Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Башкирский Государственный Аграрный Университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги из ГПНТБ / Григоров, Н. Л

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

22.10.2023

Размер:

17.41 Mб

Скачать

☆

1 / 311 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Н. Л. Г Р И Г О Р О В , I I . Д . Р А П О П О Р Т , В. Я. ШЕСТОПЕРОВ

ЧАСТИЦЫ ВЫСОКИХ ЭНЕРГИЙ В КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧАХ

Издательство «Наука» Главная редакция физико-математической литературы

М о с к в а 1 9 7 3

	530.4	S4
	Г 83	S4
	Г 83
	У Д К 537.591
	ГОС. П У Б Л И Ч Н А Я
	Н Л У Ч Н О - Т Е Х ; . Ч Е С К А Я
	Ь И Б Л И О Т Е К А С С С Р

Ч а с т и ц ы	в ы с о к и х		энергий		в	космических лу
чах. Н . Л . Г	р и	г о р	о в,	И.	Д .	Р а п о п о р т ,
В. Я . Ш е с т о п		е р о в .		Монография. Издатель

ство «Наука», Главпая редакция физико-матема тической литературы, М ., 1973 г.

В книге рассмотрены методы, применяемые в последнее время в фпзпке космических лучей, — ме тод ионизационного калориметра и его объединения со средствами визуального наблюдения частиц (с камерой Вильсона, ядерными фотоэмульсиями, и с кровыми камерами). Обсуждаются основные ре зультаты, полученпые с применением этих методов

при изучении частиц с энергиями				1 0 й — 5 . 1 0 1 2	вв.
О б с у ж д а ю т с я пути		развития новых методов иссле
дования,	которые	бы обеспечили		освоение энерге
тической	области	1 0 1 3 — 1 0 1 4	вв.
Рисунков 122,		таблиц 4 1 ,	библиография		199
названий.

Оглавление

Предисловие

Глава

Теория

ионизационного

калориметра

1. Введение

Принцип

работы

ионизационного

калориметра

Передача энергии адронов электронно-фотонной

компоненте

Передача энергии адронов сильно ионизующим частицам . . . .

Точность

определения

энергии

ионизационным

калориметром

Глава

I I

Параметры

ионизационного

калориметра

1 . Основные

требования,

предъявляемые к ионизационному кало

риметру

Выбор

вещества

поглотителя

Детекторы

ионизации

§ 4. Принципы и методы регистрации

ионизации

Особенности конструкции ионизационного калориметра для ра

боты в нижней части атмосферы

за ее пределами

Глава

I I I

Методы

изучения

характеристик

взаимодействия

космических

лучей

известной

энергии

с атомными

ядрами

§ 1 . Общие принципы методов

Объединение камеры Вильсона и искровой камеры с ионизацион

ным калориметром

Регистрация

электронно-фотонных

каскадов

методом

контроли

руемых

ядерных

фотоэмульсий

4. Вероятность

и однозначность

нахождения

ливней

в ядерных

эмульсиях

по

указаниям

ионизационых камер

1	5.	Применение метода контролируемых ядерных фотоэмульсий к ре
		гистрации ливней п больших эмульсионных стопках	73
§	6.	Методы ускорения поиска электромагнитных каскадов	в ядер
		ных эмульсиях	79
§	7.	Временная селекция электронно-фотонных ливней, регистрируе
		мых ядерными эмульсиями	83

Глава IV

Адроны

космических

лучей

высокой

энергигь

в нижней

части

атмосферы

1. Введение

2. Характеристики потока адропов в нижней

части

атмосферы . .

Изучение ионизационных

толчков в

нижней

части

атмосферы

100

Энергетический спектр адронов на

высотах

гор

111

4.1. Абсолютная

интенсивность адронов высокой

энергии (111). 4.2.

«Пере

гиб» в спектре адронов на высотах гор (121).

