ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 121
Скачиваний: 0
сти: большая диффузионная камера площадью |
2 м2. В этой рабо |
|||||||
те |
были |
получены указания на |
существование |
вблизи уровня |
мо |
|||
ря |
ш. а. л. с различным градиентом потока |
частиц |
около |
оси. |
|
|||
|
В работе [125], выполненной на уровне моря, |
также |
применя |
|||||
лась диффузионная камера, хотя и меньшей площади |
(0,6 |
м2). |
||||||
Однако здесь для определения положения ствола |
ш. а. л. исполь |
|||||||
зовался |
специальный детектор |
площадью |
4 м2, |
состоявший |
из |
|||
64 ионизационных камер (площадью 1/16 м2 каждая), покрытых тонким свинцовым фильтром (2 см РЬ). Кроме того, для опреде ления положения оси ливня с точностью —1 м использовалась обычная система годоскопических счетчиков. Оказалось, что 70% ливней, оси которых, согласно данным годоскопических счетчиков, падают на детектор из экранированных ионизационных камер, имеют одноствольную структуру. Остальные 30% ливней по дан ным ионизационных камер представляют собой двуили много ствольные образования.
Если рассмотреть те события, в которых оси одноствольных
ливней попадают |
в диффузионную |
камеру, то |
можно убедиться |
||||
в |
существовании |
сильных флуктуации |
градиента |
потока |
частиц |
||
в |
диффузионной камере на расстояниях |
r < 1 м от |
оси. Если при |
||||
нять р ( г ) ~ — 1 — , то п флуктуирует |
от 0,3 до 1; |
при этом |
среднее |
||||
значение д = 0,5 в ливнях с числом частиц |
J V = 1 0 5 . |
|
|
|
|||
Для исследования пространственного распределения на малых расстояниях от оси ливня вряд ли можно использовать метод кор релированных годоскопов. Этому препятствует целый ряд причин: многоствольные образования не позволяют использовать предпо ложение об азимутальной симметрии потоков частиц относитель но оси, неверным оказывается предположение о постоянстве плот ности потока частиц на протяжении группы годоскопических счет
чиков, менее |
точным — предположение |
о пуассоновости |
траекто |
|
рий ливневых частиц5 4 . |
|
|
|
|
Установки |
для изучения |
структуры |
ствола. Дальнейшее разви |
|
тие работ по |
исследованию |
ствола ш.а. л. предполагало |
создание |
|
детекторов, обладающих практически непрерывной чувствитель
ностью |
на протяжении |
больших площадей (более десятков квад |
|||
ратных |
метров). Такие |
детекторы были созданы сначала на осно |
|||
ве сцинтилляционных |
счетчиков, |
а затем |
на основе |
искровых |
|
камер |
и годоскопа из |
специальных |
неоновых |
трубочек |
диаметром |
1 см. |
|
|
|
|
|
В настоящее время большие установки из сцинтилляционных счетчиков и искровых камер работают как на уровне моря, так и на высоте гор. В работе [126] исследования проводились с по-
Установка должна иметь линейные размеры порядка метров и очень малое
расстояние между группами счетчиков. В этом |
случае значительная часть |
пар электронов с энергией порядка и более 1 Гэв |
(характерная энергия при |
r=g:i м) не будет расходиться на расстояния, превышающие размеры уста новки, и пары будут попадать коррелированно на эту установку."
100
мощью системы |
из 64 сцинтилляционных счетчиков |
размером |
||
41X41X10 |
см3 |
и расположенных равномерно на площади 16 м2 |
||
на уровне |
моря |
(Сидней). В работе |
{127] использовалось 48сцин- |
|
тилляторов размером 50x50X5 смъ, |
покрывавших |
непрерывно |
||
площадь 12 м2 на высоте гор (г. Норикура). Далее в |
работе [18] |
|||
на уровне моря (Токийский университет) впервые была создана установка из 64 искровых камер площадью 50X50 см2, покрывав-
Рис. 38. Многоствольные события, наблюдавшиеся с |
помощью установки |
из 48 сцинтилляторов площадью 0,25 м2 каждый, г. Норикура [127] |
|
ших практически непрерывно площадь 20 м2, |
а в работе [128] |
(Кильский университет) эта площадь увеличена до 32 м2 за счет использования 180 тысяч неоновых трубочек с диаметром 1 см. Наконец, в одной из последних работ на высоте гор [129] создан детектор в 18 м2, состоящий из 55 искровых камер площадью 50x50 см2 и 50 сцинтилляционных счетчиков размером 50Х50Х Х3,5 см3 каждый.
