ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 135
Скачиваний: 0
пионов8 9 . В [177] был принят коэффициент пересчета 4-Ю8 эв/част. Усредненный энергетический спектр я.-а. частиц в ш. а. л. с числом
частиц N |
на уровне моря имеет |
вид F(^>E) |
= |
— . |
|
, где |
|||
у=1,2±0,1 |
при 5 - 1 0 1 1 < Л Г < 3 - 1 0 1 2 |
эв |
[178]. Отсюда |
EY |
105 |
ливне |
|||
следует |
в |
||||||||
с числом |
частиц |
J V = 1 0 5 В среднем |
имеется |
одна |
частица |
с |
энер |
||
гией более 8-10" |
эв. Частицы |
более |
высокой |
энергии появляются |
|||||
|
|
8 • ю и э в |
„ |
|
|
|
|
|
|
с вероятностью ~ |
. |
В частности, с вероятностью -~20% |
|||||||
|
|
Е эв |
|
|
|
|
|
|
|
могут появляться |
частицы с энергией, составляющей около |
20% |
|||||||
энергии всей э.-ф. |
компоненты. |
|
|
|
|
|
|
|
|
Таким образом, данные об энергетическом спектре я.-а. частиц свидетельствуют в пользу существования больших флуктуации в
развитии ш. а. л. Как |
показывают многочисленные |
расчеты |
(см. |
|
об этом в следующей |
главе), форма энергетического |
спектра |
я.-а. |
|
частиц при значениях |
F (>Е) |
оказывается весьма |
чувствитель |
|
ной к ряду характеристик ядерно-каскадного процесса. Однако в этой области энергий экспериментальные данные, как уже отме
чалось, еще не являются достаточно |
определенными. |
||
Поток энергии я.-а. частиц. Полный поток энергии я.-а. компо |
|||
ненты может быть определен в |
принципе л и б о |
интегрированием |
|
энергетического спектра, л и б о |
из |
данных о |
пространственном |
распределении потока энергии я.-а. компоненты. Первый путь не точен из-за незнания вида спектра в области малых и больших энергий. Второй путь затрудняется отчасти тем обстоятельством,
что Фя .-а . (г) |
2Т |
и п о э т о м у |
расходится |
при |
малых |
г. |
Более |
||
простым |
является |
третий |
подход, позволяющий связать |
поток |
|||||
энергии |
в круге |
радиуса |
R. |
Ф я . -a. (R) |
с |
непосредственными |
|||
экспериментальными данными. |
|
|
|
|
|||||
Если оси ливней с числом частиц N распределены на плоскости |
|||||||||
наблюдения |
в круге радиуса |
R относительно |
центра |
детектора |
|||||
равномерно, то поток энергии я.-а. компоненты в круге этого ра
диуса, число зарегистрированных |
ливней m и суммарное энерго- |
|
m |
|
|
выделение в детекторе ^ Et |
связаны следующим выражением: |
|
i=i |
|
m |
|
|
|
Ф(Ю |
= — |
yEtnR\ |
|
ma |
|
Действительно, |
|
|
m |
R |
|
YEt= |
.1 |
\ф{г)о2тйг^-. |
^-J |
як 3 |
|
i=\ |
0 |
|
В работе [8] точная энергия определялась по ионизационному калориметру, природа частицы — по знаку ее заряда.
