ВУЗ: Не указан

Категория: Не указан

Дисциплина: Не указана

Добавлен: 15.10.2024

Просмотров: 90

Скачиваний: 0

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

симости распределения частиц по pj_ от энергии как первичных, так и вторичных частиц, рожденных во взаимодействии.

Чтобы получить угловое распределение частиц разных импуль­ сов при фиксированном Е0, необходимо выражение (8.8) или (8.7) усреднить по всем значениям р вторичных частиц. Примем рас­ пределение по pj_ в форме (8.8) и запишем его в виде:

 

 

dN

 

=

А

 

 

 

 

 

 

 

 

dN (и)

 

rflgtgB

 

 

 

 

 

 

 

 

dX

 

где В*=р00,

 

и = р/Е0х:

&/Е0, Е0

энергия первичной частицы,

& я^ р — энергия

рожденной

части­

 

 

 

цы,

р0

=

0,15

— 0,16

Гэв (скорость

 

 

 

света

с — 1).

Угловое

распределе­

 

 

 

ние,

усредненное

по

всем

импуль­

 

 

 

сам вторичных

частиц, в данном слу­

 

 

 

чае по всем значениям и, будет опи­

 

 

 

сываться

выражением:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

о

 

 

dX

•du.

 

(8.12)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Если

в

качестве

W (и)

взять

 

 

 

спектр, представленный на рис. 8.4,

 

 

 

то

получим

угловое

распределение

 

 

 

dN/dX, представленное на рис. 8.17

 

 

 

пунктиром. Гистограмма дает

экспе­

 

 

 

риментальное

распределение

 

ливне­

 

 

 

вых

 

частиц,

рожденных

во

взаимо­

 

 

 

действиях первичных частиц с энер­

 

 

 

гией Е0

^

400 Гэв

[176]. Как

видно

 

 

 

из рисунка, согласие между наблю­

 

 

 

даемым

н рассчитанным

распределе­

Рис. 8.16. Угловые распределе­

ниями

в

координатах

К достаточно

ния, представленные на

рис.

хорошее.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8.15, в ^-представлении.

Обо­

В связи с обсуждением

вопроса об

значения те

ж е , что

и па

рис. 8.15.

 

угловых распределениях

следует

ос­

 

 

 

тановиться на

результатах

изучения семейств

у-квантов

при

высоких

энергиях, поскольку

из

наблюдаемых

угловых

рас­

пределений в ряде работ делаются важные заключения о природе этих семейств [110, 111, 67].

В работе Смородина и др. [111] приведено суммированное по многим экспериментальным данным дифференциальное угловое распределение у-кваитов из семейств в координатах X. В этих ко­ ординатах угловое распределение мало отличается от ожидаемого при изотропном распаде тяжелой изобары с учетом статистиче­ ских флуктуации углового распределения пионов в системе изо­ бары и при наличии выборки событий по 22?v [111]. Однако если


приведенное в работе [111] угловое распределение у-квантов пере­ считать в ^-систему, то получим картину, представленную гисто­ граммой на рис. 8.18. На том же рисунке кривой изображено уг­ ловое распределение в ^-системе, рассчитанное из распределения по pj_ (8.8). Из этого рисунка видно, что имеющиеся эксперимен­ тальные данные при энергиях S £ v = 10 1 2 — 10 1 3 эв достаточно хорошо согласуются и с угловым распределением, задаваемым распределением по /?х-

Ев~4-!0"з1 у =13 6=017

Рис.

8.17.

Дифференциальное

угловое распределение в координатах X при

Е0 »

400

Гае. Гистограмма —

эксперимент [176]. Пунктир — по формуле (8.8)

после усреднения по энергетическому спектру рождаемых частиц. Кривые 1 — угловые распределения «элементарных» ливней с f = 1,9. Кривая 2 — с у м ­ ма кривых 1.

