ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 15.10.2024
Просмотров: 79
Скачиваний: 0
быть получен только в том случае, если будут найдены такие ус
ловия |
и |
методы |
эксперимента, |
которые |
обеспечат: |
|
|
|
|
|||||||||
|
а) |
получение |
необходимой статистики |
за приемлемо короткое |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
время; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
б) |
возможность |
наблюдения |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
индивидуального |
акта |
взаимодей |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ствия |
частицы известной природы |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
и энергии |
(при Е |
|
101 3 |
эе); |
|
|||||
|
|
|
|
|
. |
|
Место |
в) |
возможность |
однозначного |
||||||||
|
|
|
|
|
ёзат-юдейстбия |
измерения многих параметров вза |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
имодействия |
(числа |
генерирован |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ных частиц ns, распределения |
их |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
по углам G, энергии, переданной |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
отдельным я-мезонам и у-кваи- |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
там, и др.); |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
г) |
возможность |
одпозначпого- |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
разделеппя первичного |
и |
вторич |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ных взаимодействий в |
мишени. |
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
Для резкого уменьшения вре |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
мени набора |
необходимой |
|
стати |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
стики, |
очевидно, |
эксперименты |
с |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
частицами |
|
космических |
|
лучен |
||||||
|
|
|
|
|
|
|
Pb |
надо проводить на |
максимальных |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
высотах |
в |
атмосфере (30—40 км) |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
или за ее пределами на искусст |
||||||||||
Рис. |
9.2. Схематическое |
|
изобра |
венных |
спутниках |
Земли. |
При |
|||||||||||
|
этом поток частиц высокой энер |
|||||||||||||||||
жение возможпоп аппаратуры для |
||||||||||||||||||
изучения |
взаимодействии |
частиц |
гии возрастает в 103 —104 |
раз |
по |
|||||||||||||
первичных |
космических |
с |
лучей с |
сравнению |
с |
потоком |
на |
|
горах |
|||||||||
энергиями |
1 0 1 2 — 1 0 1 3 эе |
ядрами |
(х ~ |
700 г/см2). |
|
|
|
|
|
|
||||||||
фотоэмульсии. |
1 — |
сцпптилляци- |
|
|
|
|
экспе |
|||||||||||
онный |
счетчик |
для |
определения |
Другое |
преимущество |
|
||||||||||||
заряда |
первичной |
частицы; 2 и |
риментов на больших высотах — |
|||||||||||||||
4 — искровые камеры; 3 — эмуль |
это возможность |
выделения |
«чис |
|||||||||||||||
сионная стопка; о — ионизацион |
тых» |
пучков |
первичных |
частиц |
||||||||||||||
ный |
калориметр; |
6 — |
пластиче |
|||||||||||||||
ские |
сцпптилляторы; |
7—подвиж |
высоких энергий (протонов, а-ча- |
|||||||||||||||
ные рентгеновские пленки; 8 — н е |
стиц |
и |
более |
тяжелых |
ядер). |
|
||||||||||||
подвижные |
рентгеновские пленки; |
Для того чтобы |
удовлетворить |
|||||||||||||||
9 |
— слои ядерной эмульсии. |
требованиям |
(в) и (г), необходимо- |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
применить ядерные |
фотоэмульсии |
|||||||||
в качестве детектора частиц и их взаимодействий. Для удовлетво
рения требованию (б) можно |
применить ионизационный калори |
||
метр, |
т. е. использовать различные варианты метода контролиру |
||
емых |
ядерных |
фотоэмульсий. |
|
Рассмотрим |
два типа возможных экспериментов. |
||
1. В первом |
варианте |
мишенью, в которой происходят вза |
|
имодействия первичной частицы, является большая эмульсионная стопка. Для определения энергии первичной частицы эмульсион ная стопка располагается над ионизационным калориметром
рис. 9.2). При этом возникает задача отождествления найденного в эмульсии взаимодействия с измерениями энергии в ионизацион ном калориметре. Одно из возможных решений этой задачи было рассмотрено в гл. I I I .
Чтобы однозначно сопоставить регистрируемую ионизацион ным калориметром энергию с взаимодействием частицы в эмульси онной стопке, требуется высокая точность локализации области искомого взаимодействия в эмульсионной стопке (по всем трем координатам). В приборе, схематически изображенном на рис. 9.2, могут быть осуществлены необходимые для этого ус ловия.
