Файл: Христиансен, Г. Б.pdf

хождение растет). Значительная часть частиц отходит на сущест­ венно большие расстояния от оси ливня.

Для пространственного расхождения ядерной лавины и потоков мюонов значительно более существенным, чем кулоновское рассея­

£

поперечного импульса, приобретаемого при рождении, на порядок больше, чем за счет кулоновского рассеяния.

В случае мюонов относительная роль кулоновского рассеяния несколько возрастает, так как путь существования мюонов значи­

Поперечный импульс, приобретаемый я°-мезонами, дающими начало э.-ф. лавинам, не играет существенной роли для простран­ ственного расхождения основной части электронов и фотонов, так как энергия последних значительно меньше, чем энергия порож­ дающих э.-ф. лавины я°-мезонов.

В некоторых специальных случаях оказывается существенным отклонение частиц в магнитном поле Земли. Для расхождения электронов, я.-а. частиц и мюонов влияние магнитного поля обыч­ но не очень существенно, хотя и создает небольшое нарушение аксиальной симметрии пространственного распределения ливневых

визны частиц с энергией Е в магнитном поле Н при угле 8 между вектором скорости частицы и вектором магнитного поля. Поэтому при очень больших L (в почти горизонтальных ш. а. л.) для мюо­ нов достаточно высоких энергий роль магнитного отклонения мо-

1 4 Плотность воздуха d вблизи уровня моря d = l,2-10~3 г/см3.

21

жет стать весьма существенной сравнительно с другими фактора­

ми рассеяния.

Прохождение через атмосферу большого числа заряженных ча­

ш. а. л., но несут дополнительную информацию о характере разви­ тия лавины частиц в атмосфере. Речь идет в первую очередь о черенковском излучении, ионизационном свечении и радиоизлуче­ нии ш. а. л.

Черенковское излучение частиц ш. а. л. возникает несмотря на большую разреженность атмосферы и очень малое отличие пока­ зателя преломления атмосферы от единицы. Показатель прелом­ ления в воздухе

уровнем моря. Черенковское излучение происходит за счет поля­

нижних слоях атмосферы будет наблюдаться от электронов с энер­ гией более 20 Мэв и от мюонов с энергией более 4 - Ю 9 эв. Если учесть относительное число мюонов и электронов в ливне, то ясно, что излучение будет происходить в основном за счет элек­ тронов.

Из-за большей разреженности атмосферы угол конуса черен­ ковского излучения оказывается достаточно малым. Этот угол определяется выражением

22

Полагая р1 = 1, получаем максимальное значение угла cos Qr =

Величина Qr оказывается значительно меньше угла, приобретае­ мого создающими излучение электронами с у—40 за счет много­ кратного кулоновского рассеяния, т. е. пространственное расхож­ дение черепковского излучения связано с кулоновским рассеянием инициирующих его электронов.

Черенковское излучение имеет достаточно большой световой выход в оптическом диапазоне, в результате чего возможна реги­ страция черенковского излучения даже от лавин, создаваемых пер­ вичными частицами с энергией ~10 1 2 эв. В оптическом диапазоне черенковское излучение слабо поглощается в чистой, безоблачной атмосфере. Это излучение несет в себе информацию о полной энер­ гии ш. а. л. и о всей истории развитияиндивидуального ш. а. л. в атмосфере.

Ионизационное свечение. При прохождении через атмосферу заряженные частицы испытывают так называемые ионизационные потери, которые 'приводят в конечном счете к ионизации и возбуж­ дению атомов и молекул среды (в первую очередь, азота). Воз­ бужденные молекулы азота высвечиваются с характерным време­ нем порядка 10~8 сек с излучением квантов в диапазоне длин волн 2500-=-4500 А°.

Конкурирующим процессом являются столкновения с молеку­ лами кислорода, сопровождающиеся безызлучательными перехо­ дами. Энергетический выход ионизационного свечения зависит от

1 + р/ю

тов ионизационного свечения на единицу геометрического пути заряженной частицы

— ионизационные потери на пути в 1 г/см2 воздуха, d — плот­ ность воздуха. Поскольку pud пропорциональны при больших р, число квантов ионизационного свечения на единицу пути не за­ висит от р при р^>10 г/см2.

Хотя полное число фотонов ионизационного свечения, возни­ кающих на протяжении всего развития ш. а. л., меньше числа фо­ тонов черенковского излучения, ионизационное свечение обладает одним существенным преимуществом — оно изотропно и поэтому

23

может попадать на очень большие расстояния от оси ливня, а его пространственное распределение совершенно не связано с энерге­ тическим спектром и угловым распределением ливневых частиц.

Ионизационное свечение так же, как и черенковское, несет информацию об истории развития индивидуального ливня и об его энергии, но с помощью ионизационного свечения эта информация может быть получена в принципе для ливней предельно высоких энергий, оси которых, как правило, существенно удалены от де­ тектирующего устройства.

Радиоизлучение. Большое число заряженных частиц в ш. а. л. приводит к существованию еще одного интересного явления — когерентного радиоизлучения, сопровождающего лавину частиц в атмосфере. В принципе излучение в радиодиапазоне можно ожи­ дать за счет следующих обычных процессов: радиационного тор­ можения электронов, диффузии и рассеяния б-электронов и обыч­ ного черенковского излучения. Однако определяющими являются процессы, принципиально связанные с 'когерентным излучением всей лавины заряженных ливневых частиц.

Благодаря кулоновскому рассеянию ш. а. л. в первом прибли­ жении можно уподобить плоскому диску радиуса R и толщиной d. Коллективное когерентное излучение всей лавины заряженных частиц происходит при условии, что длина волны К удовлетворяет неравенства

где 9 — угол (по отношению к оси ливня), под которым происхо­ дит наблюдение. В этом случае разность фаз излучения от раз­ личных участков ш. а. л. будет мала, и излучение отдельных участ­ ков можно рассматривать как синхронное. Амплитуды волн излу­ чения, как обычно при когерентном излучении, складываются.

Вдекаметровом диапазоне длин волн условия X~>d и

заряду процессов: аннигиляции позитронов, образования 6-электронов и комптон-

24