ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 136
Скачиваний: 0
динамическим диапазоном, позволявших проводить измерения ионизации с точностью до ионизации, соответствующей 7з реляти вистской частицы. В разных блоках ионизационные камеры нахо дились под различными толщинами свинцового фильтра (от 2 до 12 ^-единиц) и размещались близко друг к другу. В каждом инди видуальном ливне, таким образом, наблюдалась ионизация одно временно под несколькими фильтрами на приблизительно одина ковых расстояниях от оси, однако потоки частиц, падающих на разные фильтры, были статистически независимы. Данные по со вокупности ливней с близкими г я N усреднялись для различных толщин фильтра и в результате получалась некоторая усреднен ная экспериментальная каскадная кривая, характерная для дан ного расстояния г от оси.
Используя результаты расчетов по электромагнитной каскад ной теории для тяжелых элементов [187], можно определить плот ность потока энергии, несомой э.-ф. компонентой на заданном рас стоянии г от оси ливня с числом частиц N. При этом каскадная теория используется только для точной экстраполяции экспери ментальных каскадных кривых в область малых и больших глу
бин, |
так как от 2 до |
12 ^-единиц имеются экспериментальные |
||
точки. |
|
|
|
|
Экспериментальные |
данные о пространственном |
распределении |
||
потоков энергии Фе(г) |
э.-ф. компоненты для ливней |
с |
фиксирован |
|
ным |
yVe согласно [182, 178] приведены на рис. 55. Это |
распределе |
||
ние измерено на расстояниях от оси ливня от ~ 1 ж до 102 м83. На том же рисунке приведены данные работы [178], полученные не сколько иным способом и относящиеся к ливням с фиксирован
ным |
jVe, но с различными s. |
Функция |
Фе(г) |
как по форме, так |
||
и по абсолютному значению |
существенно зависит |
от s. Поэтому |
||||
при |
построении |
усредненной |
функции |
Фе(г) |
очень |
важно прово |
дить |
усреднение |
по ливням, |
имеющим |
одинаковое |
распределение |
|
по s на всех рассматриваемых г. Кроме того, |
приводятся резуль |
|||||
таты работ [188, 189], выполненных на высоте гор с аналогичной методикой. Данные различных работ хорошо согласуются. Соглас
но [178] |
величины |
Фе(г) ~ # e |
1 , 0 ± 0 |
, 1 в |
интервале |
1 0 5 < Л / е < 1 0 6 |
В [178] получены также функции |
Фе(г) |
для ливней с |
фиксирован |
|||
ным Nfi |
и показано, что Фе(г) |
— |
N];3±0A. |
средней энергии э.-ф. ком |
||
Интересно также |
получить |
величину |
||||
поненты в расчете на одну заряженную частицу как функцию г.
На рис. 56 показаны |
экспериментальные данные работ [182,183] |
о зависимости Ё(г). В |
работе [183] измерения потока энергии |
проводились с помощью детектора из свинцового стекла с фото
умножителем. В свинцовом стекле |
развивалась э.-ф. лавина. Элек |
||
троны, удовлетворяющие |
условию |
v>c/n, |
давали черенковское |
8 3 Я - а . компонента не вносит |
существенного вклада |
в регистрируемый установ |
|
кой поток энергии даже на малых расстояниях. |
На больших расстояниях |
||
приходится учитывать фон от мюонов. |
|
|
|
135
излучение, которое благодаря прозрачности стекла регистрирова лось ФЭУ. Число радиационных единиц в детекторе было доста точно велико, чтобы считать поток черенковского излучения пропорциональным первичной энергии з.-ф. компоненты. Согласно
рис. 56 на |
малых расстояниях ~ 1 м от оси ливня |
Е(г) |
достигает |
|
значений ^ |
эв |
— |
падает |
] |
109 |
. При возрастании г Е(г) |
~ —?пг. |
||
|
частиц |
|
|
г , 0 |
(дг,м
Рис. 55. Пространственное |
распре |
Рис. 56. |
Средняя |
энергия |
э.-ф. |
||||||||
деление |
потоков |
энергии |
э.-ф. |
компоненты |
в расчете |
на |
одну |
||||||
компоненты в ш. а. л. на |
уровне |
заряженную |
частицу |
на |
различ |
||||||||
моря и на высоте гор: ф |
— |
дан |
ных расстояниях от оси ливня со |
||||||||||
ные [182]; |
V—s = 0,8-M,l, |
A — s = |
гласно [182] |
( 0 ) |
и |
[183] |
(О) |
||||||
= |
1,34-1,5 [178] |
уровень |
|
моря; |
|
|
|
|
|
|
|
||
Ч |
данные [188] |
(х = |
640 |
|
г/см2); |
|
|
|
|
|
|
|
|
• |
— данные [189] |
(* = |
700 |
|
г/см2); |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Л / = 1 0 5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Однако на расстояниях г более 50 м Е(г)— 100 |
и остает- |
|
частицу |
ся постоянной вплоть до 1000 м от оси 8 4 . Возможно, что послед-
Требование регистрации с помощью ионизационных камер долей ионизации от одной релятивистской частицы (см. выше) связано со значением Е(г) — на больших расстояниях, для которых в максимуме лавины наблюдается не сколько частиц при отборе, из соображений статистики, ливней, дающих плотность ~ 1 частицы на детектор.