Итак, приняв независимость распределения частиц по pj_ от их импульса и энергии первичной частицы, мы получаем угловое распределение ливневых частиц при различных формах энерге­ тического спектра (моноэнергичный, экспериментальный спектр, падающий спектр типа dplp2 [178]), которое, с одной стороны, хо­ рошо согласуется с экспериментальным угловым распределением, а, с другой стороны, в координатах X мало отличается от распреде­ ления для изотропного разлета частиц из некоторой движущейся системы координат. Это последнее обстоятельство, как было по­ казано, связано с непригодностью координат X = lg t g 6 для ре­ шения вопроса о степени отличия наблюдаемого углового распре­ деления от изотропного при ограниченности статистического материала. Поэтому для выяснения истинного вида углового распре­ деления частиц в iS-системе необходим пересчет углов из лабора­ торной системы в ^-систему с учетом реального импульса каждой частицы. Кроме того, необходимо иметь экспериментальные дан-

ные, в которых регистрируются все частицы

ливней, вне зависимо­

сти от величины угла их вылета.

 

К сожалению, даже наиболее полная из имеющихся в лите­

ратуре по космическим лучам информация

об угловом и импульс­

ном

распределении

частиц

 

при

высоких энергиях

[162]

! '

не

удовлетворяет

указан­

 

ным требованиям. Видимо по

 

этой

причине гипотеза о фай-

 

ерболе, предложенная

более

 

15 лет назад, до

сих пор оста­

 

ется предметом

дискуссий.

 

6.2. Двугербовые

ливни

 

Если наблюдаемая мно­ жественная генерация час­ тиц является результатом нуклон-нуклонных (N — N) взаимодействий, то в системе центра масс сталкивающих­ ся частиц (С-системе) в сред­

нем

угловое

распределение

частиц

должно

быть симмет­

ричным

относительно

плос­

кости,

перпендикулярной к

линии

движения нуклонов

до

столкновения.

 

Введем переменную

Т] =

= lg tg (фс/2), где срс — угол между векторами скорости вторичной и первичной час­ тиц в С-системе. Тогда из

Рис. 8.18. Угловое распределение •у-квантов в 5-системе. Гистограмма — экспериментальные данные, суммирован­

ные по

всем семействам с 2 £ Y ^

1 0 1 2 эв

из [111].

Кривая

— расчет из

распре­

 

деления

по p j _ (8.8).

 

известного

соотношения t g 0

=

будем

иметь:

 

 

 

. ё

2

 

т] = Я — Яс , где

Яс = — l g ус с

— лоренц-фактор С-системы).

Поэтому

угловое

распределение

частиц

в С-системе

в коор­

динатах т] будет тождественно угловому распределению частиц в лабораторной системе в координатах Я, т. е. dN/dr\ = dNIdX (более подробно этот вопрос рассмотрен в [181]).

При высоких энергиях сталкивающихся нуклонов в силу сим­ метрии разлета рожденных частиц и сохранения момента в С- системе (имея в виду, что подавляющее большинство соударений — не строго центральные) рожденные частицы должны разле­ таться в виде двух струй 1 ж 2, направленных в противоположные стороны (рис. 8.19).

В среднем (при усреднении по большому числу взаимодейст­ вий нуклонов одной и той же энергии Е0) оба эти ливня 1 и 2


будут тождественны, її если угловое распределение частиц в ливне дописывается функцией Ф(ср),то в ливне 2 угловое распределе­ ние описывается функцией Ф (я — <р), причем в силу симмет­ рии Ф (ф) = Ф (я — ср). В координатах т) первый ливень будет

описываться

функцией

^ ( - п ) ,

а

второй

функцией

Т ї (ті)

=

Ч ' г ( - л ) .

 

 

 

 

 

 

 

 

не

зависит

В каждом из ливней (2 или 2) распределение по

 

от энергии

рожденных частиц и описывается

выражением типа

N

 

 

 

 

 

(8.5) или (8.6). Если

бы

все

 

 

 

 

 

частицы

такого

ливня

 

имели

 

 

 

 

 

 

одинаковые

импульсы,

то

их

 

 

 

 

 

N

угловое

распределение

 

имело

 

 

 

а)

 

бы вид типа

(8.7) либо

(8.8),

 

 

 

 

 

а в

координатах

dN/d/ц — та­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

кой,

какой изображен

на

рис.