Роль пионов

высокой энергии

в процессах,

наблюдаемых

ниж

ней

части атмосферы

127

5.1. Влияние пионов на форму

энергетического спектра

адропов

(127). 5.2.

Образование ионизационных толчков пионами (12S). 5.3,

Генерация Y"Кван

тов высокой энергии адронами

атмосфере (133). 5.4. Генерация электрон

но-фотонной компоненты одиночными

адронами и адронами, идущими в со

ставе групп (136).

Определение нижней границы эффективного

сечения

неупруго

го

взаимодействия протонов

легкими

ядрами

при

энергии

Е >

Ю 1 2 se

137

§ 7.

Прохождение

нуклонов высокой

энергии

через

атмосферу

. . .

143

7.1. Спектр первичных космических лучей высокой энергии (144). 7.2.

Нуклоны высокой энергии на разных уровнях атмосферы (146).

Глава

Изучение

характеристик

взаимодействия

частиц

с энергией

выгсе

1012

эв

легкими

атомными

ядрами

методом

контролируемых

ядерных

фотоэмульсий

1 . Определение

энергии у-квантов по фотоэмульсиям

150

Калибровка

ионизационных

камер

методом

контролируемых

ядерных фотоэмульсий

155

Характеристики ливней,

регистрируемых методом контролиру

емых фотоэмульсий

158

4. Основные характеристики процесса образования

пионов

высо

кой

энергии

162

Сравнение характеристик наблюдаемых взаимодействий с резуль

т а т а м д р у г и х работ

170

			Глава	VI
	«.Молодые»		атмосферные			ливни
§	1. Регистрация «молодых»		атмосферных		ливней			178
§ 2. Основные особенности генерации электронно-фотонной							компо - .
	неиты в молодых атмосферных			ливнях			. .	185
§ 3. Изучение молодых		атмосферных ливней методом контролируемых
	ядерных фотоэмульсий							189
			Глава	V I I
	Генерация	пионов		высокой		энергии
	в	космическим			лучах
§	1. Основные характеристики		генерации		пионов	высокой	энергии	193

1.1. Интенсивность генерации пионов высокой энергии в атмосфере (195).

1.2.Генерация пионов в различных процессах (199).

§2. Роль взаимодействий с большой неупругостыо в генерации иони

зационных толчков и молодых атмосферных ливней	203
§ 3. Широкие атмосферные ливни и взаимодействия с большой неуп
ругостыо	2С6
§ 4. Об изобарном механизме генерации высокоэнергичных пионов	215

4.1. Соотношение энергии нуклона и п-мезонов, возникающих при распаде изобар (216). 4.2. Средний перпендикулярный импульс пионов (220). 4.3. Особенностиспектра пионов в файербольно-изобарной модели (221).

Глава V I I I

		Изученгіе		характеристик		взаимодействия
		адроиов	с веществом		методом		ионизационного
		калориметра			с камерой		Вильсона
§	1. Установки		для	изучения	элементарного	акта взаимодействия
		адронов с легкими атомными ядрами						227
§	2.	Множественность вторичных частиц, рождаемых при взаимодей
		ствиях частиц с		энергией	в сотни Гэв			2с0
§	3.	Энергетический спектр рождаемых частиц и коэффициент						неупру -
		гостп взаимодействия адронов						233
§	4.	Угловое распределение частиц при энергиях в сотни .Гэв						238
		4.1. Угловое	распределение ливневых частиц в системе центра масс (С-сно-
		теме) (23S).	4.2. Угловое распределение ливневых частиц в S-системе (241).
§ 5. Несимметричные ливни.								245
§	6.	Гипотеза о файерболах и			экспериментальные		данные,	получен
		ные при высоких		энергиях частиц космических			лучей	24S

6.1. Угловое распределение ливневых частиц (249). 6.2. Двугорбовые ливни (255). 6.3. Масса файербола (260).

