книги из ГПНТБ / Христиансен, Г. Б

64 ионизационных камер (площадью 1/16 м2 каждая), покрытых тонким свинцовым фильтром (2 см РЬ). Кроме того, для опреде­ ления положения оси ливня с точностью —1 м использовалась обычная система годоскопических счетчиков. Оказалось, что 70% ливней, оси которых, согласно данным годоскопических счетчиков, падают на детектор из экранированных ионизационных камер, имеют одноствольную структуру. Остальные 30% ливней по дан­ ным ионизационных камер представляют собой двуили много­ ствольные образования.

Если рассмотреть те события, в которых оси одноствольных

Для исследования пространственного распределения на малых расстояниях от оси ливня вряд ли можно использовать метод кор­ релированных годоскопов. Этому препятствует целый ряд причин: многоствольные образования не позволяют использовать предпо­ ложение об азимутальной симметрии потоков частиц относитель­ но оси, неверным оказывается предположение о постоянстве плот­ ности потока частиц на протяжении группы годоскопических счет­

детекторов, обладающих практически непрерывной чувствитель­

В настоящее время большие установки из сцинтилляционных счетчиков и искровых камер работают как на уровне моря, так и на высоте гор. В работе [126] исследования проводились с по-

Установка должна иметь линейные размеры порядка метров и очень малое

r=g:i м) не будет расходиться на расстояния, превышающие размеры уста­ новки, и пары будут попадать коррелированно на эту установку."

100

на уровне моря (Токийский университет) впервые была создана установка из 64 искровых камер площадью 50X50 см2, покрывав-

(Кильский университет) эта площадь увеличена до 32 м2 за счет использования 180 тысяч неоновых трубочек с диаметром 1 см. Наконец, в одной из последних работ на высоте гор [129] создан детектор в 18 м2, состоящий из 55 искровых камер площадью 50x50 см2 и 50 сцинтилляционных счетчиков размером 50Х50Х Х3,5 см3 каждый.

Структура ствола. Создание перечисленных детекторов позво­

101

новках со сцинтилляторами. Поэтому будем рассматривать далее экспериментальные данные, полученные только с помощью искро­ вых камер или неонового годоскопа.

Многоствольные ливни. Как уже отмечалось, работы, выпол­ ненные с искровыми камерами, дают долю многоствольных ливней порядка нескольких процентов; доля многоствольных ливней по данным неонового годоскопа <1°/о (9 событий из 2400 ш. а. л.). Меньшая доля многоствольных событий в работах с неоновым годоскопом, возможно, связана с более тщательным исключением случаев ядерного взаимодействия в веществе над установкой, а также, возможно, с требованием несколько большего расстояния Q^2 м) между «подстволами» по сравнению с работами, исполь­ зовавшими искровые камеры.

Обнаружение многоствольных ливней во многих работах трак­ товалось как свидетельство в пользу существования больших по­ перечных импульсов при взаимодействиях в ядерно-каскадном процессе. При этом основывались на следующем определении по­ перечного импульса, приобретаемого частицей, создающей «под-

однозначно на фоне частиц основного ливня. По-видимому, при определении s и N «подливня» по данным о плотности частиц в районе подствола происходит завышение s, а стало быть, и N по

103

отношение E0/h это завышение действует в зависимости от значе­ ния s. Использование самой электромагнитной каскадной теории для нахождения Е0 и h также сомнительно. С учетом ядерно-кас­ кадного процесса можно получать5 9 или меньшие Е0 (при s < l ) или большие Е0 (при s ^ l ) .

На данном этапе исследования многоствольных ливней наи­ более правильным методом анализа экспериментальных данных необходимо признать метод Монте-Карло. В ![132, 133] расчет был

ядер. Предполагалось, что развитие ливня происходит по модели СКР (см. гл. 5) при среднем значении р± = 1 Гэв/с. Если учесть в расчете отбор по расстоянию г между стволами и по абсолют­ ным и относительным величинам так называемых центральных плотностей6 0 ствола и «подствола», то результаты расчета не про­ тиворечат экспериментальным данным; причем многоствольные события в расчете, соответствующие экспериментальным данным, возникают в основном за счет первичных ядер. Это связано с тем,

в атмосфере без существенных энергетических потерь и на рас­ стоянии h, достаточно близком к уровню наблюдения, даст подливень со стволом, далеко отстоящим от основного ствола.

В работе [133] на основании анализа экспериментальных дан­ ных по искровым камерам сделан вывод о необходимости моди­ фикации распределения поперечных импульсов. Это распределе­

тальные данные по многоствольным ливням, может быть, свиде­

гиях.

104

Структура ствола и химический состав первичного излучения.

Вернемся к анализу данных о стволе основной части одностволь­ ных регистрируемых ливней. Расчеты, проведенные методом Мон­ те-Карло [134], показали естественный результат: распределение центральной плотности A/N, нормированной к числу частиц N, имеет ширину, убывающую с атомным номером Л первичной части­ цы, создающей ш . а . л . Среднее значение A/N также убывает6 2 с А.

