|
мосферными |
ливнями. |
|
Поскольку по |
|||||||||||
|
методу отбора ливней мы требуем, чтобы |
||||||||||||||
|
не менее |
60% |
|
ионизации |
содержалось |
||||||||||
|
в |
т камерах, то, зная рд (г), легко опре |
|||||||||||||
|
делить радиус круга R, |
в |
пределах |
ко |
|||||||||||
|
торого |
содержится 60% энергии, попа- |
|||||||||||||
x w |
дающей |
на квадратную |
установку |
пло |
|||||||||||
|
щадью 10 м2. |
|
Для |
т = |
1 R = |
10 |
см, |
||||||||
Рис. 6.S. Пространственное |
|
т |
= З Л » 3 0 |
см, |
для |
т = |
5—6 |
||||||||
распределение потоков эпер - |
n |
_ |
7 0 |
|
|
т |
Р |
R |
~ |
Ют |
см |
|
|
||
п ш в молодых ливнях. |
|
— |
" J |
см, |
т. |
|
е. i t — |
шт |
|
см. |
|
|
Хорошо известно, что степень про странственной концентрации потока энергии в каскадном ливне определяется его «возрастом» —
параметром s. Так как мы знаем функцию пространствен ного распределения потока энергии в м. а. л., то, воспользовав шись расчетами [107], можно получить предельную толщину слоя
|
|
|
|
|
|
Таблица |
6.3 |
|
|
|
m -= і |
|
тп -= 3 |
|
m = 5-6 |
|
|
Е, Эв |
t |
s |
і |
s |
t |
s |
|
'max |
|
|
|
||||||
.3-Ю»0 |
|
|
. . |
— |
0,8 |
0,40 |
|
|
101 1 |
0,5 |
0,23 |
1,1 |
1,8 |
0,45 |
|
7,1 |
|
3 - Ю » |
|
|||||||
1,0 |
0,27 |
2,0 |
0,41 |
2,8 |
0,50 |
|
8,2 |
|
1 0 » |
2,1 |
0,39 |
3,0 |
0,49 |
3,8 |
0,57 |
|
9,4 |
3 - Ю 1 2 |
3,0 |
0,45 |
4,0 |
0,51 |
4,6 |
0,60 |
10,5 |
атмосферы t (в лавинных единицах), в пределах которого ливень,, генерированный у-квантами с энергией е, разовьется настолько^ что в круге радиусом R будет содержаться 60% энергии, падающей на площадь в 10 .м2. Зная t, легко определить возрастной параметр s. Результаты этих расчетов приведены в табл. 6.3. В последнем столбце таблицы приведена толщина слоя атмосферы ґ т а х (в лавин ных единицах), в котором ливень, генерированный у-квантами с
энергией |
є, достигает максимума своего развития. |
Табл. |
6.3 показывает, что выполнение требования т ^ 6 дей |
ствительно приводит к отбору ливней, зарождающихся в слое t—
— 100 г/см2 <^ ^тах с малым значением возрастного параметра s. Указанные в табл. 6.3 значения t и s получены в предположе нии нулевых углов разлета іх°-мезонов в элементарном акте их
генерации. Учет |
конечных |
углов |
разлета |
8 = |
ср±/Ело |
приведет |
||||
к |
уменьшению |
t, |
а следовательно, |
и s (при данной |
энергии |
є).. |
||||
|
§ 2. |
Основные |
особенности |
генерации |
|
|
||||
|
электронно-фотонной |
компоненты |
в |
молодых |
|
|||||
|
|
|
атмосферных |
ливнях |
|
|
|
|
||
|
Высотная зависимость |
интенсивности |
м. а. л. указывает |
на |
||||||
то, |
что они генерируются в атмосфере адронами высокой |
энергии.. |
Наиболее естественным будет предположение, что в основе обра зования м. а. л. лежат типичные взаимодействия, характеризуе
мые средним коэффициентом неупругости <іО, с передачей я°~ мезонам доли энергии, равной <і£я°> = <iO/3.
Так как к м. а. л. мы относим такие ливни, у которых более60% энергии заключено в круге радиусом R ^ 70 см, то это тре бование налагает определенные, весьма жесткие ограничения на
размеры слоя атмосферы хтах, взаимодействие в пределах которого, |
||
может обеспечить наблюдаемую концентрацию энергии. |
|
|
Если |
на уровне наблюдения спектр адронов F (Е) dE |
= |
= BdE • Е~~<, то на слой Ящах падает поток адронов Е~<В • dE • |
eXma*ILn- |
|
В слое хтах |
провзаимодействует из них часть, равная 1 — е - ' Г т а х / ? |
' в з - |
Таким образом, мы будем наблюдать число молодых ливней с энер
гией электронно-фотонной |
компоненты |
ЕЭф, ЕЭф + d-Еэф, |
равное |
N (Езф) dE3$ = |
(KV) e W / |
L N . ( 1 _ e - W * B 3 ) . |
( 6 Л } J |
^эф |
|
|
|
Пусть энергия рождающихся у-квантов Еу, а их множествен ность ( n v > , т. е. Еу = Е3ф/(пуу. Толщина слоя хтах определяется двумя процессами: разлетом я°-мезонов в элементарном акте взаи модействия и многократным рассеянием частиц каскадного ливня.. Первый процесс дает для у-квантов с энергией Еу:
E^Rp |
6,3 - 10 - 2 . Еу |
|
#max = —~ = |
~ |
г/см-, |
Р± Р±
185