Файл: Григоров, Н. Л.pdf

На основе рассматриваемой модели развития ш. а. л. был вы­ числен ряд энергетических характеристик ливней [144]. Большин­ ство из них оказались мало чувствительными к модели развития ш. а. л. Результаты, полученные при расчетах в разных предполо­ жениях о механизме образования ш. а. л. (учет флуктуации мест взаимодействий при средних характеристиках [142], двух-и миогофайербольная модели [152], гидродинамическая модель акта взаимодействия [126], катастрофические взаимодействия), как пра­ вило, дают результаты, отличающиеся не более чем в 1,5—2 раза.

В предположении существования катастрофических взаимодей­ ствий при сверхвысоких энергиях было рассчитано распределение по энергии первичных протонов для ливней с заданным числом ча­ стиц на уровне моря и на высотах гор. На уровне моря наиболее вероятная энергия первичных протонов для ливней с числом ча­

те [142]. Как и при расчетах по другим моделям, оказалось, что распределение первичных протонов по энергиям становится более узким как при увеличении числа частиц в ливне, так и при увели­ чении высоты уровня наблюдения.

Средняя энергия протонов, создающих ливни с числом частиц 105 на уровне моря, оказалась равной 5,0• 101 4 эв. Для таких же ливней на высотах гор (3,2 км) она составляет 1,9 - 10 й эв, т. е. в 2,6 раза меньше. При учете флуктуации числа и мест взаимодей­ ствий при неизмJHHOM акте взаимодействия энергии первичных протонов, создающих ливни с N = 105 на уровне моря и на высо­ тах гор, отличаются в 3,2 раза [142], по двух- и миогофайербольной моделям — в 2,5—3 раза [152], при расчетах по гидродина­ мической модели — в 3,5 раза [126].

Известно, что интенсивность черенковского излучения, со­ провождающего ливень с заданным числом частиц, пропорциональ­ на средней энергии первичных частиц. По имеющимся экспери­ ментальным данным черенковское излучение в ливнях с N > 105 на высоте 3800 м над уровнем моря в 7—10 раз меньше, чем на уровне моря [143]. По этому поводу необходимо заметить следую­ щее. Самое большое отношение энергий первичных протонов для ливней с одинаковым числом частиц для указанных высот полу­ чается в предположении, что ливень развивается вообще без ка­ ких-либо флуктуации. Однако и в этом, заведомо не осуществляю­ щемся, случае отношение средних энергий будет всего 4,7, что в 1,5—2 раза меньше экспериментального результата.

Рассчитанное среднее значение энергии электронно-фотонной компоненты в ливнях с N — 105 частиц на уровне моря составля­

л о

ет 3,6 • 101 3 эв, что в два раза больше экспериментальной величины,

каскадных кривых [146], можно показать, что при энергии первич­

ставляется, что ни одна из рассматриваемых в последнее время моделей развития ш. а. л. (в том числе и учитывающая катастро­ фические потери энергии) не может обеспечить такой малой энер­ гии электронно-фотонной компоненты, какая наблюдается в эксперименте.

Расчет распределения потоков энергии высокоэнергичной адронной компоненты (энергия отдельных адронов более 10 1 1 эв) в ливнях с N = 105 частиц, регистрируемых на уровне моря, пока­ зал, что оно довольно широкое. Энергия адронной компоненты ш. а. л. заключена в пределах от 101 1 до 101 4 эв. Энергия адронной компоненты в ливнях, на развитии которых сказались катастрофи­ ческие взаимодействия с передачей основной доли энергии я°-ме- зонам, составляет по порядку величины 10 1 1 — 10 1 2 эв. В ливнях от катастрофических взаимодействий с передачей энергии заряжен­ ным я-мезонам она порядка 10 1 2 — 10 1 3 эв. Наконец, в ливнях, раз­ вивающихся только от процессов пионизации, энергия, несомая адронной компонентой, ^ 101 3 эв.

Среднее рассчитанное значение потока энергии адронной компо­ ненты Ф а в ливнях с N = 105 частиц, регистрируемых на уровне

= 5 - Ю 1 2 эв.

На рис. 7.5 приведено рассчитанное распределение отношения потоков энергии адронной и электронно-фотонной компонент в ливнях, содержащих 105 частиц на уровне моря. Среднее отноше­ ние энергии адронной и электронно-фотонной компонент в таких ливнях равно 0,21.

Обратимся к экспериментальным данным (табл. 7.3 и 7.4). К сожалению, экспериментальные данные, полученные в разных работах, значительно расходятся. Это в настоящее время не по­ зволяет сделать определенного вывода о роли того или иного процесса в образовании ш. а. л. Результаты, полученные в [126],

в разных работах, приведены в табл. 7.4. Величина <Фя >/<ФП ф>

Таблица 7.4

Отношение потоков энергии адропной и электроппо-фотонпой компонент ш. а. л.

уровнем моря, по модели «ведущей» частицы. При расчетах прини­ мались те же характеристики элементарного акта, которые были использованы в [142]. Отличие от расчетов, проведенных в [142], состояло в том, что мы разбивали атмосферу на т частей равной толщины (т — число столкновений, которые испытала ведущая частица в атмосфере) и считали, что столкновения ведущей части­ цы происходят в середине каждого слоя. Мы убедились, что та­ кое упрощение по сравнению с расчетами [142] не вносит измене­ ний в вид энергетического спектра в интересующей нас области энергии.

Расчеты энергетических спектров ведущих частиц были прове­ дены для трех разных значений коэффициента неупругости К. Поскольку произвольное изменение К при Я&з = 80 г/см2 приво­ дит к существенному изменению высотного хода ш. а. л., измене­ ние К необходимо связать с соответствующим изменением Я„3 . Для этого мы потребовали, чтобы пробег поглощения нуклонов высокой энергии был постоянен и равен 120 г/см2. Такое требова­ ние вне зависимости от модели развития ш. а. л. обеспечивает в первом приближении правильную высотную зависимость ш. а. л . в нижней трети атмосферы. При наложении этого требования спе­ ктры ведущих частиц на уровне наблюдения оказались мало за­ висящими от значения коэффициента неупругости.

Результаты расчетов по модели ведущей частицы приведены на рис. 7.6.

Расчет при К = 0,48 практически совпадает с расчетом по модели катастрофических потерь (кривая 1). Результаты расчета, для К = 0,28 и 0,72 представлены кривыми 2 я 3.

На рис. 7.6 приведены также экспериментальные данные о спектре адронов в ш. а. л. с N = 105 , полученные с помощью ионизационного калориметра на высотах гор [153]. Как видно из рисунка, в ш. а. л. наблюдается примерно в 10 раз меньше частиц, с Е !> 101 3 эв, чем следует ожидать, если бы ливни образовывались в результате большого числа взаимодействий ведущей частицы, с ядрами атомов воздуха или в результате катастрофических потерь. '., .