книги из ГПНТБ / Христиансен, Г. Б

вых камер площадью 20 м2. Во всех перечисленных работах (за исключением [175, 196]) наблюдается зависимость величины г0 от числа частиц в ливне N. На наш взгляд, эта зависимость есть следствие сильной корреляции между параметром ливня s и функ­ цией пространственного распределения я.-а. частиц. Как показы­ вают оценки, системы управления установками [131, 172, 176] та-

N40

12

ед<Ряа.эвм'

12

' N = 10

• S'0.8-1,1

10

, • S-1,3-15

10

. Москва

• Памир

Рис. 53. а — Пространственное распределение потоков энер­ гии я.-а. частиц, а — в ливнях с Л/=105 на уровне моря и на высоте гор: ф — [177], + — [34]; б — пространственное распределение потоков энергии я.-а. частиц в ш. а. л. с W=105 для различных значений s согласно [178]

ковы, что для ливней малой мощности происходит выборка моло­ дых ливней, что в свою очередь приводит -к выборке более острых функций пространственного распределения я.-а. частиц. Существо­ вание такой корреляции, которая следует из многих моделей раз­ вития ливня, экспериментально для ря,.а.(г,>Е) не проверялось. Однако уже давно существуют данные о пространственном рас­ пределении потоков энергии, несомой я.-а. частицами, и о корре­ ляции этой функции с параметром s.

130

Какие же выводы можно сделать из рассмотрения приведенных данных? Строгие выводы возможны только после проведения тща­ тельных расчетов по различным моделям развития ливня (о чем будет идти речь в следующей главе). Однако некоторые заключе­

то в пространственном распределении потоков энергии я.-а. ком­

поненты вплоть до расстояний г >Л—^— > 15 м, что резко проти­

Ус

воречит опыту.

Несомненно следует также обратить внимание на особенность пространственного распределения я.-а. частиц высоких энергий. Величина г0, характеризующая пространственное расхождение частиц с энергией >Е, оказывается сравнительно слабой функ­ цией Е. Является ли это следствием увеличения характерной высо­ ты (с которой собираются я.-а. частицы) с увеличением их энер­ гии, или, может быть, следствием возрастания эффективного пока­ зателя энергетического спектра я.-а. частиц с их энергией8 1 , или возрастания среднего значения pj_ с энергией я.-а. частиц — эти вопросы могут решать только строгие расчеты (см. гл. 5).

С точки зрения экспериментальной, конечно, желательны даль­ нейшие методические уточнения полученного материала и в осо­ бенности получение данных в области еще более высоких энергий я.-а. частиц. В этом смысле наиболее перспективным является, по-видимому, сочетание ионизационного калориметра или спектро­ метра полного поглощения с рентгеновскими пленками. Это позво­ лит устранить, с одной стороны, неопределенности в оценке энер­ гии я.-а. частиц, с другой стороны, обеспечит возможность учета эффекта пространственного наложения лавин от двух или несколь­ ких я.-а. частиц. Такой комбинированный детектор осуществлен

внастоящее время на Тянь-Шаньской установке.

Сточки зрения устранения неопределенностей в оценке энер­ гии я.-а. частиц заслуживает внимания также попытка использо­ вания магнитного спектрометра в сочетании с неоновыми трубоч­ ками и нейтронным монитором [179]. Нейтронный монитор необ­ ходим для идентификации я.-а. частиц; магнитный спектрометр с неоновыми трубочками — для определения импульса и знака за­ ряда я.-а. частицы.

Это важно, так как рассматривается р я . - а . (/">£).

132

рактеристик, в том числе и пространственного распределения на уровне гор и моря в ливнях с числом частиц Л/=105 -г-107 и на

что относительное число черенковских фотонов растет при пере­ ходе от высоты гор к уровню моря. Это связано просто с возра­

133

фотонов (вблизи оси ливня) электронами ш.а. л. и только из при­ лежащих слоев атмосферы, где число частиц ./V одинаково на двух уровнях наблюдения.

Индивидуальные функции пространственного распределения были получены в [57] на высоте гор (рис. 54,6). Корреляция этих функций с другими параметрами ливня (например, s) не рассмат­ ривались. Как видно (рис. 54,6), вряд ли можно говорить о суще­ ственных флуктуациях формы функций Q(r), хотя, по-видимому, существуют флуктуации в абсолютном потоке Q.

§ 3. СОСТАВ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

ШИРОКИХ АТМОСФЕРНЫХ ЛИВНЕЙ НА РАЗЛИЧНЫХ ВЫСОТАХ В АТМОСФЕРЕ

Для исследования природы частиц и энергетических характе­

стали получать лишь после создания больших комплексных уста­ новок, позволяющих определять параметры ш. а. л. с хорошей точ­

С помощью этого метода было установлено характерное разли­ чие между показателем спектра плотностей электронной х е и мюон-

периментальным данным хе /Хц = 0,8. Следовательно, доля мюонов в ш.а. л. падает с возрастанием числа частиц в ливне. Этот вывод [180], полученный в узком интервале значения плотностей, в по­ следующих работах был подтвержден в широком интервале NE.

Энергетические характеристики э.-ф. компоненты ш. а. л.

