ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 119
Скачиваний: 0
где R = |
70 см, р — плотность воздуха, которая па высоте 3200 м |
||
равпа ^ |
0,9- Ю - 3 г/см3, fx |
— средний перпендикулярный импульс |
|
у-квантов, возникающих |
в результате |
ядерных взаимодействий. |
|
В предыдущей главе показано, что /?Yj_ ^ 2-Ю8 эв/с. Поэтому |
|||
|
а-ш а х = |
3,1-Ю-1 0 £ Y |
г/см1. |
Многократное рассеяние дает другую зависимость хта* от Еу. РІспользуя результаты расчетов, приведенные в табл. 6.3, ее мож но представить в виде
Эффективный слой атмосферы, в пределах которого происхо дят взаимодействия, дающие молодые ливни, определяется мень шим из двух значений хтах (значением ХтЯх ИЛИ Жщах)-
В процессе, идущем по средним характеристикам,
|
|
|
|
|
< £ Y > = 3 - * - - |
< „ п + > |
' |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2 < " * о > |
|
|
|
|
|
|||
где |
<?г-о> |
и (п_±у |
— средняя множественность нейтральных |
и за |
||||||||||||
ряженных |
пионов. По большой совокупности экспериментальных |
|||||||||||||||
данных при взаимодействии адронов с энергией Е = |
1 0 й |
— 101 3 эв |
||||||||||||||
с легкими |
ядрами |
<гс_+> ~ |
2 (Е/109)'/'. |
Если молодые |
ливни об |
|||||||||||
разуются |
в |
результате |
одного |
взаимодействия, |
Е = |
Е^/К^о |
||||||||||
и < £ v > ^ |
90 |
|
|
эв. |
При |
К„с = 0,1 имеем кЪ |
= |
0,56 |
и при |
|||||||
Кк> = 0,17 |
К.Ъ = 0 , 6 4 . |
Поэтому |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
< £ V > « 0 , 6 - 9 0 . S & ~ 5 0 |
Е%. |
|
|
|
|
||||||
Подставив это значение в выражения для Хтах |
и z m a x , |
полу |
||||||||||||||
чим, ЧТО х'тах |
= |
Хтах |
При Еоф |
Я= 101 3 |
Эв. |
|
|
|
|
|
||||||
Таким образом, при ЕЭф < |
101 3 |
э в толщина слоя, в котором об |
||||||||||||||
разуются молодые ливни с т ^ |
6, |
определяется углом разлета я°- |
||||||||||||||
мезонов и |
ж ш а х |
л; |
1,5-10~8-2?эф |
»/см". |
|
|
|
|
|
|
||||||
При ЕЭф ^> 101 3 эв толщина слоя определяется |
многократным |
|||||||||||||||
рассеянием и хтах |
= |
70 lg (Еу/1010) |
г/см2. |
|
|
|
|
|
||||||||
Если ограничиться энергиями |
молодых |
ливней |
ЕЭф — 101 2 эв |
|||||||||||||
(Еоф |
< Ю 1 3 |
э в ) , то |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
La |
|
Кз |
0 , 1 - - 0 , 2 < 1 . |
|
|
|
|
||||
При |
этом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
ехтах^п |
~ |
1 |
и |
1 |
е ж тах/'- вз . |
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Кз |
|
|
|
|
Подставляя эти значения в (6.1) и произведя интегрирование, по лучим, что интегральный энергетический спектр молодых ливней
в рассматриваемой модели должен иметь вид:
|
|
|
|
|
N (> £эф) = |
|
<ЯГ> ^ , |
|
|
|
(6.2) |
||||||||
где А/ЕІф1 |
— интегральный спектр |
адронов, хтах |
— |
1,5-10~8ЕІфВ. |
|||||||||||||||
Перейдем к количественным |
оценкам. |
Поток адронов с |
Е |
> |
|||||||||||||||
^> 101 2 эв составляет ^ |
0,7 м-2час~1стер-1. |
|
Показатель интеграль |
||||||||||||||||
ного |
спектра |
в |
области |
энергий — 1 0 1 2 эв у — 1 = 1,9. |
Отсюда |
||||||||||||||
А = |
4,4-102 2 . Если считать, что |
при взаимодействиях, |
описывае |
||||||||||||||||
мых средними характеристиками, Кп« = |
К/3, |
где К — средний коэф |
|||||||||||||||||
фициент |
неупругости, |
то, |
взяв функцию распределения |
величины |
|||||||||||||||
К из |
[4, |
123], получим: <#*19> =2,7 - 10~ 2 . При |
Хт |
= |
83 |
г/см2 |
|
ин |
|||||||||||
тегральный |
спектр молодых ливней будет иметь |
вид: |
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
N ( > £ э ф ) |
= |
2,1 • 10n/E\f |
|
м~2 |
час-1 |
стер-1. |
|
|
|
|||||||
В |
частности, |
частота |
ливней |
с |
Е3ф ;> 1,7-101 2 |