136
нее обстоятельство частично объясняется вкладом э.-ф. компонен- '- ты от распада мюонов. Действительно, если средняя энергия мюо
нов на |
периферии ливня ~ 1 Гэв, то в результате распада |
элек |
||
троны |
получают в среднем энергию ~ 7з Гэв — 3 • 108 эв. |
|
||
По электромагнитной каскадной теории следовало бы ожидать |
||||
[190], что электроны и фотоны на периферии |
находятся |
в |
равно |
|
весии, |
т е. электроны возникают в основном |
за счет |
конверсии |
|
фотонов и комптон-эффекта, а генерирующей |
компонентой |
явля |
||
ются фотоны, имеющие относительно большой пробег поглощения
порядка |
двух радиационных |
единиц при еф ^ 30 Мэв |
(за счет ми |
||||
нимума |
кривой сечения взаимодействия |
фотонов |
Оф(Е). |
||||
Тогда |
из условия |
равновесия имеем |
|
|
|
||
|
J Лф (в) еОф (е) dtdt |
= ne$dt или Лфест (е) = |
лер*, |
|
|||
где «ф = |
^ л (е) de (Лф (е) de—дифференциальный |
спектр фотонов, |
(Тф(е) — вероят |
||||
ность взаимодействия |
на одной |
f-единице; л е — число электронов; |
(5 — критическая |
||||
энергия для воздуха). |
|
|
|
|
|
|
|
Подставляя бф х |
30 Мэв, |
о"ф(е) ~ 1II, имеем Л ф / л е ~ 5 , 6 . |
|
||||
Таким образом, согласно этой оценке и по электромагнитной |
|||||||
каскадной теории на далекой |
периферии |
|
|
|
|||
|
Ё(г)~ |
" ф В ф+ |
, г е е з л ^ 5 , 6 в ф + в з д , |
|
|
||
что достаточно велико и не противоречит экспериментальным дан ным. На малых расстояниях от оси ливня функция Е(г) растет медленнее с убыванием г, чем это следует из электромагнитной
каскадной теории при больших Е0-*оо Е(г) —. По-видимому,
это связано с относительно малым значением энергии Еп« я°-мезо- нов, генерирующих парциальные э.-ф. лавины в ливнях с числом
частиц N = 105 |
-г-106. Другая возможная причина — влияние ядер |
ного рассеяния |
я0 -мезонов8 5 . |
Большой интерес представляют также данные об энергетиче ском спектре электронов и фотонов [185, 186, 193] в ливнях с чис лом частиц iV~105 на уровне гор и на уровне моря. Энергия от дельных электронов и фотонов определялась в этих работах по каскадному размножению в свинцовых пластинках камеры Виль сона. На рис. 57 приведены результаты работы [186], представляю
щие собой |
экспериментальный энергетический спектр |
электронов |
и фотонов |
в области энергий более 109 эв в ливнях с Л7 |
= 105 и со |
ответствующий теоретический спектр (пунктирная кривая), ожи
даемый |
по электромагнитной |
каскадной |
|
теории |
для |
ливней |
с |
|||
/V = 105 на уровне моря. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8 5 Ядерное |
рассеяние_ может |
почти |
не влиять на |
функцию |
р(г) |
и в |
то |
ж е |
||
время |
искажать Е(г), так как в |
ливне |
могут |
быть «молодые» |
парциальные |
|||||
лавины, вносящие малый |
вклад |
в число |
частиц |
и большой в поток |
энергии. |
|||||
137
Из экспериментальных данных (рис. 55 и 56) можно получить величины средних полных потоков энергии, несомых э.-ф. компо нентой в ливнях с числом частиц N на различных высотах в ат
мосфере. |
Для высот, |
соответствующих |
нижней |
трети |
атмосферы, |
|||||||
хорошо |
выполняется |
соотношение |
Ф е = 2-108 |
N |
эв |
с |
ошибкой |
не |
||||
|
|
более 20-ь30%, связанной с учетом дис |
||||||||||
|
|
персии данных при усреднении 8 6 . |
|
|
||||||||
.3 |
|
Высотный |
|
ход |
Ф е |
в |
нижней трети |
