ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 16.10.2024
Просмотров: 96
Скачиваний: 0
На высотах гор имеются многочисленные данные о распреде
лении Ny., а также |
потоков черенковского |
излучения Q в |
ливнях |
||||||||||
с_ |
фиксированным |
J V e [57, |
141, |
214, |
288, |
289], |
|
когда |
|||||
Л^ц ~ Л 1 - . |
|
Величина a/s для мюонов с энергией более |
1 Гэв, |
||||||||||
как мы видели в гл. 4, несколько уменьшается |
в |
пределах |
от 0,9 |
||||||||||
до |
0,75 с |
возрастанием |
iVe от |
105 |
до |
108. |
Таким |
образом, |
|||||
Т7 |
лО,1-гО,25 |
л |
|
|
зависимость ~ Л |
л0,2±0,05 |
п |
||||||
— А' |
. |
Для Q получается |
|
. |
Вклад |
||||||||
ливней от различных ядер на высоте |
гор соответствует |
естествен |
|||||||||||
ной представленности различных А в |
первичном |
излучении, так |
|||||||||||
как, |
хотя этот |
вклад |
~ Л ( 1 ~ s ) v / |
s , |
|
но s на высоте гор cal. |
|||||||
На высоте гор существенную роль |
играют не только (и даже |
||||||||||||
не столько) |
флуктуации |
в Ne и N^, |
как большие |
ошибки в опре |
|||||||||
делении Ne |
и Np, в индивидуальном |
ливне |
на |
современных |
комп |
||||||||
лексных установках. Для распределения, связанного с ошибками,
мы имеем VDiN^/N^ — 0,25 |
и аналогично для ошибок в Q [290]. |
|||||
Экспериментальные значения |
^ - |
^ |
и 1/D(Q)/Q |
на вы- |
||
соте гор того же порядка 0,25-=-0,35. |
Отсюда ясно, |
насколько |
||||
трудно |
на основании этих данных делать |
детальные |
выводы о |
|||
химическом составе первичного излучения. |
|
|
|
|||
На |
основании сравнения |
экспериментального |
распределения |
|||
/We(Q) |
и теоретически ожидаемого |
для |
протонов и |
обычного |
||
сложного химического состава, с учетом ошибок опыта |
[290] де |
|||||
лается |
вывод о том, что химический состав, |
предполагающий на |
||||
личие |
в первичном излучении |
только протонов, |
противоречит |
|||
эксперименту. Эксперимент хорошо согласуется с обычным слож
ным химическим |
составом (р = 7г, |
<x=xU, M =l/8, Н=1/&) |
при |
|
£ 0 = Ю1 5 -=-101 7 |
эв. |
К аналогичному выводу приходит и автор ра |
||
боты [214], в |
которой наблюдается |
указание на наличие |
пика, |
|
соответствующего |
ш. а. л. от ядер группы М. |
|
||
С другой стороны, авторы работ [288, 141] на основании изуче ния на высоте гор распределений по iVp, в ливнях с первичной энергией ~ Ю1 7 -т-101 8 эв приходят к выводу о чисто протонном составе первичного излучения в указанном диапазоне первич ных энергий.
Чисто протонный состав первичного излучения и вообще мо нохроматический по А состав первичного излучения в [214, 290] отвергается из-за большой «ширины» экспериментального рас пределения по сравнению с ожидаемым. Однако в отношении расчета ожидаемого распределения могут оставаться сомнения, связанные с неучетом флуктуации в регистрируемом потоке Q за счет флуктуации пространственного распределения черенковского излучения. Учет этих флуктуации, возможно, уменьшает расхож дение с чисто протонным распределением.
