Файл: Григоров, Н. Л.pdf

Скачать файл
Заказать решение

ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 114

Скачиваний: 0

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

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 6.1

 

Е о ф,

 

Е0,

Число

 

Bj, І01 2 за

 

S E i ,

^•t max

 

1012 за

10" за

10,! за

ство­

 

 

 

Е„

 

лов

 

 

 

 

 

 

 

1

1,5

0,05

1,55

3

0,42;

0,28;

0,13

0,83

0,27

2

3,0

1,0

4,00

1

 

 

1,06

 

 

1,06

0,27

3

2,5

0,05

2,55

4

0,56;

0,45;

0,30;

0,23

1,51

0,22

4

2,1

0,38

2,48

2

1,54;

0,37

 

1,91

0,62

5

1,9

0,25

2,15

1

 

 

0,13

 

 

0,13

0,06

6

4,2

0,21

4,41

2

 

0,66;

0,59

 

1,25

0,15

7

1,5

0

1,5

1

 

 

0,32

 

 

0,32

0,21

8

0,8

0,18

0,98

3

0,21;

0,17;

0,10

0,48

0,21

9

1,4

0,23

1,63

2

 

0,35;

0,33

 

0,60

0,22

10

1,6

0,05

1,65

1

 

 

0,30

 

 

0,30

0,18

11

1,8

0

1,80

2

 

0,40;

0,34

 

0,74

0,22

12

і А

1,40

2,80

3

0,65;

0,50;

0,22

1,37

0,23

13

1,5

1,80

3,30

1

 

 

0,54

 

 

0,54

0,16

14

1,1

2,0

3,10

2

 

0,23;

0,22

 

0,45

0,07

15

5,5

0

5,50

7

0,13;

0,21;

0,45;

0,12;

1,69

0,08

 

 

 

 

 

0,20;

0,33;

0,25

 

 

16

2,3

0

2,30

4

0,47;

0,30;

0,71;

0,17

1,65

0,31

17

2,1

1,0

3,10

1

 

 

0,18

 

 

0,18

0,06

18

1,7

0,14

1,84

3

0,13;

0,13;

0,08

0,34

0,07

19

1,7

0,64

2,34

3

0,44;

0,77;

0,50

1,21

0,21

А-л „> = 0,82+0,05; < ^ - ^ ) > - 0 , 4 4 + 0,06; <( у а * ) > = 0,20+0,03 .

чение / -г.— ) =

0 , 4 4 + 0 , 0 6 , т. е.

энергия электронно-фотон-

ной компоненты

м.а.л., измеренная

в фотоэмульсиях, примерно

в два раза меньше энергии электронно-фотонной компоненты, из­ меренной с помощью ионизационных камер. Это можно объяснить тем, что на пути от места зарождения до установки ливень разви­ вается, часть его энергии переходит в у-кванты и электроны срав­ нительно малой энергии и энергия некоторых стволов будет мень­ ше порога регистрации электронно-фотонных каскадов в ядерной фотоэмульсии ( — 5 - Ю 1 0 эв).

Из таблицы видно, что результаты, полученные при помощи фотоэмульсий, качественно согласуются с выводами, сделанными при изучении м.а.л. ионизационными методами. Действительно, наблюдаются каскады от двух-трех энергичных у-квантов, кото­ рые уносят значительную часть (в среднем — 1/3) энергии первич­ ной частицы, причем энергии этих у-квантов сравнимы между собой.

Вкаждом из ливней был выбран наиболее энергичный у-квант

ивычислено среднее отношение энергии этого у-кванта к энергии

первичной частицы. Это

отношение

равно

< (Е^тах^о))

=

0,20+

± 0,03. Следовательно,

отношение

энергии

наиболее

энергичного

л°-мезона к энергии первичной частицы равно 0,27.

