книги из ГПНТБ / Григоров, Н. Л

с этими измерениями Fv О 101 2 , 0) = 2,3 • 102 м~2 час-1 стер-1^ Кроме того, примерно 40% от этого потока составляют нуклоны,, заключенные в первичных ядрах с такой же энергией на нуклон. Поэтому полный поток нуклонов с энергией свыше 101 2 эв на гра­ нице атмосферы

FN ( > 101 2 ,0) = 3,2-102 м-2 час-1 стер-1.

Если считать, что нуклоны, содержащиеся в ядрах, при первом же взаимодействии ядра в атмосфере теряют всю свою энергию,, для определения пробега поглощения нуклонов нужно принимать,

Если при первом же столкновении первичного ядра с ядром атома

Поэтому есть основания полагать, что пробег поглощения нукло­

Отметим, прежде всего, особенности работ, в которых наб­ людается «перегиб» в спектре адронов, т. е. резкое изменение по­ казателя спектра у, происходящее в узком интервале изменения энергии или ионизации.

1. Из пяти серий измерений в четырех измерялся спектр иони­ зационных толчков [51, 57, 58, 59] и в одной — энергетический спектр частиц (был применен ионизационный калориметр) [62]. В трех работах [58, 59, 62] перегиб в спектре наблюдался. В двух

2.Как правило, в точке, в которой наблюдается изменение по­ казателя спектра у (в точке перегиба спектра), зарегистрировано малое число частиц — несколько десятков: 19 частиц в работе [58], 37 частиц в работе [62] и только в работе [59] зарегистриро­ вано 130 частиц.

3.Точка перегиба в разных работах приходится на разные

энергии частиц: от 7-101 2 эе[62] до 3 - Ю 1 3 эв [65]. (В работе [65] используется первичный материал, полученный в [59], но уточня­

спектры.

В физике космических лучей интегральные спектры получили •широкое распространение. Использование интегральных спектров вместо дифференциальных для определения показателя степени обычно связано с малой статистикой наблюдательного материала.

При чисто степенном характере спектра величины х, когда ча­

показателя степени у— 1 в интегральном спектре такая же, как при определении показателя у в дифференциальном спектре. Ви­ димая же точность (разброс точек) в интегральном спектре лучше,

ки в интегральном спектре не независимы, и тем более связаны друг с другом (ордината одной точки определяет ординату сосед­ ней), чем блнже их абсциссы друг к другу. Такая взаимная связь точек в интегральном спектре может быть причиной имитации пе­ региба в спектре.

Рассмотрим этот вопрос подробнее.

Возьмем априорный спектр ионизационных толчков в виде dndl _= 47-2,5

и допустим, что проводится измерение интегрального спектра иони­ зационных толчков п О I ) , который связан с величиной / со­ отношением п (!> 7) = 2?/-1 »5 .

Максимальная зарегистрированная величина ионизации в каж­ дом конкретном эксперименте ограничивается статистикой на­ блюдаемых толчков:

Допустим, что измерения ведутся через равные (в логарифми­ ческом масштабе) интервалы величины х так, что

l g ^ ± L = _ 0 t 2 .

і

Врезультате измерений был бы получен дифференциальный

спектр, который в координатах d^gx изображен на рис. 4.17 точками (в предположении отсутствия статистических флуктуации).

Чтобы в этом убедиться, по точкам дифференциального спектра, приведенного на рис. 4.17, были построены интегральные спектры (рис. 4.18). В одном спектре принималось значение N5, в другом N5. Для других интервалов принимались средние значения Nt, показанные на рис. 4.17 точками. Получившиеся в этих двух слу­ чаях интегральные спектры представлены на рис. 4.18: темными

Из рис. 4.19 видно, что в дифференциальных спектрах нет статистически обеспеченных перегибов. (Более того, в дифферен­ циальном спектре отчетливей выявляются методические ошибки измерений: отклонение некоторых точек от предполагаемого спект­ ра на четыре среднеквадратичные ошибки или больше, аномально

гистрировано было 18) и создает в интегральном спектре перегиб. Такое отклонение одной точки из 20 является статистически за­ конным.