Ю г. Б. Христиансен |
145 |
Так как |
|
|
|
ф (#) = f ф (г) 2nrdr, |
то У Et |
= Ф{Я)а — |
(4.3.2) |
О |
1=1 |
|
|
ф (/?) = — |
У з д |
2 . |
|
/па |
i=i |
|
|
В работе (178] таким способом был определен полный поток энер
гии я.-а. компоненты в |
ливнях |
с числом |
частиц |
Ne = 105-=-106 на |
||||||||
уровне м о р я |
9 0 |
Ф |
я |
. . |
а |
. = |
(1,5±0,4) • 10 |
8 |
yv . |
В ливнях с фиксирован |
||
|
|
|
|
|
|
e |
|
|
||||
ным JVy, Фя .-а. |
|
меньше в |
1,5 раза, |
если |
отбирать |
с такими Л^е, |
||||||
которым соответствует зафиксированное нами Ne. |
|
|||||||||||
ы
WY п
•2 -.1 Ф 0
10
ПГ1
^ "Ц ^-^T-fj
-2 -1 <Р0
Как мы уже |
видели, |
поток |
энергии |
Фя.-а. при данном |
Ne может |
сильно |
флукту- |
ировать. Так, различным значениям s со ответствуют потоки Фя.-а., различающиеся в
несколько |
раз. |
Особенно |
ярко |
проявляют |
||
ся флуктуации |
Фя.-а., |
если |
рассматривать |
|||
поток энергии в круге R^2 |
м, т. е. вблизи |
|||||
оси. Соответствующие |
экспериментальные |
|||||
данные, |
полученные |
в |
работе |
[178], пред |
||
ставлены |
на рис. 60. |
Разброс |
в значениях |
|||
Фя.-а. весьма велик и величина 1/"Д(Фя-а.) |
||||||
|
|
Ф (Д < 2 м) |
|
Фя.-а. |
||
-1,5. В среднем |
- 0,4 . |
|||||
|
|
ф(Я _ оо) |
потока энергии |
|||
Полученное |
значение |
|||||
ядерной лавины в ш. а. л.
Рис. |
60. |
Распределе |
|
Ф я |
. . * . = (1,5±0,4).1 ) 8 |
Ne эв |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
ние |
Фя.-а. В ЛИВНЯХ С |
позволяет |
понять |
причину |
отмеченного вы |
|||||||
фиксированным |
чис |
ше противоречия между сравнительно мед |
||||||||||
лом |
электронов |
(а) |
и |
|||||||||
в ливнях с фиксиро |
ленным |
поглощением |
частиц в ш. а. л., со |
|||||||||
ванным |
числом |
мюо |
ответствующим |
среднему |
значению |
пара |
||||||
|
нов |
(б) [178] |
|
метра 5=1,2 , который получается также и |
||||||||
|
|
|
|
|
из структурной |
функции |
и |
сравнительно |
||||
малои |
величины |
|
энергии |
э.-ф. |
компоненты |
в |
ливне |
|||||
ф э . . ф |
=2-108 Ne |
эв |
|
(которая |
в 2 раза |
меньше |
ожидаемой для |
|||||
s = 1,2). |
Причина |
заключается |
в |
постоянном |
«обновлении» |
э.-ф. |
||||||
ливня за счет передачи ему энергии от ядерной лавины. Действи тельно, изменение величины Фэ .-ф. происходит за счет ионизаци-
9 0 При использовании изложенного подхода необходимо обращать внимание на статистику падения осей ливней на _детектор. Она должна быть достаточно велика для получения правильного Ф я . -а..
146
онных потерь и за счет выделения энергии в я -мезоны в актах ядерного взаимодействия. Можно записать
йФ3..ф. = — $Nedt + a v — ° - Фя..а.Л, |
(4.3.3) |
где ау — доля энергии, передаваемая в акте ядерного взаимодей ствия я°-мезонам; К — пробег относительно ядерного взаимодей ствия. Остальные обозначения обычные. Поскольку Фя .-а. = №ег, причем е более слабая функция t, чем Ne, то
( |
|
X |
6 |
|
2 |
||
|
полагая |
К |
1 |
|
— - ~ — и a v = 1/3 и принимая, что основной вклад в |
||
поток энергии э.-ф. компоненты во всяком случае в среднем вносят пионные взаимодействия^. Отсюда
|
|
|
ft* |
|
е |
|
6 ев |
„, |
|
|
|
Так |
как |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
[X, |
то |
ц == |
цэ ..ф. |
— — |
0,25, |
|
|
|
|
|
dt |
г |
' |
' |
|
6 |
|
|
|
(р = |
84Мзв, |
s = |
200 Мэв |
и |
Фя ..а ./Фэ ..ф . =s 1). Из |
опыта |
= |
0,19 (с |
|||
учетом Л = |
200 |
г/см2). Получаемое |
различие в коэффициенте |
погло |
|||||||
щения и.—20% можно объяснить тем, что в реальном ливне суще ственны флуктуации, учет которых приводит эффективно к умень шению коэффициента поглощения.
