книги из ГПНТБ / Григоров, Н. Л

деле, для этого необходимо при каждой энергии определить <А" > с точностью

А < ^ > = д < / * > = 0 , 0 2 .

Такую точность при измерении {К > в космических лучах обеспе­ чить еще никому не удавалось.

Из этого рассмотрения видно, насколько чувствительным яв­ ляется метод измерения спектров на двух высотах для выясне­ ния зависимости L от Е (и, соответственно, X и (К > от Е).

Рассмотрим теперь вопрос об измерении абсолютного потока адронов высокой энергии F О Е, х).

То, что знание истинного потока адронов на разных глубинах атмосферы необходимо для объяснения механизма образования в атмосфере вторичных частиц высокой энергии (пионов, мюонов, у-квантов), является очевидным. Более сложным является вопрос о связи между абсолютным потоком адронов и эффективным сече­ нием неупругого взаимодействия criri нуклонов высокой энергии. Впервые на возможность получить строгую оценку нижней гра­

мосфере значительно выше уровня наблюдения, обладая энергией Е' ^> Е, но при этом вторичные частицы — продукты этого взаи­ модействия — поглотились в атмосфере (в слое между уровнем наблюдения и уровнем взаимодействия);

в) из потока одиночных пионов (или других вторичных адро­ нов) (!> Е, х) с энергией ^> Е на уровне наблюдения, которые родились в атмосфере, но по каким-то причинам дошли до уровня наблюдения без сопровождения другими частицами.

Таким образом,

Из (4.12) видно, что сравнение абсолютных потоков протонов на границе атмосферы (х — 0) и одиночных адронов той же энер­ гии в глубине атмосферы дает возможность найти нижнюю гра­

Из проведенных рассмотрений ясно, какое значение для фи­ зики космических лучей и физики высоких энергий имеет пра­

претацию ряда результатов, относящихся к частицам высоких энергий.

Большинство экспериментальных данных о значении пока­ зателя спектра адронов на высотах гор, полученных до 1961 г., лежпт в интервале значений у = 2,5—2,7 (эти результаты будут подробно проанализированы в следующем параграфе). Показатель спектра первичных космических лучей в области энергий 101 3 — 101 4 эв, ответственных за частицы с энергиями 101 2 — 101 3 эв на горных высотах, долгое время определялся по данным о широких атмосферных ливнях и принимался равным 2,6—2,7. Близкие значения показателей степени спектров первичных частиц кос­ мических лучей и спектра сильно взаимодействующих частиц в глубине атмосферы служили основанием для далеко идущих ут­

постоянной и что «нет никаких указаний в космических лучах на существенное изменение сечения вплоть до энергий 105 Бэвь. Ниже будет показано, что это утверждение базируется на экспе­ риментальном материале, который не учитывает методических эффектов, связанных с регистрацией адронов высокой энергии в нижней части атмосферы.

глубинах атмосферы посвящено много работ. В подавляющей их части по существу измерялся не спектр частиц (поскольку ис­ пользовались установки, не измерявшие энергию падающей час­ тицы), а измерялся спектр числа частиц в электромагнитных кас­ кадах, или спектр «ионизационных толчков» [48].

Величину толчка обычно выражают в эквивалентном числе релятивистских частиц, проходящих через ионизационную ка­ меру и создающих ионизацию, равную измеренной.

В большинстве работ спектр зарегистрированных толчков отождествлялся с энергетическим спектром частиц. Основанием для этого служили следующие соображения.

Пусть поток изучаемых адронов имеет распределение по энер­ гиям вида F (Е) dE = АЕ~< dE. В веществе установки эти час­ тицы в результате взаимодействий передают часть энергии ило электронно-фотонной компоненте, которая и создает ливни. До­ пустим, что от случая к случаю величина и„о может флуктуиро­ вать и вероятность того, что наблюдаемая доля энергии, передан­

(это — очень важное допущение, которое лежит в основе метода изучения вида спектра частиц по измерениям ионизационных толчков). Тогда спектр энерговыделений в электронно-фотонную компоненту тоже будет степенной с показателем у [49].