Иную кривую — плавную или с из­

строго было бы доказано существование резкого перегиба в спектре адронов в глубине атмосферы при энергиях в окрестности 101 3 эв.

5.1.Влияние пионов на форму энергетического

спектра адронов

Практически во всех экспериментах с частицами высокой энер­ гии (Е 2^ 101 1 эв), которые до настоящего времени были выполнены в космических лучах, пионы прямыми методами (скажем, по от­ клонению в магнитном поле) не отделялись от нуклонов. Так как при взаимодействии нуклонов с энергией до 101 2 эв по ускоритель­ ным данным пионы составляют большую часть генерируемых ча­ стиц, то есть основания предполагать, что и при энергиях нукло­ нов ~ 101 3 эв пионы будут доминировать среди генерируемых частиц, т. е. они могут доминировать и в ненуклонной части пото­ ка адронов космических лучей. Поэтому, обсуждая ниже различ­ ные эффекты в космических лучах и роль в них пионов, мы будем под пионами подразумевать всю ненуклониую часть потока адронов, лриписывая ей некоторые характеристики пионов (например, се­ чение неупругого взаимодействия с легкими атомными ядрами).

Вопрос о влиянии пионов был бы чисто академическим, если бы не оказалось, что их поток в нижней части атмосферы состав­ ляет значительную часть общего потока адронов высокой энергии. Так, по данным магнитного спектрометра на уровне моря доля пионов по отношению к протонам той же энергии 10—30 Гэв составляет (0,6 + 0,1) (0,5 + 0,1) [69], т. е. составляет ~ 20% от потока всех адронов. С ростом энергии частиц (по крайней мере

Появление ионизационного калориметра позволило по край­ ней мере статистически подойти к определению потока пионов в об­ ласти энергий Е ^> 101 1 эв, где магнитные методы оказываются практически неприменимыми для разделения пионов (отрицатель­ но заряженных) и протонов. Применение ионизационного калори­ метра для этих целей основано на следующих соображениях.

Поток нуклонов FN состоит из потоков протонов F P и нейтро­ нов F N . Первая компонента имеет электрический заряд, вторая нейтральна. Поток пионов F N состоит только из заряженных ча­ стиц. Поэтому отношение потоков заряженных частиц iV3 к потоку нейтральных 7VH той же энергии

TV F 4- F F F F

существенно зависит от доли пионов в потоке адронов. Равенство (4.21) нестрогое, так как в потоке нейтральных ад­

ронов могут присутствовать ^"-мезоны. Однако доля каонов среди частиц, рождаемых при ускорительных энергиях, невелика. По-

этому можно предполагать, что и при больших энергиях эта доля останется небольшой.

Величина б = F V I F N может быть рассчитана, так как она опре­ деляется поглощением нуклоиной компоненты в атмосфере и сла­ бо зависит от вероятности перезарядки протона в нейтрон и обрат­ но при неупругих взаимодействиях. По данным [11] б та 1,2 для нижней части атмосферы (х = 700 г/см2). Поэтому, измеряя NjNn и зная б, можно определить F „ / F N и, следовательно,

меняться аппаратура, в которой частицы разной природы (нук­ лоны, пионы) регистрируются с одинаковой эффективностью, вне зависимости от их природы и ливневого сопровождения. И так как мы априори допускаем возможность того, что пионы и нуклоны могут взаимодействовать различным образом с атомными ядрами (разные значения а'ш, разные коэффициенты неупругости), то установки, в которых отбор частиц ведется по величине иониза­ ционного толчка, для этих целей не годятся. Однако ионизацион­ ный калориметр этими недостатками не обладает, и данные, по­ лученные с его использованием, в принципе не должны содержать дискриминации адронов какого-то сорта.

Значения N J N 3 для высоты 700 г/см? были получены в работе

[11]с использованием установки, изображенной на рис. 3.1. Из

Принципиальная возможность того, что пионы могли бы при определенных условиях вносить существенный вклад в генера­ цию ионизационных толчков, была рассмотрена в работе [70].