книги из ГПНТБ / Христиансен, Г. Б

большой установке Хавера парк 1143] как с помощью обычных методов, так и с помощью беззазорного магнитного спектрометра (рис. 43). Кроме того, появились данные о пространственном рас­ пределении мюонов с энергией ^ 1 Гэв по результатам измере­ ний на установке Сиднейского университета. Данные (136], полу­ ченные с помощью детектора площадью 20 м2, относятся к малым

из рисунка, экспериментальные данные, полученные в различных работах, выполненных на уровне моря, в целом достаточно хоро­ шо согласуются друг с другом. Более неточными в методическом отношении являются данные, полученные на малых расстояниях от оси из-за влияния я.-а. компоненты. Что касается данных Сид­ нейской группы [144], то они могут быть согласованы с другими литературными данными. В [144] дается только ход функции про­ странственного распределения мюонов, а не ее абсолютное зна-

110

чение. Известная в литературе аппроксимация Грейзена дает заметное отклонение от эксперимента при малых г.

На высоте гор (рис. 42,6) первые исследования пространствен­ ного распределения мюонов с энергией ^ 1 Гэв с помощью комп­ лексных установок были проведены в работах Памирской экспе­

полнены с помощью обычных детекторов мюонов. Измерениям на высоте гор можно придавать значение при г>10н-15 м, так как на меньших расстояниях велика роль я.-а. компоненты, которую разные авторы исключают по-разному6 7 .

Интересный результат о флуктуациях пространственного рас­ пределения мюонов малых энергий (^300 Мэв) был получен в работах [139, 146].

Из рис. 44 видно, что пространственное распределение мюонов для ливней с различным видом пространственного распределения электронов (параметр s) несколько различается. «Молодым» лив-

6 7 Из-за большего поглощения в нижних слоях атмосферы я.-а. компоненты сравнительно с мюонной компонентой в ш. а. л. роль имитаций от я.-а. ком­ поненты возрастает с высотой. Данным [139] соответствуют большие абсо­ лютные значения р й , что связано с большей глубиной в атмосфере уста­ новки.

111

ням соответствует более крутой ход функции рц(г), «старым» — пологий. Наблюдаемую зависимость нетрудно объяснить, если учесть, что возраст ливня, по крайней мере эффективно, опреде­ ляет высоту его генерации. При малых s регистрируемые ливни

„мента. В то же время из сравнения

ных детекторов, то вряд ли можно говорить о заметной зависимо­ сти рц(г) от высоты в пределах ошибок эксперимента.

Мюоны, имеющие сравнительно низкую энергию Гэв) на уровне моря, возникают на протяжении не очень большого слоя

видимому, на протяжении всей атмосферы, и поэтому их поток до­ статочно хорошо отражает характер развития лавины из пионов на всех ее стадиях. Наконец, мюоны еще более высокой энергии,

с достаточно большой вероятностью на пути порядка пробега пио­ нов относительно ядерного взаимодействия. Поэтому характери­ стики мюонной компоненты с энергией 1 0 й - И О 1 2 эв отражают ха­ рактерные особенности лавины пионов на первых стадиях ее раз­ вития, т. е. должны быть наиболее чувствительны к особенностям

112

элементарного акта взаимодействия при энергиях, близких к энер­ гии первичной частицы.

Мюоны с энергией > 5 Гэв. Первые исследования мюонов вы­ сокой энергии (^10 Гэв) в составе ш. а. л. с использованием де­ текторов, расположенных под землей, были проведены в цикле

работ Э. Л. Андроникашвили и др. [147]. В этих работах рассмат­ ривалось число совпадений и антисовпадений подземного счетчикового детектора мюонов при его попадании на различные рас­ стояния от оси ш. а. л. Для определения числа частиц и положе­ ния оси ливня использовалась наземная установка, представляв­ шая собой систему коррелированных годоскопов.

В последующих работах для выделения мюонов высокой энер­ гии использовались как подземные помещения, так и детекторы с намагниченным железом. Наиболее полные измерения простран­ ственного распределения мюонов высокой энергии были прове­ дены на комплексных установках Памирской станции АН СССР

[34], МГУ [150, 155—158], на английской установке Хавера парк [31, 148], на установке Института ядерных исследований Токий­ ского университета [138] и на установке Кильского университета

[149](Е»>2Бэв).

из четырех рядов искровых камер по 4 ж2 в каждом ряду. По этой системе камер находилось направление потока мюонов с точно­ стью 14-2°. Это направление принималось за направление оси ливня. Плотность мюонов определялась по показаниям подзем­ ного годоскопа. Остальные параметры ливня, включая s, находи­

и [152] совпадают между собой. В работе МГУ [158] ливни с раз­

результат связан, скорей всего, с невозможностью полностью ис­

Остальные работы о пространственном распределении мюонов различных энергий (рис. 45) находятся в достаточно хорошем со­ гласии друг с другом и в отношении абсолютной величины рм,(г) . Эта величина в разных работах при заданном Е^ оказывается до­ статочно близкой при условии нормировки различных данных по закону pn^/V0 '7 8 . Кроме того, абсолютные величины р»,(г) для раз­ личных пороговых значений Е^ также находятся в хорошем согла­ сии при малых г, где относительная роль малых Е$, несущественна.