Глава IX

	Возможные			пути		развития		ядерного		аспекта
				физики		космических		лучей
§	1. Некоторые итоги изучения адронов космических лучей									высоких
		энергий								263
§ 2.		Перспективы изучения частиц высоких энергий в нижней части
		атмосферы								268
		2.1. Возможности применения методов непосредственного исследования взаи
		модействий (268). 2.2. Возможности применения						косвенных методов иссле
		дования взаимодействий (271).
§	3.	Перспективы		изучения		частиц	сверхвысоких		энергий	на боль
		ш и х высотах								277
Приложение.			Первичные		данные о		характеристиках		взаимодействий
		адронов	с энергиями		( 2 — 1 0 ) . 1 0 1 2 эв в мишени				из углерода . . 288
Литература										298

Предисловие

На протяжении почти всей истории изучения космических лучей они давали возможность заглянуть в ту далекую область физики частиц высоких энергий, которая представлялась прак тически невоспроизводимой в лабораторных 'условиях. И хотя этот взгляд иногда был похож на рассматривание предмета сквозь зыбкую поверхность воды, тем не менее во многих случаях то, что удавалось увидеть в области частиц космических лучей высо кой энергии, оказывало революционное воздействие на развитие физики элементарных частиц.

То обстоятельство, что в космических лучах есть частицы прак

тически	любых энергий	(по	крайней	мере до 102 0		эв),	внуша
ло определенный оптимизм			в отношении		роли	космических
лучей	как своеобразного	форпоста		физики	частиц		высоких
энергий.

Первому испытанию эта точка зрения подверглась в начале пятидесятых годов, когда появились бэватроны — ускорители частиц таких энергий, с какими в то время проводились основные исследования в космических лучах. Физики, работавшие в косми ческих лучах, перешли в область энергий 100—1000 Гэв, т. е. на один-два порядка превосходящих энергию частиц, искусст венно ускоренных в ускорителях. При этом пришлось вырабо тать новые принципы исследований и разработать новую методику, адекватную этим принципам.

Внастоящее время физика частиц космических лучей высокой энергии подверглась новому испытанию: ускорительная техника дала возможность изучать взаимодействия адронов при энергиях

всотни и тысячи Гэв. Обсуждаются проекты создания встречных пучков, которые будут эквивалентны энергии налетающей части цы Ю1 *—101 6 эв.

Вэтой ситуации настоятельным является обсуждение путей развития физики частиц высоких энергий в космических лучах: есть ли у нее перспективы и в чем они заключаются? Какие методы могут оказаться пригодными для реализации этих пер спектив?

Вкаком направлении целесообразно сосредоточить усилия экспериментаторов для развития новых методов исследования,

которые бы обеспечили освоение энергетической области

1 0 1 3 — 1 0 1 4 эе	задолго до того,	как	она станет достоянием новых
гигантских	ускорителей?
Все эти проблемы требуют обсуждения также и потому, что
исследования в космических		лучах	стали очень дороги и методы

планирования этих экспериментов должны быть поставлены на научную основу.

Чтобы ответить на поставленные вопросы, в основном обра щенные в будущее, необходимо оглянуться на пройденный путь, подвести некоторые итоги изучения частиц высокой энергии в кос

мических	лучах, выявить результаты принципиального				значения,
которые	были получены	при	изучении	частиц с	энергиями
1011 - Ю 1 2	эв.
Такой	подход может	помочь	наметить	направление исследо

вания частиц космических лучей в новой энергетической области п определить пути развития методов исследования.

Все эти соображения и побудили авторов написать данную книгу.

