ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 118

Скачиваний: 0

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

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

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

 

^ 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

=

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±ло

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