Структура ствола. Создание перечисленных детекторов позво
лило перейти к количественному исследованию структуры |
ствола |
||
ш. а. л. При этом |
выявилось |
резкое различие между двумерной |
|
структурой ствола по данным сцинтилляторов и искровых |
камер |
||
(или годоскопа из |
неоновых |
трубочек). В первом случае |
наблю- |
101
решаться тонкими детекторами, |
роль их может |
быть |
невелика |
||
из-за их сильного кулоновского |
рассеяния |
по |
пути следования |
||
пучка фотонов. Остается неясным |
вопрос о том, в какой |
мере раз |
|||
личие между данными сцинтилляторов и искровых камер |
можно |
||||
объяснить за счет этого эффекта. По-видимому, нельзя |
исключить |
||||
и роль я.-а. компоненты ш. а. л. в |
имитации |
«подстволов» |
в уста |
||
новках со сцинтилляторами. Поэтому будем рассматривать далее экспериментальные данные, полученные только с помощью искро вых камер или неонового годоскопа.
Многоствольные ливни. Как уже отмечалось, работы, выпол ненные с искровыми камерами, дают долю многоствольных ливней порядка нескольких процентов; доля многоствольных ливней по данным неонового годоскопа <1°/о (9 событий из 2400 ш. а. л.). Меньшая доля многоствольных событий в работах с неоновым годоскопом, возможно, связана с более тщательным исключением случаев ядерного взаимодействия в веществе над установкой, а также, возможно, с требованием несколько большего расстояния Q^2 м) между «подстволами» по сравнению с работами, исполь зовавшими искровые камеры.
Обнаружение многоствольных ливней во многих работах трак товалось как свидетельство в пользу существования больших по перечных импульсов при взаимодействиях в ядерно-каскадном процессе. При этом основывались на следующем определении по перечного импульса, приобретаемого частицей, создающей «под-
ствол» ливня: р± = Eo/c-r/h, |
где г — расстояние между основным |
|||||||||
стволом и «подстволом», Е0 |
— полная энергия |
«подствола», |
h — |
|||||||
высота зарождения |
частицы, создающей |
«подствол». Энергия Е0 |
||||||||
и высота зарождения h оценивались на основании |
электромагнит |
|||||||||
ной каскадной теории и экспериментальных |
значений |
возраста |
||||||||
«подливня» s числа частиц 5 7 |
в «подливне» |
N. |
|
JV И S [129] при |
||||||
Как пример приведем результаты определения |
||||||||||
высоте наблюдения |
3300 м на уровне моря: |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
N |
S |
|
|
|
|
|
|
Основной ливень |
1,3-10е |
0,8 |
|
|
|
|
||
|
|
«Подливень» |
|
4,4-10* |
1,2 |
|
|
|
|
|
При |
расстоянии |
между стволами |
2,1 м р± оказывается |
равным |
||||||
19 |
Гэв/с. |
|
|
N и s для «подливня» трудно |
|
|||||
Определение |
параметров |
и не |
||||||||
однозначно на фоне частиц основного ливня. По-видимому, при определении s и N «подливня» по данным о плотности частиц в районе подствола происходит завышение s, а стало быть, и N по
той причине, что функция Нишимуры и Каматы, |
используемая |
||||||
для определения |
этих параметров5 8 , неверна при |
малых |
г. На |
||||
5 7 |
Как известно |
из |
электромагнитной |
каскадной теории, |
N=f(Eo, |
s, t) и |
|
|
s = cp(£0 , t), |
значит, |
от величин N и s можно перейти к Е0 |
и t(h). |
|
||
5 8 |
Более правильно было |
бы использовать |
функцию f(r) для конечных |
Е0. |
|||
103
отношение E0/h это завышение действует в зависимости от значе ния s. Использование самой электромагнитной каскадной теории для нахождения Е0 и h также сомнительно. С учетом ядерно-кас кадного процесса можно получать5 9 или меньшие Е0 (при s < l ) или большие Е0 (при s ^ l ) .
На данном этапе исследования многоствольных ливней наи более правильным методом анализа экспериментальных данных необходимо признать метод Монте-Карло. В ![132, 133] расчет был
сделан для установки из неонового |
годоскопа и искровых камер. |
В работе (132] было разыграно |
50 000 ливней от протонов и |
ядер. Предполагалось, что развитие ливня происходит по модели СКР (см. гл. 5) при среднем значении р± = 1 Гэв/с. Если учесть в расчете отбор по расстоянию г между стволами и по абсолют ным и относительным величинам так называемых центральных плотностей6 0 ствола и «подствола», то результаты расчета не про тиворечат экспериментальным данным; причем многоствольные события в расчете, соответствующие экспериментальным данным, возникают в основном за счет первичных ядер. Это связано с тем,
что при |
наличии А |
нуклонов ядра существует |
большая вероят |
|
ность того, что хотя |
бы один из А нуклонов, приобретших |
попе |
||
речный |
импульс рх |
при развале ядра, пройдет |
значительный |
путь |
в атмосфере без существенных энергетических потерь и на рас стоянии h, достаточно близком к уровню наблюдения, даст подливень со стволом, далеко отстоящим от основного ствола.