Состав я.-а. компоненты. Большой интерес для исследования ядерно-каскадного процесса представляет изучение состава я.-а. компоненты ш. а. л. В принципе в состав я.-а. компоненты ш. а. л. могут входить из известных частиц пионы, каоны, нуклоны и анти нуклоны, гипероны и антигипероны. Однако все нестабильные час тицы, за исключением я±, К^-мезонов, имеют при рассматривае мых энергиях (до 101 2 эв) пробег относительно распада, значи тельно меньший, чем ядерный пробег, и таким образом распада ются на уже перечисленные частицы. Еще в 50-х годах [202] был поставлен вопрос о возможности определения доли нуклонов сре ди всех я.-а. частиц с помощью изучения отношения чисел заря
женных и |
нейтральных я.-а. частиц. |
Действительно, отношение |
|
п± |
Л±4-К± + Р + Р с |
|
|
=s |
• |
. Если принять, |
что числа протонов и неи- |
я° |
|
п + п |
|
тронов равны не только в случае, если они возникают в ядерно-
каскадном процессе за счет нуклон-антинуклонных |
пар, но и в |
10* |
147 |
случае, когда они являются остатками первичных нуклонов, соз
дающих ш. а. л. ш , то |
|
|
п ± |
( 1 — <х) + а/2 |
1—а/2 |
п° ~~ |
а/2 |
а/2 |
где а — доля нуклонов и |
антинуклонов |
среди всех я.-а. частиц. |
Для определения заряженных я.-а. частиц в [202] использова
лись простые |
годоскопические счетчики. Значительно |
более |
совер |
||||||||||
|
|
|
|
шенным |
средством является |
камера |
|||||||
|
|
|
|
Вильсона, хотя и здесь |
велика |
доля |
|||||||
"о |
|
.. ' |
• of |
неопределенных случаев при наблю |
|||||||||
51- |
|
т |
i j |
дении зарядового отношения для ча |
|||||||||
|
|
|
2 |
стиц |
высоких |
энергий |
вблизи |
оси. |
|||||
|
|
|
|
На рис. 61 приведены данные о |
|||||||||
ю |
то |
1 |
зарядовом отношении |
как |
функции |
||||||||
woo |
энергии |
я.-а. |
частиц (226, |
172, |
200, |
||||||||
|
Е,Гэ6 |
|
202], а также доля |
нуклонов |
|
и анти |
|||||||
|
|
нуклонов а, рассчитанная как функ |
|||||||||||
|
|
|
|
||||||||||
Рис. 61. Отношение числа за |
ция Е на основании этих результа |
||||||||||||
ряженных я.-а. частиц к числу |
тов. 'Видно, что, |
хотя |
доля |
нукло |
|||||||||
нейтральных |
как |
функция |
нов |
и антинуклонов не определена |
|||||||||
энергии я.-а. частиц по дан |
|||||||||||||
строго количественно9 2 , все |
же |
||||||||||||
ным: Л — [202]; х |
— {226]; • , |
||||||||||||
О — {200]; 0 |
— |
[172]. |
Доля |
можно |
утверждать, |
что |
она |
со |
|||||
нуклонов и антинуклонов рас |
ставляет |
десятки |
процентов в |
ин |
|||||||||
считана исходя из этих экспе |
тервале |
энергий |
от нескольких до |
||||||||||
риментальных |
данных |
||||||||||||
|
|
|
|
1000 |
Гэв. |
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
Если считать, |
что |
единственны |
|||||||
ми источниками нуклонной компоненты могут быть остатки первич ных нуклонов, а также б-нуклоны, выбиваемые из ядер пионами, то представляется невозможным объяснить существование нукло
нов в области энергий порядка десятков Гэв. |
Действительно, в ра |
|||
ботах |
рассматриваются |
ш. а. л., происходящие от |
первичных |
|
частиц |
с энергией 101 5 эв. |
Нуклоны таких |
энергий |
при среднем |
значении коэффициента неупругости /с=0,5 и при пробеге относи
тельно взаимодействия А,=80 г!см2 |
будут иметь на уровне |
моря |
в ш. а. л. в среднем энергию —101 2 эв |
(см., например, [218]). С |
дру |
гой стороны, доля б-нуклонов по отношению к пионам той же энер гии может составлять величину не более долей процента9 3 .