Мюоны высоких энергий (>50 Гэв). Исследование простран­ ственного распределения мюонов с энергией более и порядка сотен Гэв представляет собой трудную экспериментальную задачу. Для выделения мюонов таких энергий обычно используются подземные помещения, находящиеся на глубине сотни метров грунта. Если принять, что ошибка в определении направления оси ливня состав­ ляет ~ 14-2° ^1,6- 10~2 -ьЗ,2-10~2 рад, то ошибка в определении положения оси на уровне подземного помещения может стать порядка и более десяти метров. Для мюонов с энергией, прибли­ жающейся к 1000 Гэв, она будет уже существенно больше ожи­ даемого радиуса расхождения мюонов этой энергии. Таким обра­ зом, непосредственное изучение пространственного распределения мюонов указанным методом невозможно.

Для полуколичественных исследований в ряде подземных экс­ периментов использовался метод «кривой раздвижения» в приме-

114

с линейным размером порядка 1 м трех и более мюонов. В даль­ нейшем пучки, состоящие из нескольких мюонов и имеющие раз­ мер около 1 м, наблюдались также с помощью многопластинчатой камеры Вильсона, расположенной под землей и позволявшей кон­ статировать проникающую природу частиц, входящих в состав пучка, а также коллинеарность их траекторий [154].

Упомянутые работы на первый взгляд свидетельствовали о слишком большой частоте пучков мюонов по сравнению с ожидае­ мой на основании спектра плотностей мюонных ливней. Интерес к этому вопросу стимулировал исследование пучков мюонов в со­ ставе ш. а. л.

Первые исследования [155], проводившиеся в МГУ в подзем­ ных помещениях на глубине 20 и 40 м в. э. с помощью больших детекторов из двух-трех рядов годоскопических счетчиков, пока­ зали, что пучки, состоящие из 3-х и более мюонов, наблюдаются только на сравнительно малых (<10 м) расстояниях от оси ливня.

Интенсивность пучков по данным этих экспериментов состав­ ляла несколько единиц на Ю - 3 — - — и в десятки раз превосхо-

час-м2

дила ожидаемую за счет флуктуации, описываемых распределе­ нием Пуассона в предположении постоянства плотности потока мюонов при г < 1 0 м от оси, т. е. фактически в предположении отсутствия градиента р^(г). Измерения далее были продолжены с помощью многорядных детекторов под землей и с общей пло­ щадью годоскопических счетчиков для измерения плотности пото­ ка мюонов вблизи пучка около 40 м2 [156].

При этих измерениях обнаружено, что пучки в стволе пред­

тах МГУ исследовались пучки, удовлетворяющие именно этому условию, а также условию г < 1 0 м.

В последних экспериментах [157, 158] был существенно усовер­

работает коррелированно с комплексной установкой для исследо­ вания ш. а. л. Детектор, состоящий из нескольких рядов искровых камер, является визуальным и позволяет четко разделять случаи прохождения через установку нескольких мюонов от случаев обра-

116

зования в установке локальных ливней, чего не мог делать детек­ тор из годоскопических счетчиков.

Анализ полученных фотографий показал, что около половины событии, принимаемых по годоскопическому детектору за пучки мюонов, на самом деле являются локальными ливнями от мюонов,

Грунт 40 м в э

• • • • • •

• • • • • •

содержащими проникающие я.-а. частицы. Это так называемые «фотоядерные» ливни. Частота их появления соответствует приня­ тому в настоящее время сечению их генерации6 9 . Оставшиеся события соответствуют прохождению через искровые камеры че­ тырех или более мюонов с коллинеарными траекториями, с точ­ ностью ~ 1 ° .

Интерпретация пучков на малых расстояниях от оси.

В работе i[ 158] была показана существенная корреляция между

*9 В период публикации работ [155, 156] это сечение принималось в мировой литературе в 5—6 раз меньше современного значения.

117

формой пространственного распределения мюонов и параметром s.

возможны значения п, приближающиеся к единице. Поэтому при

ли, изменение площади детекторов для наклонных ливней и т. д.). Учет распределения градиента п (см. рис. 48) существенно умень­ шает расхождение между экспериментом и расчетом, и в пределах ошибок расхождения не существует.

Можно ли, однако, считать проблему пучков мюонов таким

118

нить за счет пуассоновых флуктуации. Поэтому имеет смысл вкрат­ це остановиться на возможных потенциальных причинах явления пучков мюонов.

Уже в первых работах по исследованию пучков мюонов рас­ сматривалось несколько возможностей для объяснения наблюдае­ мого явления: а) существенная роль больших флуктуации в вели­

с

та в метрах, на которой еще могут находиться я.-а. частицы, даю­

нов, входящих в пучок, показал [157], что средняя энергия этих мюонов порядка сотен Гэв. В пользу этого говорит также сравне­ ние частоты появления пучков мюонов на больших глубинах под землей (—2000 м в.э.) сравнительно с частотой их появления на глубине 40 м в. э. в экспериментах МГУ.

Интенсивность пучков, состоящих из трех и более мюонов, на больших глубинах имеет значение во много десятков раз меньше,

7 1 Энергия мюона в среднем в 1,3 раза меньше энергии распавшегося пиона (следствие законов сохранения).

119