следования ствола использовалась система искровых камер площадью 20 м2 и системы сцинтилляционных счетчиков на рас­ стоянии до 100 м от центра установки. Согласно [18] на расстоя­ ниях от 3 до 100 м от оси ливня пространственное распределение

105

установки для исследования ствола в работе [18], необходимо от­ дать предпочтение результатам именно этой работы.

Существование резких флуктуации пространственного распре­ деления электронов при г < 3 м от оси может быть понято как проявление роли ядерно-каскадного процесса в развитии э.-ф. ла­ вины. Действительно, за счет флуктуации в развитии ядерной лавины вблизи уровня наблюдения флуктуирует высота зарожде­ ния и энергия Ео я°-мезонов, инициирующих э.-ф. лавину. Поэтому флуктуирует и пространственное распределение э.-ф. лавины, так

дать большими, чем на больших расстояниях, и слабо коррели­ рующими по следующей причине. На малых расстояниях г необхо­ димо рассматривать развитие э.-ф. лавины до вторичных энер­ гий Е, больших характерной энергии ливневых частиц р\ В этом случае лавины оказываются короче: они быстро развиваются и более резко поглощаются. Слабая корреляция между малыми и большими г объясняется тем, что большие градиенты f(r) на ма­ лых расстояниях связаны исключительно с локальными э.-ф. лави­ нами от я°-мезонов, а не с суперпозицией большого числа лавин от я°-мезонов, которые определяют возраст и число частиц всей основной части ш. а. л.

По наблюдаемой экспериментальной форме функции простран­ ственного распределения электронов можно сделать вывод о не­ пригодности некоторых экстремальных моделей для описания процессов взаимодействия при сверхвысоких энергиях. Так, со­ гласно модели ядерных взаимодействий при сверхвысоких энер­ гиях, предложенной Э. Ферми, поток энергии вторичных частиц в лабораторной системе координат имеет плотность углового рас­

взаимодействия мы должны были бы наблюдать постоянную плот­ ность пространственного распределения на малых расстояниях от оси ливня по крайней мере вплоть до 10-М5 м, что резко проти­ воречит опыту.

106

еще в первых опытах Маза и Оже с помощью камеры Вильсона. Однако систематическое исследование проникающей компоненты ш. а. л. началось только после того, как была сформулирована гипотеза ядерно-каскадного процесса [95].

С помощью детекторов, состоявших из многих рядов годоскопических счетчиков, прослоенных большими толщами (до 20 см) тяжелого вещества, было показано, что проникающие частицы состоят из я.-а. частиц (создающих в детекторе с большой вероят­ ностью ливни, включающие проникающие частицы) и ядерно-пас­ сивных частиц — мюонов6 3 . Исследование последних проводилось в дальнейшем с помощью одноили двухрядных детекторов из счетчиков, экранированных со всех сторон большими толщами свинца ~ 2 0 см.

Детекторы мюонов использовались во многих локальных уста­ новках и установках, предназначенных для исследования «кривой раздвижения». В случае локальной установки (как уже отмеча­ лось в гл. 2) из соотношения числа совпадений п неэкранированных счетчиков с экранированным счетчиком можно определить долю мюонов в центральных областях ш. а. л., отбираемых с по­ мощью локальной установки, сопоставляя эксперимент с расчетом, содержащим искомую долю.

При больших расстояниях D между группами неэкранированных счетчиков в принципе также можно найти долю мюонов, усредненную по отбираемому установкой интервалу расстояний от оси ливня, рассчитав число совпадений неэкранированных счет­ чиков с экранированным и вводя при этом в расчет долю мюонов, не зависящую от г в рассматриваемом диапазоне г и не флук­ туирующую от ливня к ливню. Количественная интерпретация данных о числе совпадений с экранированным счетчиком возмож­ на в случае подобия функций пространственного распределения электронов и мюонов и в случае постоянства отношения плотно­ стей мюонов и электронов на заданном расстоянии г от оси в каждом регистрируемом ливне.

Как будет видно из дальнейшего, ни то, ни другое условие не выполняется. Тем не менее такие статистические исследования мюонов позволили получить указание о существенном возраста­ нии доли мюонов при переходе от центральных областей ш. а. л. (десятки метров) к периферии (ЗООн-ЮОО м) в десятки раз — от процентов до десятков процентов.

После создания установок для определения числа частиц и положения оси ливня (см. метод коррелированных годоскопов) появилась возможность исследования пространственного распреде­ ления мюонов рц(>") в ливнях различной мощности N. Первые та­

107

Результаты их приведены на рис. 41. Там же показана зависи­ мость от расстояния г доли мюонов 6 в ш. а. л. Данные о прост­ ранственном распределении мюонов относятся к мюонам с энер­ гией большей той минимальной, которая необходима для прохож­ дения через фильтр толщиной порядка 20 см РЬ. Так как мюоны низких энергий поглощаются преимущественно за счет иониза­ ционных потерь, то эта энергия

пределение мюонов исследовалось с помощью детекторов, собран­ ных из свинцового фильтра и имеющих не менее двух рядов годоскопических счетчиков. Толщина свинцового фильтра над верхним

6 4 Здесь приводятся только качественные аргументы. Количественных расчетов спектров мюонов в области Е~\ Гэв с учетом коэффициента поглощения ядерной лавины и углового распределения мюонов различных энергий не существует.

108