Таким образом, наблюдаемое отношение —— является свидетельством эффективной генерации нуклон-антинуклонных пар в
9 1
9 2
3 3
В |
последнем случае |
это равенство |
в нижних слоях |
атмосферы выполняется |
за счет процесса перезарядки с точностью 10-М5% [8]. |
||||
Не |
исключено, что |
пространственное |
(распределение |
нуклонов иное, чем пио |
нов. Поэтому необходимо изучать пространственное распределение нейтраль ных частиц.
Это следует из данных о сечении генерации б-нуклонов при взаимодействии пионов (IX Межд. конфер. в Батавии 1972).
148
ядерно-каскадном процессе, во всяком случае в нижней половине атмосферы. Более количественные выводы возможны только при проведении строгих расчетов.
В пользу эффективной генерации нуклон-антинуклонных пар в актах ядерно-каскадного процесса свидетельствуют также новые
эксперименты |
|
индусских |
|
физиков |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
по изучению тяжелых частиц, запаз |
пя.а. |
|
|
|
|
|
||||||||||||||
дывающих |
относительно |
электрон |
|
|
|
|
|
|||||||||||||
ного фронта ш. а. л. В работе [171] |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
исследовалось |
|
запаздывание |
я.-а. |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
частиц, |
|
дающих |
в |
|
спектрометре |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
полного |
поглощения |
|
энерговыделе |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ние |
-~20 Гэв. |
|
Распределение |
вре |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
мен |
запаздывания |
я.-а. частиц от |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
носительно |
фронта |
|
электронного |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ливня |
приведено |
на рис. 62. Для |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
пионов |
|
с |
энергией |
~ 2 0 |
Гэв |
мы |
|
4 - |
|
|
|
|
||||||||
должны были бы наблюдать запаз |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
-2 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
дывание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
105 |
|
|
~ Ю-10 сек. |
|
|
> |
L |
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
2cY 2 |
|
|
2-3-101 0 -2-10* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
Эта |
величина |
|
резко |
противоречит |
-3 |
|
|
|
|
|
|
|||||||||
данным |
|
рис. 62. |
Для |
количествен |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
ного |
обсуждения |
необходимы |
точ |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
ные расчеты9 4 . |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t- —4 »- —I |
|||||
Результаты |
|
исследования |
я.-а. |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
компоненты |
можно |
|
резюмировать |
-4 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
следующим |
образом: |
|
|
|
|
|
|
|
|
50 |
|
|
100 |
|||||||
1) |
полное |
число |
я.-а. частиц с |
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
Тпсек |
|
||||||||||||||||
энергией |
более |
1 Гэв |
|
составляет |
не |
Рис. |
62. |
Распределение |
времен |
|||||||||||
более |
процента |
|
по |
|
отношению |
к |
||||||||||||||
числу частиц NE; |
|
|
|
|
|
|
|
|
запаздываний |
я.-а. |
частиц с |
|||||||||
|
|
|
|
в |
ливнях |
энергией |
20 Гэв |
относительно |
||||||||||||
2) |
число я.-а. частиц |
фронта |
электронной |
компонен |
||||||||||||||||
на уровне моря возрастает с Ne по |
ты |
ш. |
а. л. |
согласно |
fl7 U |
|||||||||||||||
закону |
Nf, |
где ос>1; на высоте гор |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
а < 1 . |
|
(Это обстоятельство |
трудно |
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
понять, исходя из обычных представлений, и поэтому |
необходима |
|||||||||||||||||||
тщательная экспериментальная |
проверка); |
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||
3) |
энергетический |
спектр я.-а. частиц хорошо изучен до энергий |
||||||||||||||||||
~ 1 0 1 2 |
эв |
при Л г е =10 5 ; |
при больших |
энергиях |
( 1 0 1 2 - И 0 1 3 |
эв) ре |
||||||||||||||
зультаты |
различных |
работ |
|
находятся |
в противоречии; |
|
|
|
||||||||||||
4) |
поток |
энергии |
я.-а. компоненты |
в нижних слоях |
|
атмосферы |
||||||||||||||
9 4 В эксперименте |
|
необходима |
высокая |
точность |
в определении |
у, |
так как |
|||||||||||||
149