 

 

Обращает на себя внимание то, что суммарная энергия

адрон-

ной компоненты, измеренной ионизационным калориметром, со­

ставляет в среднем — 20%

энер­

 

 

гии первичного

адрона,

вызвав­

 

 

шего

молодой

атмосферный

ли­

 

 

вень.

Ранее

такой же

результат

 

 

был получен на установке, изо­

 

 

браженной на рис. 4.5 [124].

 

 

 

В

принципе

малая

величина

 

 

•(Еа/Еъф}

могла бы быть следствием

 

 

прохождения

адронов

молодого

 

 

атмосферного ливня мимо установ­

 

 

ки. Однако специальное

изучение

 

 

этого вопроса, а именно, зависи­

 

 

мости (Еа/ЕЭфУ

от величины

т,

 

6 т

опровергает эту

гипотезу.

 

 

 

На

рис.

6.6 показана

зави­

Рис. 6.6. Зависимость

среднего

симость

от

т отношения

суммы

значения величииы(/3 1 4 -{-

1ъ,ъ)111Л

ионизации

в

камерах

рядов

от т.

 

3, 4 и

5,

6

к ионизации

в

рядах

 

 

.1, 2

установки,

изображенной

на

рис

4.5. Это

отношение

 

 

 

 

•Еа-

 

 

 

 

' 1 . 2

\

w

 

 

Рисунок показывает, что с ростом

т наблюдается скорее рост от­

ношения Еа/ЕЭф,

нежели падение,

которого

следовало

бы ожи­

дать,

если бы существенная доля энергии

адронов

проходила

мимо установки. Из этих результатов следует, что в адронах, про­ ходящих мимо установки, заключена малая доля энергии от той, которая регистрируется установкой. К такому же выводу приво­

дит и

наблюдаемая экспериментально независимость < ( / 3 ] 4 +

+ / 5 > 6

)/І1 і 2 > от энергии м.а.л. [124].

Итак, в результате проведенного анализа можно сделать сле­ дующие основные выводы. Изучение молодых атмосферных лив­ ней как ионизационным методом, так и методом контролируемых ядерных фотоэмульсий показало, что:

1) Во взаимодействиях, ответственных за образование м.а.л., л°-мезоны получают в среднем 0,6—0,8 энергии первичного нук­

лона (К*, «

0,6—0,8).

 

 

 

 

2) Около

1/3 энергии

первичного

нуклона

уносят несколько

(2—3) у-квантов высокой

энергии (Еу

^

101 1

эв).

3) Один

я°-мезон при

этом получает

в среднем не менее 0,25

энергии нуклона.

4) Вероятность процессов с перечисленными выше характери­ стиками составляет 0,1 ^ W ^ 0,3.

Все эти характеристики практически совпадают с темп, кото­ рые наблюдались при регистрации ионизационных толчков мето­ дом контролируемых фотоэмульсий. Отсюда можно заключить, что в основе образования больших ионизационных толчков и мо­ лодых атмосферных ливней лежит один и тот же физический про­ цесс. Следовательно, обнаруженные при помощи метода контро­ лируемых фотоэмульсий взаимодействия нуклонов с легкими яд­ рами, характеризующиеся большой передачей энергии малому числу л°-мезонов, существуют во всем диапазоне энергий от 101 2 до — 3 - Ю 1 3 эв. При этом не исключено, что они реализуются ипрп более высоких энергиях.

 

Глава

V I I

Генерация

пионов

высокой энергии

в

космических лучах

§ 1. Основные

характерстики

генерации

пионов

высокой

энергии

 

При изучении механизма образования ионизационных толчков и молодых атмосферных ливней было получено указание на суще­ ствование взаимодействий адронов с энергией J ^ I O 1 2 эв с легкими ядрами, характеризующихся большой передачей энергии в элект­

ронно-фотонную

компоненту

(Кпч >

0,5) (гл. IV., V I ) . Примене­

ние метода контролируемых фотоэмульсий не

только подтвердило

этот вывод, но и позволило детально

изучить

характеристики вза­

имодействий с

КПч > 0,5

(гл. V ) .