В работе [133] на основании анализа экспериментальных дан ных по искровым камерам сделан вывод о необходимости моди фикации распределения поперечных импульсов. Это распределе
ние при энергиях £ о ~ Ю 1 4 |
эв |
[133] должно |
быть взято в виде су |
||||||
перпозиции |
двух |
обычных |
распределений: ———— е |
р± |
|||||
с разными |
Рх |
= 0,4 Гэв/с |
и 5 |
Гэв/с, причем |
второе распределение |
||||
берется |
с |
весом —-6 • 10- 4 . Если |
говорить о доле частиц, приобре |
||||||
тающих |
поперечный |
импульс |
P J . ^ 5 Гэв/с, |
то она будет |
прибли |
||||
зительно одинакова (-—3 - Ю - 4 ) |
в этом сложном распределении и |
||||||||
распределении |
с Рх |
= 1 Гэв/с |
|
[132]. Таким |
образом, эксперимен |
||||
тальные данные по многоствольным ливням, может быть, свиде
тельствуют |
о |
некотором |
возрастании среднего |
значения |
рх |
с |
|
энергией Е0 |
вплоть до Рх |
~~ 1 Гэв/с при Е0~ |
1013-=-1014 эв |
или |
о |
||
существовании |
«хвоста» |
в распределении6 1 |
рх |
при этих |
энер |
||
гиях.
5 9
6 0
6 1
Что связано с различием форм каскадных кривых в воздухе для реального ш. а. л. и чистой э.-ф. лавины.
«Центральная» плотность — плотность на площадке 0,25 м2, расположенной в стволе (это чисто формальное определение).
Последняя возможность коррелирует с данными, полученными при встречных пучках при £ о=1,5 - 10 1 2 эв.
104
Структура ствола и химический состав первичного излучения.
Вернемся к анализу данных о стволе основной части одностволь ных регистрируемых ливней. Расчеты, проведенные методом Мон те-Карло [134], показали естественный результат: распределение центральной плотности A/N, нормированной к числу частиц N, имеет ширину, убывающую с атомным номером Л первичной части цы, создающей ш . а . л . Среднее значение A/N также убывает6 2 с А.
На |
рис. 40 |
приведено |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
экспериментальное |
|
распре |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
деление величин A/N и его |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
сравнение с |
расчетами, |
вы |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
полненными |
методом Мон |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
те-Карло |
в |
предположении |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
справедливости СКР-моде- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
ли. |
Сравнение |
показывает, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
что в |
рамках |
СКР-модели |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
наиболее |
вероятный |
хими |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
ческий |
|
состав |
первичного |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
излучения |
при |
£ о ~ 3 - |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
• 1015 |
эв |
|
— |
это |
либо |
чисто |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
протонный |
состав, |
|
|
либо |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
сложный |
химический состав, |
Рис. |
40. |
Распределение центральных |
|||||||||||||
аналогичный |
наблюдаемому |
||||||||||||||||
плотностей Ac/N согласно расчету для |
|||||||||||||||||
при малых |
энергиях. |
|
|
различных |
первичных |
ядер А |
и для |
||||||||||
Флуктуации |
пространст |
сложного |
химического |
состава. |
Приве |
||||||||||||
венного |
|
распределения |
ча |
дены и экспериментальные данные [134]. |
|||||||||||||
|
По оси ординат |
— относительное |
число |
||||||||||||||
стиц |
на малых |
расстояниях |
событий, |
имеющих |
центральную |
плот |
|||||||||||
от оси. Возвращаясь к воп |
ность, |
меньшую |
определенной |
величины |
|||||||||||||
росу |
о |
форме |
пространст |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
венного |
распределения элек |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
тронов |
|
вблизи |
оси |
|
одноствольных |
ливней, |
следует |
признать |
|||||||||
наиболее |
полными |
результаты |
работы |
[18], |
в |
которой |
для ис |
||||||||||
следования ствола использовалась система искровых камер площадью 20 м2 и системы сцинтилляционных счетчиков на рас стоянии до 100 м от центра установки. Согласно [18] на расстоя ниях от 3 до 100 м от оси ливня пространственное распределение
описывается семейством функций Нишимуры—Каматы. |
Каждому |
||||||
ливню соответствует свое значение s2. На |
расстояниях г < 3 м |
от |
|||||
оси существуют резкие не коррелирующие |
с s (при г=3-=-100 |
м) |
|||||
флуктуации формы f(r). При аппроксимации |
f(r) законом |
\\тп |
ве |
||||
личина п изменяется от 0,3 до 1,5 при среднем |
п=0,5. |
|
|
|
|||
Таким образом, результаты [18] находятся в согласии с резуль |
|||||||
татами работы [125] в отношении значения п и расходятся |
с ней |
||||||
при определении того диапазона г, где резкие флуктуации |
суще |
||||||
ственны |
(г< 3 м). |
Учитывая значительно |
большую |
площадь |
|||
6 2 Авторы |
пользовались |
моделью суперпозиции ливней |
из А нуклонов |
с |
энергией |
||
Е0/А |
каждый. |
|
|
|
|
|
|
105