книги из ГПНТБ / Григоров, Н. Л

несимметрии рассматривают величину

где 7гв и пн — число частиц, летящих в С-системе в переднюю и заднюю полусферы (вперед и назад). Распределение ливней по па­ раметру а согласно работе [166] приведено в табл. 8.3. Там же при­ ведены данные, которые можно получить, используя результаты

работы [29]. В [29] мишень из углерода в части экспериментов по­ мещалась внутрь камеры Вильсона, что позволяло регистрировать частпцы, вылетающие под большими углами в лабораторной систе­ ме координат. Из таблицы видно, что 40—50% всех ливней явля­

Таким образом, применение ионизационного калориметра, даю­ щего знание энергии первичной частицы Е0 с точностью 20—30%, позволило обнаружить большие флуктуации в угловом распреде­ лении рождаемых частиц.

Если сам факт существования несимметричных в С-системе ливней не вызывает сомнения, то трактовка их природы разными авторами различна.

Так, Н . А. Добротин и С. А. Славатинский видят в несиммет­ ричных ливнях доказательство того, что «при соударении нукло­ нов с энергиями в сотни Бэв, по-видимому, образуется возбужден­ ное мезоииое облако, не включающее в себя сталкивающихся ну­ клонов. В общем случае образующееся облако движется относи­ тельно системы центра масс нуклонов со сравнительно небольшой скоростью. Возбужденное облако распадается, когда его темпера­

По аналогии с двуцентровьши моделями множественной генера­ ции частиц [133, 134, 135], в которых движущиеся центры генера­ ции были названы файерболами, «возбужденное мезонное облако» было также названо файерболом. Так как генерация файерболов, если бы она имела место в природе, представляла бы принципиаль­ но новый физический процесс, то мы более подробно рассмотрим

основания, на которые опирается гипотеза генерации одного файербола при энергиях ~ 101 1 эв.

Главные аргументы существования файерболов [47]:

1)Угловое распределение рожденных частиц изотропно в не­ которой системе координат (^-системе), в которой в переднюю по­ лусферу летит столько же частиц, сколько летит их в заднюю по­ лусферу.

2)Иногда S-система движется относительно С-системы с ло- ренц-фактором y ^ 1,1 — 1,3.

частиц в S-системе.

Для этой цели были отобраны 43 ливня (из 56, полученных на

ной системе, как правило, потеряны частицы с и > 0,05. В нашем отборе были исключены ливии №№ 13, 20, 22, 25, 26, 30, 3 1 , 32, 34,39,41,47,50 (см. [162]). Для оставшихся 43 ливней, содержащих 364 ливневые частицы, т. е. со средним числом ливневых частиц

вень. Это как раз столько, сколько теряется частиц в работе [162]. Если добавить потерянные частицы, то получим распределение, показанное на рис. 8.8 пунктиром.

Таким образом, единственные пока из опубликованных мате­ риалов экспериментальные данные [162], в которых благодаря из­ вестным импульсам частиц возможна достаточно однозначная трансформация их в другую систему координат, дают, что в систе­ ме координат с симметричным разлетом частиц угловое распределе­ ние скорее анизотропно, чем изотропно.

Рассмотрим аргументы в пользу движения файербола.

Авторы работ [166, 4] интерпретируют несимметричные ливни как результат движения файербола в С-системе. С этой точки зре­ ния при нуклон-нуклонном взаимодействии следует ожидать оди­ наковую вероятность движения файербола вперед и назад в С-си­ стеме, т.е. равное число ливней, несимметричных вперед, и ливней, несимметричных назад. Однако несимметрия ливней в С-системе

может иметь как физическую природу, так и чисто методическую. Ниже мы рассмотрим некоторые физические причины, которые мо­ гут приводить к появлению несимметричных ливней. Но перед этим отметим, что в условиях конкретных экспериментов могут появиться методические эффекты, подчеркивающие несимметрию того или другого знака.