 

 

 

 

 

 

8.13,

а или

б

(если

заменить

 

 

 

 

 

 

Я, = lg t g 0 на А = lg t g - | - ) .

 

 

 

 

 

 

Можно показать,

что

 

при

 

 

 

 

 

 

импульсном

распределении ти­

Рис. 8.19.

Схематическое

представ­

па dplp2

угловое

распределение

ление картины разлета частиц в С-си­

в координатах

% весьма

мало

стеме

при

высоких энергиях.

1 и

отличается от изображенного на

2

— «элементарные»

липни.

рис.

8.13,6

 

[178].

 

Поэтому

ней описывается в координатах

допустим, что каждый

из

 

лив­

г| функцией,

изображенной на

рис. 8.13, б сплошной линией. Положение

максимума

в

коорди­

натах Т| определяется

пз равенства

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Літах =

lg tg 1^- ф./.j =

Г|і,

 

 

 

 

 

 

 

т. е. величиной половинного угла в С-системе.

Так как угловое распределение в С-системе в среднем симмет­ рично относительно т| = 0, то распределение dN/di\ для другого ливня будет зеркальным отражением относительно прямой с ко­

ординатами г) = 0, т.

е. второй максимум будет иметь коорди­

нату т]2тах =

— ті»/* и

расстояние между

обоими максимумами

будет Tljmax

—Tkmax =

2TU/,.

определяемую равен­

Можно формально

ввести величину у,

ством:

 

 

 

lg Т = — lg tg (4-Ф'/.) =Л-А'.

тогда расстояние между максимумами будет равно 2 у .

Можно ли с этой точки зрения описать экспериментальные данные?


Мы з'же отмечали, что если угловое распределение (8.8) ус ­ реднить по всем энергиям рождающихся частиц, то получим рас­ пределение dNIdX, представленное на рис. 8.17 пунктиром. Те­ перь же попробуем подобрать такое f , чтобы сумма двух «элемен­ тарных» угловых распределений в координатах dN/d-ц, пред­

ставленных кривыми 1 на рис. 8.17, давала наблюдаемое распре­

деление. Оказывается,

если при энергии первичных частиц Е0 =

= 400 Гэв принять у =

1,9, то мы получим dN/dX, изображенное

на рис. 8.17 сплошной линией (2). Как видно из рис. 8.17, это распределение хорошо согласуется с экспериментальным распре­ делением.

Рассмотрим, какую трансформацию среднего углового распре­

деления в координатах

dNIdX

следует ожидать

с ростом

Е0.

 

При возрастании Е0

будет возрастать энергия рожденных

час­

тиц в С-системе пропорционально yt (так

как ns

— yl\

а сред­

ний коэффициент

неупругости

не зависит от Е0).

Следовательно,

углы разлета частиц

будут уменьшаться пропорционально ylh и

половинный

угол

фі/, ~ 7 с

-V-

т.

е. п./,

1

і

 

1 і

 

 

-,

2"lgTc

4 " l g T o

и л и

1

т - е -

_

 

1,

 

 

у 0

=

 

_

 

 

1? Т — -j-lgfo,

Т = ^Yo • Если при

400 у = 1,9, то

при у0 = 1000 0

=

10^

эв)

т =

1,9 ( ^ ) V <

=

2,4.

 

 

, ,

 

 

 

 

 

 

 

dN

 

dN

 

 

Угловое

распределение

в координатах

-тт- =

, являющееся

суммой стандартных угловых распределений двух «элементарных» ливней, направленных в про­

тивоположные стороны в С-

 

 

 

 

 

 

 

 

спстеме с т =

2,4,

изображе­

 

 

 

 

 

 

 

 

но сплошной линией на рис.

 

 

 

 

 

 

 

 

8.20.