В то же время вывод работ [141, 118, 288] о чисто протонном составе первичного излучения может вызвать сомнения, если
16»/,' |
229 |
Число |
миЬнеи |
eg[NjNe/io)°'78] |
i • i |
i |
|
Рис. |
87. |
a |
— |
Распределение |
по |
||||
|
числу мюонов в ш. а. л. |
на |
глу |
|||||||
|
бине |
|
х = |
500 |
г/см2 [141]. |
Пункти |
||||
|
ром |
дано |
распределение, |
ожидае |
||||||
|
мое |
для |
сложного |
химического |
||||||
|
|
|
|
|
состава^ |
|
|
|
|
|
|
б — |
Зависимость |
от |
Л/е |
со |
|||||
|
гласно |
экспериментальным |
данным |
|||||||
|
[287] |
|
и |
теоретическим |
|
расчетам |
||||
|
[291] |
|
для |
обычного |
химического |
|||||
|
состава и |
диффузионной |
картины |
|||||||
|
распространения |
космических |
лу |
|||||||
|
|
|
|
|
|
чей |
|
|
|
|
даже считать, что параметр |
1—a/s |
найден |
в |
этих |
работах |
точно. |
||||
Эти сомнения связаны с необходимостью |
количественного |
учета |
||||||||
постепенной фрагментации |
ядер при прохождении |
через |
атмо |
|||||||
сферу, т. е. с необходимостью уточнения гипотезы суперпозиции. Постепенный характер фрагментации может, по-видимому, умень
шить возрастание величины ^ |
с Д т. е. |
сделать |
|
теоретически |
|||
ожидаемое |
распределение для |
сложного |
химического |
состава |
|||
более узким и тем самым более близким к опыту. |
|
|
|
|
|||
На рис. 87, а приведены экспериментальное распределение |
по |
||||||
Л/ц и соответствующие модельные расчеты, заимствованные |
из |
||||||
[141]. Строго говоря, эксперименты, выполненные |
на |
высоте |
гор, |
||||
не исключают даже и такой возможности, |
когда |
все |
первичное |
||||
излучение |
сверхвысоких энергий |
состоит из |
тяжелых |
ядер. Одна |
|||
ко эта возможность может быть отвергнута при анализе экспери ментальных данных, полученных на уровне моря. Действительно,
величина |
V D (Л/ц)/Л/ц в широком |
диапазоне изменения |
Л/ц |
(со |
|||
ответствующему |
Е0 = 101 5 ч-101 7 эв) |
имеет экспериментальное |
зна |
||||
чение - 0,5+0, 6 |
[287] |
(рис. |
73,6). |
|
|
|
|
Как |
видно |
из |
рис. |
73, б, |
экспериментальные |
значения |
|
— = — — |
не уменьшаются |
при возрастании Л/е на пять |
порядков |
||||
ЛГц |
|
|
|
|
|
|
|
230
от |
105 до |
1010. Значения |
VD(Na) |
|
|
противоречат составу |
с Л = 14 |
||||||||||||
— = —— |
|
||||||||||||||||||
или |
Л =31 |
|
|
|
|
Nn |
Л = 1, |
а также сложному |
химиче |
||||||||||
и не противоречат |
|||||||||||||||||||
скому составу. Все это можно |
|
рассматривать |
как указание на |
||||||||||||||||
существенную роль |
первичных протонов вплоть |
до £ 0 = 1 0 1 9 |
эв. |
||||||||||||||||
|
Для |
широкого |
класса |
моделей |
У D (Ne)/Ne |
для |
первичного |
||||||||||||
протона составляет величину ~ 0,5+0,6 |
на |
уровне |
моря. Соглас |
||||||||||||||||
но |
гипотезе суперпозиции |
флуктуации в |
числе |
Л/е |
при |
|
заданных |
||||||||||||
Е0 |
И А |
происходят |
в |
соответствии |
с |
гауссовым |
распределением |
||||||||||||
с |
дисперсией AD (Ne, |
Е0/А) |
и |
средним |
значением |
|
|
ANe\(E0/A). |
|||||||||||
„ |
|
этом |
VAD(Ne, |
EJA) |
|
VD(Ne, EJA) |
и |
относительный раз- |
|||||||||||
При |
— — ^ — ^ — = |
|
— |
|
— |
— |
|||||||||||||
|
|
iVe |
|
ANe(E0IA) |
|
|
|
|
Ne(E,IA)-/A |
|
|
в У А раз. Таким |
|||||||
брос |
в случае первичных |
ядер |
|
уменьшается |
|||||||||||||||
образом, |
даже для |
ядер |
группы |
М |
(Л = 20) |
флуктуации |
|
умень |
|||||||||||
шаются |
в / 2 0 - 4 , 5 |
раза и |
VD(Ne)/Ne |
— 0,1 |
+0,15. |
|
|
|
|
||||||||||
|
Определяющим фактором разброса значений jVe при фиксиро |
||||||||||||||||||
ванном Nfi, в случае ядер |
М и Н будут экспериментальные ошиб |
||||||||||||||||||
ки |
в |
определении |
|
и Ne. |
Из |
рис. 73, а |
видно |
также, |
что |
экспе |
|||||||||
риментальные данные на уровне моря не противоречат обычному сложному химическому составу и чисто протонному составу пер вичного излучения.
В области энергий Е0~ 101 5 +101 7 эв имеются также некоторые дополнительные данные в пользу того, что первичные протоны играют превалирующую роль среди частиц сверхвысоких_энергий.