Помимо высказанных общих соображений имеется и частная, но тем не менее важная побудительная причина для написания этой книги. В нашей стране, как ни в какой другой, в прошедшем десятилетии широко проводились исследования космических лу чей высокой энергии и их взаимодействий с веществом. Однако, при всем обилии журнальных публикация, нспытывается недо статок в литературе, обобщающей результаты исследований в этой области. В немногих имеющихся книгах, вышедших за пос леднее время, ряд основных результатов часто интерпретируется на основе дискуссионных, а подчас п устаревших эксперименталь ных данных; не рассматривалось, в какой степени обоснованы важ нейшие экстраполяции характеристик взаимодействия в область высоких энергий, которые сделаны ранее, в начале пятидесятых годов, когда отсутствовали непосредственные экспериментальные данные. Нам представлялось необходимым подробно рассмотреть спорные результаты исследований и попытаться дать им по мень шей мере внутренне непротиворечивую интерпретацию.

При этом особое внимание уделено таким фундаменталь ным вопросам, как зависимость эффективных сечений неупругого взаимодействия нуклонов с легкими атомными ядрами от энергии нуклонов; зависимость коэффициентов неупругости от энергии нуклонов; роль пионов в генерации вторичных частиц и, в связи с этим, природа взаимодействий с большой неупругостыо, сущест венных для формирования наблюдаемых в космических лучах потоков вторичных частиц высокой энергии.

Значительное внимание мы уделили в книге методическим проблемам. Рассмотрены методы изучения частиц космических лучей с энергией 10 1 1 — 10 1 2 эв, которые в прошедшее десятилетие позволили получить ряд новых результатов и продолжают оста ваться и сейчас основными экспериментальными методами. Под робное их обсуждение представляется полезным, потому что

нужно отчетливо представлять, что и в каких условиях может использовать экспериментатор в энергетической области 101 3 — 101 '1 эб, какие методические стороны требуют своего развития

ив каком направлении.

Всоответствии с выбранной тематической линией книги она написана в основном на материалах, полученных в лаборатории космических лучей Института ядерной физики Московского го сударственного университета. При обсуждении основных вопро сов, составляющих содержание «физической» части книги, мы

привлекали и результаты, полученные		аналогичной методикой
в других	лабораториях.
Такой	подход к выбору материала определяется двумя		причи
нами.
Первая	состоит в том, что методика	ионизационного	калори

метра и его объединения со средствами визуального наблюдения ведет свое происхождение из нашей лаборатории. Эксперимен тальные результаты по вопросам, обсуждаемым в книге, в боль шинстве случаев впервые получены в нашей лаборатории и в пос

ледующие годы подтверждены, по	крайней	мере качественно,
в ряде исследований, проведенных	другими	авторами.

Вторая причина состоит в том, что при интерпретации экс периментальных данных, полученных с применением новых мето дов наблюдения, мы стремимся показать определяющее влияние флуктуационных процессов на большинство наблюдаемых в кос мических лучах явлений. При этом естественно стремление авто ров опереться на те экспериментальные данные, относительно которых им ясна обычно скрытая от читателя техника их полу чения и обработки. Однако, беря за основу результаты, получен ные в лаборатории, показывая на их основе читателю возможные методические ошибки, мы, там где это было возможно и целесо образно, при обсуждении привлекали и другие экспериментальные

данные.
Из задач, поставленные перед собою		авторами, определилась
и структура книги. В главах	I — I I I изложена		методика изучения
элементарных взаимодействий адронов		космических		лучей из
вестной энергии (в области	100—5000	Гэв),	которая	основана

на применении ионизационного калориметра совместно с различ ными типами приборов для наблюдения продуктов взаимодейст вия. В главах I V — V I I I изложены экспериментальные результаты изучения адронов космических лучей, полученные с помощью методики, в основе которой лежит применение ионизационного

калориметра.	В главе I X	обсуждаются	перспективы	изучения
частиц космических лучей		сверхвысокой	энергии в	«земных»
и космических	условиях.

Авторы выражают горячую признательность всем сотрудникам лаборатории космических лучей НИИЯФ МГУ, принимавшим участие в разработке новых методов и в проведении эксперимен тов в трудных высокогорных условиях, а также нашим коллегам

1 / 311 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги из ГПНТБ