эв |
будет равна- |
||||||||||||
2,1 • 1 0 _ 3 |
м^час-^стер-1, |
|
а при |
<і£> = 0 , 5 |
|
она |
возрастет до |
5,7X |
|||||||||||
Х І 0 - 3 м~гчас'1стр.р''1 |
при |
показателе |
спектра |
у — 1 |
= |
1,15. |
Эк |
||||||||||||
сперимент же дает, что показатель интегрального |
спектра моло |
||||||||||||||||||
дых |
ливней |
с |
т^0> |
у — 1 = |
1,7, |
а |
N |
( > 1 , 7 - 1 0 1 2 |
эв) = |
4,4х. |
|||||||||
Х І 0 - |
2 лГ2 час'1 стер-1 |
(см. табл. |
6.1 и 6.2). |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
Таким образом, предположение о том, что молодые ливни об |
|||||||||||||||||||
разуются |
во |
взаимодействиях со средними |
характеристиками |
и |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
|
1 |
|
|
|
|
средним коэффициентом неупругости {К} = -3--+-— |
і резко про |
||||||||||||||||||
тиворечит |
экспериментальным |
данным |
о |
частоте |
и |
показа |
|||||||||||||
теле энергетического спектра этих ливней. Взаимодействия со средними характеристиками могут дать только 5—10% наблюдае мых молодых ливней.
Наконец, если предположить, что молодые ливни образуются в результате нескольких последовательных взаимодействий адрона в воздухе, то при фиксированном значении ЕЭф это приведет к уменьшению энергии и, соответственно, увеличению потока адро нов, генерирующих ливни. Однако одновременно уменьшаются и значения Еу и ж1Пах- Учет всех факторов приводит к тому, что в ре зультате нескольких последовательных взаимодействий может образовываться примерно столько же ливней, сколько и в резуль тате одного взаимодействия. Следовательно, все взаимодействия со средними характеристиками могут дать около 20% наблюдае мых молодых атмосферных ливней с Е^ф ~~> 1,7-101 2 эв.
Таким образом, проведенный анализ показывает, что большин ство молодых ливней ( ~ 8 0 % ) образуются во взаимодействи ях, существенно отличающихся от средних, типичных взаимо действий.
Какими особенностями должны обладать эти взаимодействия? Во-первых, средняя энергия у-квантов, генерируемых в этих взаимодействиях, должна быть существенно больше, чем в типич-
ных взаимодействиях, чтобы толщина эффективного слоя опреде лялась не углами разлета л°-мезонов в акте их генерации, а кулоновским рассеянием частиц в развивающемся электромагнитном каскаде, т. е. эффективная энергия у-квантов Ev должна быть та кой, ЧТОбы Яшах < Umax- Из ЭТОГО УСЛОВИЯ ДЛЯ ЛИВНЄЙ С / й ^ 6 ПО-
.лучим:
|
70 lg ( # Y / 1 0 " ) < 3 , l - 1 0 - 1 ° - £ .Yi |
|
|
||||
откуда Еу > |
4 - Ю 1 1 |
эв. |
Так как это условие должно выполняться |
||||
и для молодых ливней с ЕЭф т 2 - Ю 1 2 эв, то |
эффективная |
множе |
|||||
ственность |
генерируемых я.°-мезонов |
должна |
быть |
порядка |
|||
<пг Л = 2-Ю12/2Еу |
= |
2 - 10 1 2 /2 - 4 - 10" « |
2,5. |
При |
этом |
<£Y > = |
|
= І8 ф/2<гая „> = 0,2 |
Еэф. |
|
|
|
|
||
Такую большую энергию отдельные я°-мезоны в большинстве взаимодействий не получают. Поэтому нужно предположить, что
взаимодействия, |
ответственные |
за |
генерацию |
м . а . л . , происхо |
|||||||||||||
дят с вероятностью W < 1 и в них суммарная доля энергии, пере |
|||||||||||||||||
даваемая я°-мезонам, равна |
Кло. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
Считая, что |
у = |
2,9, Ьа |
= |
ИЗ |
г/см2, |
Хпз |
= |
83 г/см2, |
<£v> = |
||||||||
- 0,2 Еаф, |
хтах |
= 70 lg (0,2 £э ф /101 ( >) = 30 In ( £ э ф / 5 • 101 0 ), получим: |
|||||||||||||||
с ^ ь п |
= |
( |
Еэф |
f 2 5 |
1 |
|
„ - x m n T / ) . n |
, |
^ |
1 |
( 5 - Ю 1 0 ) 0 - 3 5 |
|
|||||
|
|
|
\ 5 - Ю |
1 0 |
/ |
|
|
|
|
|
|
|
|
£0,35 |
|
||
|
|
|
|
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
|
|
эф |
|
|
Подставляя |
эти |