На рис. 87, б показана экспериментальная зависимость |
от jVe |
|
[287] в широком интервале изменения Ne |
и теоретическая |
зависи |
мость [291], базирующаяся на гипотезе |
суперпозиции и |
исполь |
зующая предположение о возрастании коэффициента диффузии
космических лучей Di(E, Z) |
с энергией, начиная |
с |
E^EKpZ |
(см. гл. V I ) . Это объясняет |
быстрое изменение |
показателя у |
|
и приводит к предсказанию обогащения первичных космических
лучей тяжелыми ядрами при E>EKpZ. |
Эксперимент |
лучше |
согла |
|||||
суется с предположением, что при |
энергиях |
Е<Екр |
первичное |
|||||
излучение состоит только из протонов, |
так |
как |
тогда |
и при |
||||
Е~>Ещ, |
химический состав |
не |
изменяется |
и |
Л/ Й ~Л7 ™ при |
|||
a = const |
во всем |
интервале |
изменения Ne. |
Кроме |
того, как мы |
|||
видели |
выше, |
экспериментальный |
спектр |
по |
N ^ также |
лучше |
||
согласуется с предположением, что в первичном излучении пре валирует парциальный спектр протонов.
Помимо изложенных выше методов изучения химического со става в последние годы был рассмотрен и ряд других методов, основанных на исследовании распределения максимальных плот ностей в стволе ливней [292], распределения потоков энергии я.-а.
компоненты в стволе ливня и пр. |
[248, 293]. |
Все |
эти |
методы |
в |
||
рамках |
гипотезы |
суперпозиции |
приводят |
к выводу |
л и б о |
об |
|
обычном |
сложном |
химическом |
составе, л и б о |
о превалирую- |
|||
231
щей роли первичных протонов. По-видимому, новое направление в исследовании химического состава, правда в области предельно высоких энергий, открывается благодаря изучению характери стик, чувствительных к форме индивидуальной каскадной кривой [60, 141]. Наконец, в [286] предложен метод изучения химического состава при одновременном наблюдении в каждом индивидуаль
ном ливне числа мюонов Ny. и черенковского потока |
Q. На |
уров |
||||||
не моря величина Q с хорошей |
точностью |
дает меру |
энергии |
Е0, |
||||
и ее флуктуации очень малы—-не более |
10% |
[294]. Величина |
Ny, |
|||||
чувствительна к А и |
при заданном Е0 |
и |
А |
испытывает |
также |
|||
весьма малые флуктуации |
~ 1 0 % . |
Как показал |
расчет, |
при |
||||
1—а = 0,15-^-0,2 и в |
предположении, что |
точность в |
определении |
|||||
Л/ц и Q в индивидуальном ливне не хуже 10%, можно получить |
||||||||
разделение пиков, соответствующих различным А в |
распределе |
|||||||
нии по Ыу, при фиксированном |
Q (или |
Е0), |
|
|
|
|
||
Первичные электроны и у-излучение. Для решения проблемы химического состава в области предельно высоких энергий необ ходим, с одной стороны, поиск новых методов исследования, с другой стороны, более детальный анализ уже полученных экспе риментальных данных, и в первую очередь точный учет фрагмен тации первичных ядер и характера их взаимодействия с ядрами атомов воздуха.
Существенная роль я.-а. компоненты в развитии ш.а.л., боль
шие потоки |
мюонов и целый ряд других свойств ш. а. л. |
не остав |
|
ляют сомнения в ядерной природе подавляющей части |
первич |
||
ных частиц |
сверхвысоких |
энергий. В то же время |
возникает |
вопрос о допустимой доле |
среди первичных частиц — частиц иной |
||
природы, в первую очередь электронов и у-квантов сверхвысоких энергий.
Вопрос об экспериментальном изучении ш . а . л . от первичных частиц электромагнитной природы впервые был поставлен в ра
боте [295] (Маз и Завадский), где было предложено |
использовать |
|||||||||||||
то обстоятельство, что рассматриваемые ливни должны |
содержать |
|||||||||||||
аномально |
малые |
(с точки |
зрения |
обычных ш. а. л.) |
потоки |
я.-а. |
||||||||
и мюонной |
компонент. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
Для примера проведем оценку потока мюонов с |
энергией бо |
||||||||||||
лее |
10 |
Гэв |
в ш . а . л . 1 4 1 , |
возникающем |
от |
первичного |
электрона |
|||||||
или у-кванта с энергией |
Е0. |
Обозначим |
через Г (Е0, |
Е', |
t) |
число |
||||||||
у-квантов с энергией Е', |
создаваемое |
на |
глубине t |
в |
атмосфере |
|||||||||
за |
счет |
развития |
э.-ф. |
лавины |
от |
первичного |
электрона, |
или |
||||||
•у-кванта с энергией Е0, |
и через о\Ег, |
т) |
—сечение |
фоторожде |
||||||||||
ния т пионов от у-кванта с энергией |
Е'. |
Тогда |
полное |
число |
||||||||||
мюонов, |
возникающих |
в ливне |
от |
первичного |
электрона |
или |
||||||||
у-кванта, дается следующим |
соотношением: |
|
|
|
|
|
||||||||
Если мы рассматриваем мюоны таких энергий, то нет необходимости учиты вать их распад и ионизационные потери.
232