 

 

Методом контролируемых фотоэмульсий изучались взаимодей­ ствия адронов в тонком графитовом фильтре (-< 0,25 А в з ), что по­ зволило исследовать характеристики элементарного акта взаимо­ действия. Энергия отдельных у-квантов, родившихся во взаимо­ действии, определялась по фотоэмульсиям. Вторичные взаимодей­ ствия, которые происходили в свинцовых фильтрах, служащих для развития электронно-фотонных каскадов, легко отделялись и не учитывались при определении суммарной энергии, переданной при взаимодействии я°-мезонам. Ядерные расщепления, происхо­ дившие в свинцовом фильтре, в этих опытах также не влияли на измерение величины Кпо в индивидуальном событии. Поэтому экс­ периментальные данные о величине Кп« в опытах с контролируе­ мыми ядерными фотоэмульсиями не требуют введения поправок па указанные методические эффекты.

Этими опытами установлено, что существуют взаимодействия высокоэнергичных адронов с легкими ядрами, основные характе­ ристики которых существенно отличаются от средних. В таких взаимодействиях более половины энергии первичного нуклона Е0 передается двум-трем я°-мезонам, причем один из них получает в среднем 30—40% от Е0. Вероятность этого процесса — 10%, .

Проведенный ранее (гл. I V ) анализ генерации ионизационных толчков и высокоэнергичных у-квантов в атмосфере показал, что с этой точки зрения взаимодействия я-мезонов практически ничем не отличаются от взаимодействий нуклонов. А так как на высотах гор пионы составляют только 20—30% от полного потока адронов, то отсюда следует вывод, что наблюдаемые в нижней части атмо-

7 И. Л. Григоров и др.

193

сферы взаимодействия с Кло^0,5 вызываются в основном нукло­ нами. Этот вывод, как уже отмечалось в гл. V , следует и из изуче­ ния взаимодействий адронов меньших энергий (100—500 Гэв) с легкими ядрами [108, 29, 154, 132]. В большинстве указанных ра­ бот взаимодействия с Кл« > 0,5 вызываются с примерно равной вероятностью как заряженными, так и нейтральными частицами.

Для того чтобы определить истинную вероятность взаимодей­ ствий с Кпо > 0,5, в первичные данные работ [108, 29, 154, 132] нужно ввести поправки, учитывающие переходный эффект, ядер­ ные расщепления и «подпитку» электронно-фотонного каскада, развивающегося в свинцовом фильтре, каскадами от вторичных взаимодействий. Корректно учесть все эти эффекты в каждом инди­ видуальном событии невозможно. Поэтому авторы некоторых ра­ бот (например, [132, 155]) проводят статистическую обработку экспериментального материала, сравнивая измеренное распреде­ ление величин Кл° с результатами расчетов методом Монте-Карло большого числа электронно-ядерных каскадов в калориметре.

Для проведения конкретного расчета необходимо задать конк­ ретные параметры элементарного акта взаимодействия и законы их флуктуации, являющиеся, кстати сказать, предметом исследо­ вания.

То обстоятельство, что при некоторых заданных параметрах

можно получить

совпадение

расчетного

распределения Кл° с экс­

периментальным,

не может

служить доказательством отсутствия

взаимодействий с

большим

значением

Кло. В лучшем случае та­

кой статистический подход может дать сведения о непригодности заложенной в расчет модели взаимодействия, но он не может до­ казать единственность модели, использованной в расчете.

Некоторые авторы, учитывая пределы возможностей статисти­ ческого подхода, хотя и получают расчетное распределение Кп°, согласующееся с экспериментальным (в предположении отсутствия в элементарных взаимодействиях случаев с Кл° > 0,5), тем не менее формулируют результаты такого анализа в виде, не исклю­

чающем

наличия взаимодействий с

Кл« ^> 0,5 с вероятностью

1 0 - 1 5 % [132].

