ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 90
Скачиваний: 0
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*=р0/Е0, |
|
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 (ус |
— 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/а, |
|
|
|
|
|
|
|
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 (Е0 |
= |
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 |
\ \ |
|
/і |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
^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).