Для исследования потоков энергии и энергетического спектра э.-ф. компоненты в ряде работ были использованы методы иони­ зационного калориметра [181, 182] и метод многопластинчатой камеры Вильсона [183—186].

Метод ионизационного калориметра использовался в статисти­ ческом варианте [181]. Установка состояла из пяти блоков иони­ зационных камер высокого давления и усилителей с широким

Если сделать обычные предположения о постоянстве показателя, первичного спектра и о независимости (г) и р е (г) от и JVe •

134

динамическим диапазоном, позволявших проводить измерения ионизации с точностью до ионизации, соответствующей 7з реляти­ вистской частицы. В разных блоках ионизационные камеры нахо­ дились под различными толщинами свинцового фильтра (от 2 до 12 ^-единиц) и размещались близко друг к другу. В каждом инди­ видуальном ливне, таким образом, наблюдалась ионизация одно­ временно под несколькими фильтрами на приблизительно одина­ ковых расстояниях от оси, однако потоки частиц, падающих на разные фильтры, были статистически независимы. Данные по со­ вокупности ливней с близкими г я N усреднялись для различных толщин фильтра и в результате получалась некоторая усреднен­ ная экспериментальная каскадная кривая, характерная для дан­ ного расстояния г от оси.

Используя результаты расчетов по электромагнитной каскад­ ной теории для тяжелых элементов [187], можно определить плот­ ность потока энергии, несомой э.-ф. компонентой на заданном рас­ стоянии г от оси ливня с числом частиц N. При этом каскадная теория используется только для точной экстраполяции экспери­ ментальных каскадных кривых в область малых и больших глу­

ние измерено на расстояниях от оси ливня от ~ 1 ж до 102 м83. На том же рисунке приведены данные работы [178], полученные не­ сколько иным способом и относящиеся к ливням с фиксирован­

таты работ [188, 189], выполненных на высоте гор с аналогичной методикой. Данные различных работ хорошо согласуются. Соглас­

поненты в расчете на одну заряженную частицу как функцию г.

проводились с помощью детектора из свинцового стекла с фото­

135

излучение, которое благодаря прозрачности стекла регистрирова­ лось ФЭУ. Число радиационных единиц в детекторе было доста­ точно велико, чтобы считать поток черенковского излучения пропорциональным первичной энергии з.-ф. компоненты. Согласно

(дг,м

ся постоянной вплоть до 1000 м от оси 8 4 . Возможно, что послед-

Требование регистрации с помощью ионизационных камер долей ионизации от одной релятивистской частицы (см. выше) связано со значением Е(г) — на больших расстояниях, для которых в максимуме лавины наблюдается не­ сколько частиц при отборе, из соображений статистики, ливней, дающих плотность ~ 1 частицы на детектор.

136

нее обстоятельство частично объясняется вкладом э.-ф. компонен- '- ты от распада мюонов. Действительно, если средняя энергия мюо­

ются фотоны, имеющие относительно большой пробег поглощения

что достаточно велико и не противоречит экспериментальным дан­ ным. На малых расстояниях от оси ливня функция Е(г) растет медленнее с убыванием г, чем это следует из электромагнитной

каскадной теории при больших Е0-*оо Е(г) —. По-видимому,

это связано с относительно малым значением энергии Еп« я°-мезо- нов, генерирующих парциальные э.-ф. лавины в ливнях с числом

Большой интерес представляют также данные об энергетиче­ ском спектре электронов и фотонов [185, 186, 193] в ливнях с чис­ лом частиц iV~105 на уровне гор и на уровне моря. Энергия от­ дельных электронов и фотонов определялась в этих работах по каскадному размножению в свинцовых пластинках камеры Виль­ сона. На рис. 57 приведены результаты работы [186], представляю­

ответствующий теоретический спектр (пунктирная кривая), ожи­

137

Из экспериментальных данных (рис. 55 и 56) можно получить величины средних полных потоков энергии, несомых э.-ф. компо­ нентой в ливнях с числом частиц N на различных высотах в ат­

Vлись ш. а. л. с направлением оси # < 3 0 ° .

\С помощью сцинтиллятора, экраниро­ ванного 2 см РЬ, определялся переход­

138

стратосфере в несколько раз больше, чем в нижней трети атмо­ сферы.

3. Что касается значений е, полученных в нижней трети атмо­ сферы, то они, с одной стороны, противоречат сравнительно мед­ ленному поглощению числа частиц в ливне, с другой — противо­ р е ч а т тем значениям, которые следуют из экстраполяции в области сверхвысоких энергий общепринятых моделей ядерного взаимо­ действия (см. гл. 5).

До появления приближенных методов определения энергии я.-а. частиц, исследование я.-а. компоненты было ограничено изу­ чением ее пространственного распределения и выяснением на этой основе зависимости полного числа я.-а. частиц Мя ..а . от числа час­

методической природы наблюдающейся нерегулярности появилось

деления s. Оказалось, что относительное завышение числа я.-а. ча­ стиц при малых NE связано с выборкой при регистрации малых iVe относительно «молодых» ливней с малыми s и с большим содер­ жанием я.-а. компоненты.

энергетических порогов. Обращает на себя внимание следующая тенденция в экспериментальных данных. Согласно измерениям на

139