Файл: Христиансен, Г. Б.pdf

Глава 2

Классические методы регистрации широких атмосферных ливней

Широкое пространственное расхождение частиц ливня и боль­ шое их число определили методику обнаружения ш. а. л.

В первых работах французских физиков (Оже и Маз, 1938 г.) [10], впервые доказавших существование ш. а. л., для детектиро­ вания ливней была использована установка из двух счетчиков Гейгера — Мюллера, расположенных в горизонтальной плоскости на некотором расстоянии D друг от друга и включенных на сов­

шесть1 5 . Это позволило наблюдать ш. а. л. более высоких энергий при расстояния Д между группами счетчиков до 1 км.

Очевидно, что с помощью установок {10, 11] нельзя определить основные параметры каждого регистрируемого ливня на плоскости наблюдения (положение и наклон оси ливня, вид функции прост­ ранственного распределения ливневых частиц и полное число этих частиц), а можно оценить некоторые, довольно широкие диапа­ зоны расстояний, зенитных углов и числа частиц, к которым отно­ сились регистрируемые ливни. Поэтому в дальнейшем для детек­ тирования ш. а. л. использовались установки из большого числа детекторов заряженных частиц, разбросанных на площади наблю-

1 5 При увеличении кратности существенно уменьшается относительная роль слу­ чайных совпадений.

26

дения ливня и позволяющих определять плотность потока частиц индивидуального ливня одновременно в нескольких местах плос­

раметрах индивидуального регистрируемого ливня сразу на боль­ шом числе уровней наблюдения в атмосфере. Однако такая уста­ новка нереальна из-за ничтожно малой светосилы при разумных площадях ее отдельных частей.

§ 1. НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ШИРОКИХ АТМОСФЕРНЫХ ЛИВНЕЙ, НА КОТОРЫХ БАЗИРУЮТСЯ КЛАССИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

Перейдем к количественному рассмотрению традиционных ме­ тодов изучения ш. а. л.

Использование этих традиционных методов опирается я а ряд свойств ш. а. л., а именно: а) свойства функции распределения времени прихода ливневых частиц на уровень наблюдения; б) ази­ мутальную симметрию пространственного распределения ливневых частиц; в) пуассоновый характер распределения траекторий лив­ невых частиц на данном расстоянии от оси ливня.

27

Времена прихода ливневых частиц на уровень наблюдения. Рой частиц, возникающих за счет ядерно-каскадного и электромагнит­ ного каскадного процессов, оказывается в общем случае трех­ мерным.

На малых расстояниях от оси ливня этот рой образует приб­ лиженно плоский диск, радиус которого определяется средним квадратичным расхождением ливневых частиц за счет кулоновского рассеяния, а толщина — средним разбросом длин траекто­ рий ливневых частиц, попадающих на плоскость наблюдения. Учитывая только кулоновское рассеяние частиц, получаем для ра­ диуса диска размер

лением от оси ливня и на расстояниях ~ 1 км достигает несколь­ ких сотен метров1 6 . Кроме того, на больших расстояниях от оси передний фронт потока ливневых частиц уже не является плос­ ким, а представляет собой поверхность сферы радиуса несколько километров [15, 16]. Таким образом, для регистрации полного по­ тока ливневых частиц в ш. а. л. необходимо учитывать, что час­

должны иметь времена «собирания» более указанных величин.

Азимутальная симметрия пространственного распределения ливневых частиц. Для э.-ф. лавины эта симметрия является след­ ствием азимутальной симметрии кулоновского рассеяния и нару­ шается при развитии ливня в атмосфере Земли за счет существо­

Н — напряженность магнитного поля.

Таковы результаты эксперимента. Теоретические расчеты хотя бы в рамках электромагнитной каскадной теории отсутствуют для больших расстояний.

28

Если считать (как это принято в электромагнитной каскадной теории), что формирование пространственного распределения лив­ невых частиц за счет их кулоновското рассеяния эффективно на пути порядка пути их существования, т. е. порядка одной радиа­ ционной единицы, Х0, то отклонения от оси ливня за счет кулоновского рассеяния характеризуются величинами

размеров атмосферы, например таких, как мюоны, роль кулоновского рассеяния и отклонения в магнитном поле Земли может оказаться соизмеримой, в целом же пространственное расхождение этих частиц определяется углами вылета их «родителей» в эле­ ментарных актах ядерно-каскадного процесса.

ного распределения частиц, создавая два максимума в простран­ ственном распределении: один за счет положительно заряженных частиц, другой за счет отрицательно заряженных [17, 18].

Азимутальная асимметрия в пространственном распределении электронов может в принципе возникнуть также за счет случайной азимутальной асимметрии в пространственном распределении малого числа я°-мезонов высокой энергии, хотя в элементарном акте рождения я°-мезонов азимутальная симметрия в среднем вы­ полняется. После образования э.-ф. лавин, асимметрия проявляет­ ся в пространственном распределении всех ливневых частиц. Эффект сказывается лишь на малых расстояниях от оси ливня порядка радиуса расхождения осей парциальных лавин от я°-ме- зонов высокой энергии. Эти расстояния порядка одного метра. Это

29