 

 

Естественно задать вопрос: какова роль процессов с большой

долей энергии, передаваемой пионам,

в тех

основных явлениях,

которые

наблюдаются в космических

лучах

при высоких энер­

гиях?

 

 

 

Существование взаимодействий с Кл° ]> 0,5 в сочетании со сте­ пенным характером энергетического спектра высокоэнергичных нуклонов в принципе может привести к тому, что в ряде явлений взаимодействия с большими значениями К„« могут играть значи­ тельную, если не определяющую роль. В то же время известно, что при взаимодействии нуклонов с легкими ядрами основная часть частиц рождается с «мягким» спектром: энергия каждой ча­ стицы не превышает нескольких процентов от энергии первичной частицы, а все они суммарно получают 20—30% от Е0 [4]. Такой

процесс получил название «пионизации». На первый взгляд может казаться естественным, что процесс пионизации, в результате ко­ торого рождается большинство частиц, играет определяющую роль во всех явлениях, связанных с частицами высокой энергии. Поэто­ му, чтобы ответить на поставленный вопрос, необходимо оценить, какую роль играют процесс пионизации и процесс с большой пере­ дачей энергии я°-мезонам (и, возможно, заряженным я-мезонам) в общей картине явлений, связанных в космических лучах с части­ цами высокой энергии.

1.1.Интенсивность генерации пионов высокой энергии

ватмосфере

Определим, какой параметр характеризует частоту генерации

(интенсивность генерации) пионов в атмосфере.

 

 

 

 

 

Генерация п°-мезонов. Число у-квантов с энергией Е,

Е +

dE,

генерируемых в 1 г/см2

в 1 сек в атмосфере на

глубине х

потоком

адронов, идущих

в вертикальном

направлении в

единице

телес­

ного

угла, равно

 

 

 

оо

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Iy{E,x)dE

 

 

= ^'\j^-\

па (-|- , £ 0 )

Fa

( S 0

, х) dE0.

 

 

 

 

 

 

 

 

В 3

О

Е/у

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Здесь

Fa

(Е0,

х)

dE0

— спектр адронов

на глубине

атмосферы

х,

который может быть записан в виде

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Fa (Е0,

х) dE0 =

В dEQ eXIL*

 

Е?

 

 

 

 

 

(х измеряется

в

единицах

пробега

для

взаимодействия

^в3 );

п0(Е,

EQ)dE

— спектр

я°-мезонов, генерируемых

в одном акте

взаимодействия адрона с энергией

Е0.

 

 

 

 

 

 

 

 

Экспериментальные данные, полученные в космических лучах,

указывают на то, что спектр

у-квантов

совпадает со спектром

ад­

ронов в области энергий Е ^

101 2

эв (аналогичная картина

имеет

место

и для спектра

я-мезонов,

восстановленного

по мюонному

спектру

[137]). Это

значит, что эффективная

множественность

я-

мезонов

высокой

энергии, которые в

основном ответственны

за

наблюдаемые спектры у-квантов и мюонов, весьма слабо зависит от энергии первичных частиц Еа по крайней мере в области энер­

гий Е0 ^ 101 2 эв, т. е. вид спектра генерируемых

пионов в первом

приближении не зависит от Е0 в области, где Е/Е0

^ 1.

В соответствии с этим предположим, как это делается в косми­ ческих лучах уже около двадцати лет [156], что спектр вторич­ ных частиц п (Е, Е0) dE, генерируемых во взаимодействии, явля­ ется однородной функцией, т. е. зависит только от отношения Е/Е0. В последнее время на ускорителях было получено под­ тверждение тому, что спектры рождающихся частиц в координа­ тах Е1Еты, где i?max—максимально возможная энергия вторич­ ной частицы, носят универсальный характер.

195

7*

Смотрите также файлы