Мишень (эмульсионная стопка большого объема) расположена между двумя трековыми искровыми камерами. Верхняя камера регистрирует направление движения и координаты первичной частицы, входящей в мишень. Нижняя камера регистрирует лив невые частицы, возникшие в результате взаимодействия первичной частицы в эмульсии стопки. Продолжение видимого изобра жения первичной частицы и ливневых частиц в стопку ограничи вает небольшой объем, в котором произошло искомое взаимодей ствие.
Ионизационный калориметр находится под искровыми камера ми и регистрирует суммарную энергию всех вторичных частиц, равную энергии первичной частицы.
Ионизационный калориметр выполнен из свинцовых пластин толщиной 1—1,5 см. Под каждой свинцовой пластиной находятся слои ядерной эмульсии типа «Р» и рентгеновские пленки типа РТ-6. Наличие ядерных фотоэмульсий и рентгеновских пленок в иони зационном калориметре позволяет проследить прохождение через вещество ионизационного калориметра вторичных адронов до статочно высокой энергии, возникших в первом взаимодействии первичной частицы в эмульсионной стопке.
Ионизация, созданная всеми частицами лавины на разных уровнях ионизационного калориметра, измеряется с помощью пластических сциитплляторов, просматриваемых ФЭУ. Под пер вым, третьим, пятым и т. д. слоями свинца находятся рулонные под вижные рентгеновские пленки типа РТ-6, предназначенные для регистрации момента прохождения через ионизационный калори метр частицы высокой энергии, взаимодействие которой в эмуль сионной стопке было зафиксировано искровыми камерами (прин цип временной селекции с помощью подвижных и неподвижных рентгеновских пленок рассмотрен в гл. I I I ) .
В этом варианте метода контролируемых фотоэмульсий воз можны следующие измерения характеристик взаимодействия пер вичной частицы:
1)Точные измерения углов вылета всех заряженных частиц и их числа ns.
2)В некоторых случаях — измерение энергии и углов разле
та у-квантов (от распада я 0 - или других мезонов) по каскадам,
начинающимся в эмульсии или в первых рядах ионизационного калориметра.
3)Оценка энергий вторичных заряженных частиц по каскадам
вионизационном калориметре.
4)Оценка энергии «ведущего» (наиболее энергичного) адропа.
5)Точное определение заряда первичной частицы. (Очень важ ная характеристика первичной частицы при изучении взаимо действий частиц с различным Z н химического состава космиче ских лучей высокой энергии.)
6)Определение мест взаимодействия первичной частицы в ио
низационном калориметре и определение пробега взаимодействия
всвище (точнее — в веществе ионизационного калориметра). Этот вариант метода контролируемых ядерных фотоэмульсий,
по-видимому, дает наиболее полную информацию о различных характеристиках взаимодействия частиц с энергиями — 10 1 3 эе . Повидимому, он может оказаться одним из немногих надежных мето дов изучения характеристик взаимодействия мпогозарядиых час тиц сверхвысокой энергии с атомными ядрами с целью выяснения
вопросов генерации высокоэиергичиых |
пионов. |
|
|
|
|||||||||||||
|
Статистика наблюдаемых взаимодействий частиц высоких энер |
||||||||||||||||
г и й ^ 101 3 |
эв определяется «светосилой» аппаратуры (в основном — |
||||||||||||||||
объемом |
эмульспонной |
стопки и |
размерами |
ионизационного |
|||||||||||||
калориметра) |
и допустимым временем ее экспозиции за пределами |
||||||||||||||||
атмосферы |
Тъ. |
При |
наиболее |
благоприятных |
условиях |
(полет |
|||||||||||
на |
широтах не более |
30°) максимально |
допустимое |
Та |
будет |
||||||||||||
примерно |
15 суток. При объеме эмульсионной стопки ^ |
100 лит |
|||||||||||||||
ров (такой объем стопки лежит в технически осуществимых |
преде |
||||||||||||||||
лах) можно получить геометрический фактор Г |
аппаратуры, по |
||||||||||||||||
добной изображенной |
на рис. 9.2, порядка 103 см2стер. При этом |
||||||||||||||||
ГТЭ = |
1,3-10° |
|
см2стер-сек. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
Из спектра протонов первичных космических |
лучей, |
получен |
||||||||||||||
ного в измерениях |
на ИСЗ «Протон-1,2,3» |
[68], имеем |
интенсив |
||||||||||||||
ность протонов |
с Е > |
10 1 3 эв: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
Ip |
(Е > |
101 3 эв) |
= 4,3-Ю"8 |
см'2сек1 |
стер-1, |
|
|
|||||||
и число протонов |
такой |
энергии, |
зарегистрированных |
за |
время |
||||||||||||
полета |
в |
пределах |
телесного |
угла |
аппаратуры, будет |
равно |
|||||||||||
4,3-10~8 • 1,3-10° = |
55. Из них провзаимодействует в эмульсионной |
||||||||||||||||
стопке |
примерно |
половина (в зависимости от |
ее толщины), |
т. е. |
|||||||||||||
NB3 |
х |
30. Если же спектр протонов первичных космических |
лучей |
||||||||||||||
вплоть до |
Е=1013 |
эв остается чисто |
степенным с |
у—1 = 1,6—=—1,7, |
|||||||||||||
то |
число протонов с |
Е > |
101 3 |
эв, |
которые |
провзаимодействуют |
|||||||||||
в стопке, составит 80—100. Хотя число наблюдаемых взаимо действий и невелико, однако некоторые характеристики взаимо действий можно будет получить с удовлетворительной точностью.