значения в |
(6.1), |
получим, |
что |
спектр |
молодых |
||||||||||
ливней |
с |
т. <^ 6 |
характеризуется |
показателем |
у — 1 = |
1,65, |
|||||||||||
что близко к экспериментальному значению: |
|
|
|
|
|
||||||||||||
N |
( > |
Д 0 ф ) « |
|
|
|
1 - |
-jszr) |
|
м |
" час 1 |
стер |
Ч |
(6.3) |
||||
|
|
|
|
|
|
^эф |
\ |
|
|
й э ф |
/ |
|
|
|
|
|
|
В частности, |
поток |
м . а . л . |
с Едф |
> 1,7-101 2 |
эв |
|
|
|
|
||||||||
|
N ( > |
1,7 • 101 2 |
эе) ж 5,6 • 1 0 ' W |
> лг 2 |
час'1 с т е р - 1 . |
|
|||||||||||
В то же время из экспериментальных данных |
|
|
|
|
|||||||||||||
|
|
N ( > |
1,7-101 2 эе) = |
4,4 - Ю - 2 м~2 |
|
час-^тер-1. |
|
|
|||||||||
Отсюда |
W(Kb9> |
= 8 - Ю - 2 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Если бы генерация зх°-мезонов шла только через этот гипоте |
|||||||||||||||||
тический |
процесс, |
то |
было |
бы И / < Л Г „ о > < |
|
0,17 |
(так как |
средний |
|||||||||
коэффициент неупругости (К) ^ 0,5 и <і?я о> |
= - д |
(К) |
^ |
0,17). |
|||||||||||||
Поэтому |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Эти оценки показывают, что в генерации м. а. л., по-видимому,
.доминирующими являются взаимодействия, в которых в одном акте я°-мезоиам передается доля анергии, в несколько раз превос ходящая долю, передаваемую им в среднем. Такие взаимодейст вия должны осуществляться со сравнительно небольшой вероят ностью 0 , 0 8 ^ 1 ^ ^ 0 , 3 и характеризоваться большой концент рацией энергии на относительно небольшом числе я°-мезонов [124].
£ 3. |
Изучение |
молодых |
атмосферных |
ливней |
методом |
контролируемых |
ядерных |
фотоэмульсий |
|
В § 2 было показано, что основные характеристики взаимодей ствий первичных адронов, которые приводят к появлению м.а.л., должны обладать следующими особенностями:
1)большая величина суммарной энергии, передаваемой всем я°-мезопам;
2)большая концентрация энергии электронно-фотонной ком поненты м.а.л. на малом числе я.°-мезонов.
Полученный вывод о концентрации значительной доли энер гии м.а.л. на нескольких я°-мезонах был проверен с помощью ^метода сочетания ионизационного калориметра с ядерными фото эмульсиями. Установка состояла из ионизационного калориметра •с площадью 10 м2. Ядерные эмульсии располагались над калори метром под свинцовыми фильтрами толщиной 1, 2 и 3 см. Схема установки такова, как на рис. 2.8 (без мишени над установкой).
Отбор м.а.л. производился по верхнему (I) ряду камер. От
бирались события, в которых |
суммарная ионизация в ряду |
была |
|
/ ^ |
10000 релятивистских |
частиц (т. е. £ Э ф ^ 1 , 0 - 1 0 1 2 |
эв) и |
60% |
ионизации, зарегистрированной на всей площади установки, |
||
было сконцентрировано в одной или двух камерах (т. е. т — 1—2). За 500 часов работы установки было отобрано 26 таких событий. Из них в ядерных фотоэмульсиях было найдено 19.
В табл. 6.4 приведены данные обработки этих 19 ливней. В таблице приводятся: номер случая; энергия электронно-фотонной
компоненты ЕЭф, определенная |
по суммарной ионизации в I или |
|
I I ряду калориметра; энергия |
адронной компоненты Еа, |
опреде |
ленная по калориметру; энергия перьичной частицы Е0 = |
ЕЭф + |
|
+Еа. В таблице приведены также результаты обработки ливней в
фотоэмульсиях: число стволов в ливне; энергия каждого ствола
E t ; |
суммарная энергия всех стволов ливня 2 £ г |
и отношение энер |
гии |
наиболее энергичного у-кванта к энергии |
первичной частицы |
Eymax/Eg. Приведены также средние значения (Кпо}, <Ґ~ЇЇ—\
\ я0 у
Из данных, полученных по фотоэмульсиям, видно, что число стволов, т. е. число зарегистрированных у-квантов в отдельных ливнях, мало: в среднем два-три у-кванта на ливень. Среднее зна-