|||||
|
|
атмосферы, |
если |
и существует, |
то |
не |
||||||
|
|
более чем в пределах указанных оши |
||||||||||
|
|
бок. |
В |
работе |
[191] |
были |
проведены |
|||||
|
\ |
исследования |
|
энергетических |
характе |
|||||||
|
4 |
ристик |
э.-ф. |
|
компоненты |
на |
высотах |
|||||
|
~ 1 1 |
км. Регистрация |
ш. а. л. проводи |
|||||||||
|
|
|||||||||||
|
|
лась с помощью |
системы |
сцинтилляторов, |
||||||||
|
\ |
включенных |
|
на |
тройные |
совпадения. |
||||||
|
|
С помощью |
искровой |
камеры |
отбира |
|||||||
Vлись ш. а. л. с направлением оси # < 3 0 ° .
\С помощью сцинтиллятора, экраниро ванного 2 см РЬ, определялся переход
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|
ный эффект |
в 2 см РЬ |
на различных |
вы |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сотах |
в атмосфере. На |
уровне |
моря |
этот |
||||||||
|
|
|
|
|
|
|
\ |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
метод |
был |
откалиброван |
с |
помощью |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
детектора из свинцового стекла. Авторы |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
указывают, что Е возрастает от высоты |
|||||||||||
|
|
|
|
|
вд Е, Гэв |
|
гор к 11 км над уровнем |
моря в 34-4 |
ра |
|||||||||||
Рис. |
57. |
Энергетический |
за. Однако здесь не оценена роль изме |
|||||||||||||||||
нения |
с высотой |
характерного |
|
спектра |
||||||||||||||||
спектр |
электронов и фо |
расстояний, |
выделяемых |
локальной уста |
||||||||||||||||
тонов |
|
согласно |
данным |
|||||||||||||||||
|
новкой. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
[186] |
в |
ливнях |
|
с |
7V= 10s |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
на уровне |
моря. |
Пунк |
Таким |
образом, |
исследование |
энерге |
||||||||||||||
тирная |
кривая |
|
— |
спектр |
тических |
характеристик |
э.-ф. |
компонен |
||||||||||||
по каскадной |
|
теории |
— |
ты ш. а. л. показало: |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
нормирована |
|
к |
[186] в |
|
распределение |
|||||||||||||||
|
первой |
|
точке |
|
1. |
Пространственное |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
потоков энергии э.-ф. компоненты чувст |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вительно |
к |
параметру |
s и |
по |
форме |
||||||
не зависит от числа частиц в ливне N. Оно практически не изме |
||||||||||||||||||||
няется |
с высотой уровня |
наблюдения |
в нижней |
трети |
атмосферы. |
|||||||||||||||
2. |
Среднее |
значение |
энергии э.-ф. компоненты в расчете на |
|||||||||||||||||
одну заряженную частицу убывает с расстоянием |
от |
оси |
более |
|||||||||||||||||
медленно, |
чем |
по |
закону — . |
На |
больших |
расстояниях |
от |
оси |
||||||||||||
_ |
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
г ж 100 Мэв, |
что |
можно |
объяснить большой ролью фотонов на пе |
|||||||||||||||||
риферии |
и |
электронов |
от ц-^е |
+ |
v + |
v |
распада. |
Величина |
е в |
|||||||||||
В работе |
[192] |
были |
исследованы флуктуации Фе, |
несомого в |
круге |
радиуса |
||||||||||||||
25 |
м около |
|
оси. Ф е |
флуктуирует |
в несколько |
(раз при |
статистике |
событий |
||||||||||||
~ |
50. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
138
стратосфере в несколько раз больше, чем в нижней трети атмо сферы.