на установку, может быть получен из спектра толчков (точнее — энерговыделений в электронно-фотонную компоненту) при усло­

эта цепочка рассуждений может оказаться неверной. Даже при <i^o> = const величина ( и ^ 1 ) существенно зависит от вида функ­

кой степени оправдывается предположение < и^Г1) = const. Необходимо отметить еще одну нестрогость, которая допус­

калась в изучении вида спектра адронов на разных уровнях ат­ мосферы. Измеряемая величина ионизационного толчка опреде­ ляется числом частиц каскадного ливня, проходящих через иони­ зационную камеру. Однако это число т не однозначно связано с

энергией Е„о, переданной электронно-фотонной компоненте в данной конкретной установке.

В самом деле, рассмотрим установку, состоящую из однород­ ного блока вещества (Fe, Pb), на выходе из которого измеряется число частиц т (рис. 4.2) (такого типа установки долгое время были весьма распространенным инструментом для изучения иони­ зационных толчков). В простейшем случае, когда вся энергия, передаваемая электронно-фотонной компоненте, выделяется в первом акте взаимодействия первичной частицы с атомным ядром

значению Ека могут соответство­

вать самые различные виды спектров dn^/dEy и, соответственно, различные значения т при фиксированном х. Точно так же при

Слабая зависимость .т11Шх от Еу приводит к тому, что

где a < g j l ; следовательно, спектр ионизационных толчков должен быть близок к спектру величии Ело, т. е. к спектру адронов (если ( г ^ 1 ) — const).

Действительно, расчеты для конкретных установок подтвер­ дили те предположения, на которых базировались ранние работы по изучению спектра адронов по виду спектра ионизационных толчков. Расчеты, проведенные как нами, так и авторами работ [50, 51], дают, что при степенном спектре адронов вида F (Е) ~ •—• Е~у спектр ионизационных толчков под различными толщинами поглотителя будет степенным с тем же показателем степени у, т. е. п (т) -~ m~ v .

Таким образом, для того, чтобы можно было отождествлять спектр ионизационных толчков со спектром адронов, нужно убе­ диться, что величина ( и'^о х > действительно не зависит от энергии адронов. Этот вопрос будет рассматриваться ниже.

каждой ионизационной камере, показали, что в глубине атмосферы на установку размером ~ 1 м2 часто одновременно падает нес­ колько адронов. В дальнейшем такая интерпретация «структур­ ных» толчков и их основные характеристики были полностью подтверждены измерениями, проведенными как нами [52], так и другими авторами [23].

В области больших величин ионизационных толчков и, соот­ ветственно, больших энергий частиц структурные толчки изуча­ лись на высоте 3200 м над уровнем моря на высокогорной стан­ ции Академии наук Армянской ССР с установкой площадью 10 м2 (рис. 4.5). Установка состояла из шести рядов ионизационных камер длиной 330 см и диаметром 10 см каждая, причем эти ряды находились нод различными толщинами комбинированного филь­ тра из свинца и графита (более подробное описание установки приведено в работе [49], описание ионизационных камер и радио­ технической части установки — в работах [52, 53]). Каждая ка­ мера была соединена с отдельным усилителем, позволявшим из­ мерять ионизацию в диапазоне примерно от 200 релятивистских

фильтрами толщиной соответственно 2 и 3 см и служили для ре­

ли энергию электронно-фотонных каскадов (я°-мезонов), гене­ рированных адронами в фильтрах установки. Регистрация иони­ зационных импульсов в камерах производилась каждый раз, когда величина ионизации в двух или более рядах камер превосходила заданную величину. Эта величина соответствовала ионизации от

Независимая регистрация ионизации в каждой камере уста­ новки позволила исследовать «структурные» толчки, регистри­ руемые установкой с рабочей площадью 10 м2. Большой статисти­ ческий материал позволил тщательно исследовать зависимость