Пунктиром

изображе­

 

 

 

 

 

 

 

 

но

dNIdX для каждого

«эле­

 

 

 

 

 

 

 

 

ментарного» ливня в

отдель­

 

 

 

 

 

 

 

 

ности. Из рисунка видно, что

 

 

 

 

 

 

 

 

при EQ

=

101 2 эв для среднего

 

 

 

 

 

 

 

 

углового

распределения,

ус­

 

 

 

 

 

 

 

 

редненного по

всем

ливням,

 

 

 

 

 

 

 

 

dNIdX

с

точностью

 

да

3%

Рис.

8.20.

Ожидаемое

дифференциаль­

постоянно

в

 

интервале

—0,4 < Х—Хс

< 0,4.

 

Такого

ное распределение ливневых частиц в

 

координатах X при Е0

=

1000

Гвв —

типа угловое

распределение

сплошная

линия.

Пунктир —

угловое

частиц

в

координатах

dN/dX

распределение

для

частиц

«элементар­

в основных чертах не про­

 

ных»

ливней с у

=

2,4.

 

тиворечит

тому, что получено

 

 

 

 

 

 

 

 

на

встречных

пучках

протонов

при

энергии,

эквивалентной

Е0

да

Ю 1 2

ее 11591.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С возрастанием энергии должно происходить дальнейшее сжа­

тие конусов разлета частиц в «элементарных» ливнях в С-системе,

9 Н. Л. Григоров и др.

257


т. е. возрастание у и раздвижение максимумов кривых, описываю­ щих разлет частиц в каждом «элементарном» ливне. По мере

увеличения расстояния между максимумами, когда х ^> <^о ~

0,4,

начнет появляться «провал» в средней части распределения

dNIdX.

На рис. 8.21 показано ожидаемое среднее распределение ча­

стиц

в

нуклон-нуклонных

взаимодействиях

при

Е0

х

8-101 2

эв.

 

 

 

 

 

dN

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

dl

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6=0,73

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

/7

\

0=0,36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

\\

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Мтах

\ \

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

^пнп

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

і Т

 

 

I

\ 1

 

 

_

 

 

 

 

 

 

 

 

^

I

 

 

 

 

 

 

Рис.

8.21.

То ж е ,

что па рпс. 8.20, по

при Еа = 8000

Гэв.

т

=

4,0;

i V m

a x и

 

 

J V m l n

— чпсло

частиц

в

максимуме

и

мпппмуме.

 

 

 

Е С Л И

обозначить число частиц в максимуме через i V m a X l

а в ми­

нимуме — через

iVniini

то

можно рассчитать

отношение

•^"^

в зависимости от У или Е0,

так как

 

 

 

 

 

 

 

 

Зависимость NmiJNmax

от У приведена на рис. 8.22.

 

 

 

 

Если

считать, что

условие

NmiJNmax

^

0,5

достаточно

для

того, чтобы экспериментальное распределение можно было одно­ значно считать имеющим два максимума, то такое «двугорбовое»

распределение

в среднем для всех ливней

должно появляться при

Е0 ^ 101 3 эв.

При дальнейшем росте Е0

расстояние между макси­

мумами должно возрастать, но распределение должно попрежнему

оставаться двугорбовым,

а полуширина каждого «горба» будет

постоянна. Причем число

частиц, заключенных в каждом «гор­

бе», будет расти с ростом Е0

по тому же закону, по которому растет

средняя множественность

с ростом Е0.

Описанная закономерность существенно отличается от карти­ ны, ожидаемой по модели файерболов. Согласно этой модели с ро­

стом Е0

число файерболов

должно расти как In Е0. При этом с

ростом Е0

либо будет расти

число «горбов» (если У для разных фай­

ерболов сильно различаются между собой), либо сохранятся два горба, но полуширина каждого горба будет возрастать с ростом Е0 с соответствующим ростом числа частиц в нем (такое расшире­ ние будет происходить из-за того, что каждый горб при больших значениях Е0 может состоять из нескольких файерболов с мало отличающимися друг от друга значениями у).