1. |
Средняя |
множественность <TZs >. Чтобы различить законы |
|
пг ~ |
аЕ'1* и |
ЫпЕ, |
достаточно сравнить (п$У при энергиях |
101 2 и 10 1 3 эв. |
При этом |
если ( п ^ = <п2 > при Е = 101 2 эв, то |
|
при Е = 101 3 эв отношение |
га2> |
= |
1,35, |
т. е. при |
энергии |
||
частиц Е= 101 3 |
эв для зависимости |
пг = |
аЕ'Ь будет |
<?г-г> = 20, а |
|||
для зависимости |
типа п2 = |
ЬЫЕ |
величина |
<?г2> = |
14. |
Чтобы |
|
надежно установить различие между </гх> и<?г2 >, ошибка в опреде
лении </г8> |
не должна |
превышать 2, |
|
|||
|
Д<?га> = |
а |
= |
0,4<ж> |
< 2 . |
|
|
-|/iVB 3 |
' |
||||
|
|
|
|
J/JVB 8 |
^ |
|
При <?г5> = |
20 J V D 3 > |
16, т. е. |
{nsy |
может |
быть измерено с точ |
|
ностью, достаточной для обнаружения различия между логариф мической и степенной зависимостью <?г5> от Е.
Поскольку первичное взаимодействие в ядерной эмульсии од нозначно отделяется от всех вторичных и регистрируется каждая вторичная частица, то в экспериментах с большой эмульсионной стопкой,- объединенной с ионизационным калориметром, воз можно определение не только зависимости <ns > от Е, но и изуче ние угловых распределений вторичных частиц, т. е. возможно изу чение образования файерболов при энергии частиц ~ 101 3 эв. Особенно перспективно применение описываемого метода для изу чения характеристик взаимодействия с атомными ядрами сложных ядер первичных космических лучей при энергиях 101 3 эв, т. е. ис следования в совершенно повой области физики — релятивистской ядерной физики [177].
Так как для энергетического спектра ядер показатель степени у — 1 остается неизменным в широком интервале энергий, то мож но ожидать регистрацию 250 ядер с энергией > 101 3 эв. Причем практически все они провзаимодействуют в эмульсионной стопке.
В таких экспериментах может быть решен вопрос о механизме
генерации высокоэнергичных |
пионов. Если наблюдается взаимо |
||
действие |
первичного ядра |
с зарядом Z и полной энергией |
|
Е0^>Ат^с2 |
(гдете,\- —масса нуклона, А — атомный вес ядра), то |
||
энергия е0 , приходящаяся на |
каждый нуклон в этом ядре, равна |
||
е 0 = |
EJA. |
Если наблюдаемые наиболее энергичные пионы явля |
|
ются |
продуктом распада изобар, то очевидно, что максимальная |
||
энергия, с которой могут генерироваться пионы (в частности и я°- мезоны), і?п°іпах< є 0 = Е01А. Если же имеет место (хотя бы изред ка) процесс коллективного взаимодействия нуклонов с ядроммшпеныо, то в принципе могут возникать ПИОНЫ С Епотах ^> є 0 .
Поэтому наблюдение |
пионов |
с E*?> ^> Е0/А было бы доказатель |
ством существования |
такого |
типа взаимодействий. |
Так как в ядерной эмульсии при релятивистских энергиях за ряд первичной частицы может быть определен с большой точностью, то этот вариант исследований представляется весьма перспектив ным и для изучения химического состава (с большой детализацией)
частиц с энергией |
10 1 2 — 10 1 3 эв. |
2. Рассмотрим |
второй вариант метода контролируемых ядерных |
эмульсий для детального изучения взаимодействий частиц сверх высоких энергий с мишенью определенного атомного номера.