3. Что касается значений е, полученных в нижней трети атмо сферы, то они, с одной стороны, противоречат сравнительно мед ленному поглощению числа частиц в ливне, с другой — противо р е ч а т тем значениям, которые следуют из экстраполяции в области сверхвысоких энергий общепринятых моделей ядерного взаимо действия (см. гл. 5).
ДОЛЯ, СОСТАВ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ |
ХАРАКТЕРИСТИКИ |
Я.-А. |
КОМПОНЕНТЫ |
До появления приближенных методов определения энергии я.-а. частиц, исследование я.-а. компоненты было ограничено изу чением ее пространственного распределения и выяснением на этой основе зависимости полного числа я.-а. частиц Мя ..а . от числа час
тиц в ливне |
Ne. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Зависимость Na,.a(Ne). |
В работе |
[166] были опубликованы |
пер |
||||||||
вые данные |
о зависимости Na..a. |
от |
Ne |
в |
интервале |
изменения |
Ne, |
||||
охватывавшем полтора порядка (от 5• 104 до 2-106 ). По данным |
[166] |
||||||||||
зависимость |
Na.-a. (Ne) в |
этом |
интервале |
изменения jVe |
оказалась |
не |
|||||
регулярной. |
Если представить |
эту зависимость в виде |
Na.a |
— Ne, |
то |
||||||
а = 0,2 при |
ЛГ<2 - 10 5 |
и а = |
1,0 |
при N > 2 |
- 1 0 5 . |
|
|
|
|
||
Последующие эксперименты частью подтверждали этот резуль |
|||||||||||
тат, частью |
противоречили |
ему. |
|
Однако |
правильное |
понимание |
|||||
методической природы наблюдающейся нерегулярности появилось
лишь |
после того, |
как в результате |
исследования |
флуктуации |
ш. а. л. |
была обнаружена сильная корреляция между |
я.-а. компо |
||
нентой |
ш. а. л. и |
параметром функции |
пространственного распре |
|
деления s. Оказалось, что относительное завышение числа я.-а. ча стиц при малых NE связано с выборкой при регистрации малых iVe относительно «молодых» ливней с малыми s и с большим содер жанием я.-а. компоненты.
Поэтому |
получение |
точной |
зависимости |
Л^я.-а.(Л^е) предполагает, |
|||||||
что во всем |
изучаемом |
интервале |
Ne |
рассматривается |
естественно |
||||||
представленный |
для |
каждого |
Ne |
набор значений s. |
|
|
|||||
После появления методов приближенной оценки энергии я.-а. |
|||||||||||
частиц появилась |
возможность |
изучить |
зависимость |
Ns,.a.(Ne) |
|||||||
для частиц различных энергий и на разных высотах в |
атмосфере. |
||||||||||
На рис. 58, а и |
б приведены |
экспериментальные |
данные о зависи |
||||||||
мости Na,.a.(Ne) |
для |
уровня |
моря |
и |
высоты гор |
и для |
различных |
||||
энергетических порогов. Обращает на себя внимание следующая тенденция в экспериментальных данных. Согласно измерениям на
высоте гор [131, |
171, |
176, 193—195] зависимость Na..a.(Ne) |
несколь |
|||||
ко |
более |
слабая, |
чем |
на |
уровне моря. Если принять |
iVa..a..—-./V™, |
||
то |
а на |
уровне моря |
и |
на |
высоте гор |
отличаются на |
величину |
|
Д а « 0 , 2 , |
причем |
а^0,8-г-0,9 |
на уровне |
гор. |
|
|||
139