Файл: Христиансен, Г. Б.pdf

Если в качестве области интегрирования использовать область, симметричную относительно своего центра (т. е. круг некоторого радиуса (рис. 8), то положение оси ливня можно найти следую­ щим образом [29]. Находим центр тяжести круга, приписывая каждой группе счетчиков вес пропорциональный регистрируемой плотности. Координаты центра тяжести Хс и Yc равны:

Если предположить азимутальную симметрию функции простран­ ственного распределения, то можно найти направление, соответ­ ствующее наибольшему градиенту функции р(г). Это направление

40

проходит через центр круга и через найденный центр тяжести. Далее, следуя в этом направлении, можно найти точку, соответ­ ствующую максимуму р. Она и будет соответствовать положению оси ливня.

После того как найдено положение оси, получение р(г) не представляет труда: достаточно либо использовать эксперимен­ тальные значения р» в данном интервале расстояний от оси ливня и усреднить их, либо определить полное число счетчиков N, по­

чувствительностью на протяжении большой области плоскости на­ блюдения и хорошей пространственной разрешающей способно­ стью. В качестве таких детекторов японские физики ;в последнее время использовали искровые камеры, покрывающие практически непрерывно площадь в 20 м2 (18]. Результаты, полученные этой методикой, идентичны более ранним результатам исследований методом коррелированных годоскопов во всяком случае на рас­ стояниях более нескольких метров от оси.

Еще в ранних работах по ш. а. л. широко использовались раз­ личные детекторы мюонов и я.-а. частиц. Эти детекторы были обя­ зательной частью многих установок, осуществлявших первые ва­ рианты метода индивидуального изучения ш. а. л.

В первое время применялись детекторы, созданные из несколь­ ких рядов годоскопических счетчиков, прослоенных достаточно толстыми фильтрами из тяжелого вещества, например свинца и железа. Толстый слой тяжелого вещества отсекал э.-ф. компонен­ ту. Для выделения я.-а. частиц использовалось их свойство созда­ вать ливни из электронов и проникающих частиц. Мюоны иденти­ фицировались как отдельные частицы, проникающие через всю толщу детектора.

Однако комплексное использование одного и того же детектора создает определенные затруднения: например, если вблизи оси лив­ ня существует корреляция между потоками я.-а. частиц и мюонов (при заданном числе частиц в ливне N), то измерения потока мюо­ нов дают заниженное значение, так как при регистрации я.-а. час­ тиц выделить треки мюонов в детекторе, как правило, невозможно.

В более поздних работах регистрацию потоков мюонов стали проводить с помощью детекторов, расположенных под землей (за исключением исследования потоков мюонов на больших растояниях от оси ливня, где уже несущественно влияние я.-а. компонен­ ты). Помещая простейшие детекторы мюонов (годоскопические счетчики, сцинтилляторы или искровые камеры) под различными толщинами грунта, можно определять плотность потоков мюонов различных энергий (практически от нескольких Гэв до сотен

41

Гэв) 21. В ряде работ энергия мюонов ш. а. л. определяется также методом магнитного спектрометра [31] с беззазорными магнитами и использованием тела магнита одновременно в качестве фильтра для отделения э.-ф. компоненты.

Для более точного исследования я.-а. компоненты в начале

пластинках, можно дать оценку энергии я.-а. частиц. С помощью ионизационного калориметра энергия я.-а частиц определяется с еще большей точностью и таким образом можно определять поток энергии я.-а. компоненты в ш. а. л.

С целью увеличения пространственной разрешающей способ­ ности детектора для регистрации э.-ф. лавин от я.-а. частиц в на­ стоящее время используются фотоэмульсионные камеры (в частно­ сти, камеры из рентгеновской пленки). Детекторы такого типа принципиально отличаются от всех предыдущих.

Действительно, в обычных детекторах для идентификации мюо­ на или я.-а. частицы, идущей в составе ш. а. л., используются факт почти одновременного падения на установку этих частиц и основ­ ного потока ливневых частиц с точностью от десятка наносекунд (при использовании сцинтилляторов) до микросекунд (при исполь­ зовании счетчиков и ионизационных камер) и даже до милли­ секунд (при использовании камер Вильсона). При использовании фотоэмульсионного метода детектор выдает результат интегриро­ вания потока я.-а. частиц по времени порядка месяцев. Идентифи­ кация я.-а. частиц, входящих в состав ш. а. л., оказывается тем не менее возможной на основании сравнения направлений оси локаль­ ного ливня и оси регистрируемого ш. а. л. Данный метод, конечно, можно использовать для регистрации только я.-а. частиц высоких энергий, сохраняющих направление оси ш. а. л. Выбор высокого энергетического порога также снижает общее число регистрируе­ мых я.-а. частиц, на фоне которых необходимо идентифицировать я.-а. частицы ш. а. л.

Учет углового распределения ш. а. л. В экспериментах на пер­ вых этапах исследования ш. а. л. в нижней половине атмосферы направление оси ливня не определялось. При этом использовалось то, что угловое распределение осей обычно регистрируемых ливней достаточно резкое, т. е. что плотность осей регистрируемых ливней резко убывает с углом г> (например, 'как cos8f>) вблизи уровня мо­ ря. Резко направленный характер углового распределения ливней связан с их существенным поглощением в нижних слоях атмосфе­ ры. Если число частиц в ливне убывает по закону

42

X—Xq

(N0 — число частиц на глубине хо, начиная с которой поглощение происходит по экспоненциальному закону), то число ливней с чис­ лом частиц большим заданного JV0

зависит от количества пройденного вещества и не зависит от его

с точностью до процента при г}<60°.

Показатель функции углового распределения — х определяет­

Для строгого количественного изучения ш. а. л. очень важно знать ориентацию оси ливня даже в экспериментах в нижней половине атмосферы. Например, при исследовании пространствен­ ного, распределения ливневых частиц на больших расстояниях от оси ливня существование наклонных ливней может привести к

энергии с помощью подземных детекторов очень важно опреде­ лять положение оси ливня под землей на уровне этих детекторов, что возможно при знании ориентации и положения оси на поверх­ ности Земли. Наконец, ориентация оси ливня отражает направле­ ние прихода из космоса первичной частицы сверхвысокой энергии, что важно для теории происхождения космических лучей.

Метод определения направления оси ливня. Попытки определе­ ния направления оси предпринимались в ранних работах при исследовании ш. а. л. в стратосфере. На этой высоте плотность углового распределения осей ш. а. л. имеет максимум не при f} = 0,

43