В качестве меры несимметрии ливня в С-системе примем отно­ шение лоренц-факторов С-системы (ус) и 5-системы (ys), т. е. ве­ личину yjys- Ливни, несимметричные «вперед», имеют yc/ys<L 1. Ливни, несим­ метричные «назад» в С-системе, имеют

табл. 8.4, заключен сильный методический эффект. Он приводит к тому, что ливни с равными значениями коэффициентов несиммет­ рии (т. е. (yc/yji = , \ , W t e i 0 T разную среднюю множествен-

НОСТЬ <72s >.

Особенно отчетливо это видно из сравнения таблиц 8.4 и 8.5.

только два вызываются частицами с Е0 в интервале энергий 100— 200 Гэв (т. е. вблизи пороговой энергии для данной установки), то из тринадцати таких же ливней, несимметричных вперед

у Y/т У ж е в о с е м ь вызваны частицами малых энергий

( 1 0 0 < £ 0 < 200 Гае).

То, что такой результат не является статистической флуктуа­ цией, видно из зависимости средней множественности от значе­ ния yjys- Эта зависимость представлена на рис. 8.9.

При регистрации нуклон-нуклонных взаимодействий в среднем должна наблюдаться симметрия разлета частиц в С-системе от­ носительно плоскости, перпендикулярной к линии движения сталкивающихся частиц. По этой причине должна быть одинако-

вает на систематический недосчет частиц в ливнях, несимметрич­ ных «вперед», и неодинаковую эффективность регистрации ливней, несимметричных «вперед» и «назад», в конкретной работе [162]. Природа недосчета частиц в работе [162] может быть связана с не­ большой глубиной камеры Вильсона, из-за чего частицы, вылетаю­ щие под углами 0 ^ 30° к оси ливня, с большой вероятностью не попадают в камеру. Следовательно, при небольшой энергии пер­ вичной частицы Е0 значительная часть частиц, летящих назад в С-системе, оказывается вне камеры Вильсона, т. е. в таких ливнях будут сильно дискриминированы несимметричные назад ливни и частицы, летящие назад в симметричных ливнях. Естественно, что в результате действия этих факторов симметричные ливни превра-

тятся в несимметричные «вперед», но с уменьшенной множествен­ ностью, а ливней, несимметричных «назад», от первичных частиц малых энергий будет наблюдаться существенно меньше, чем лив­ ней, несимметричных «вперед». Как видно из таблиц 8.4 и 8.5, именно такое явление и наблюдается в работе [162].

Описанный методический эффект в принципе не мешает прово­ дить исследования, так как от его влияния можно освободиться, перейдя к изучению взаимодействий больших энергий. Если бы он представлял единственную методическую причину возникнове­ ния несимметричных ливней, то следовало бы ожидать нарушения равенства числа ливней с одинаковой степенью асимметрии вперед и назад: ливней, несимметричных вперед, должно было бы наблю­ даться больше, чем ливней, несимметричных назад.

5

-Ofi -0,3 -0,1 О 0,1 0/ 0,3

ж

Ys

Рис. 8.9. Зависимость (nsy от степени асимметрии ливней из L i H в

С-спстеме [162].

Всамом деле, начиная с некоторой энергии Ег ливни, несим­ метричные назад (yc/ys 1,5), регистрируются без потери ча­ стиц, т. е. регистрируются правильно. Если таких ливней за время

измерений было зарегистрировано i V " ^ ) , то столько же должно

(таких первичных частиц из-за падающего спектра много боль­

с существенно меньшей эффективностью.

Равенство числа ливней, несимметричных вперед и назад (при Тс/?5 ! > 1,5 и, соответственно, Yc/Ys<C 1/1,5), в таблице 8.4, по су­ ществу, оборачивается существенным неравенством числа этих ливней (в пользу ливней, несимметричных назад) в энергетиче­ ской области Е0 > 200 Гэв. Однако в какой степени это неравен­ ство имеет только статистические причины (девять ливней, несим­ метричных назад, и пять, несимметричных вперед) — это вопрос, остающийся открытым.

В работе [108], в которой для регистрации ливней применялась существенно более широкая камера Вильсона, картина иная.

В ней от частиц с Е0 > 100 Гэв ливней с yjys > 1,5 наблюдалось 11, а ливней с — ; — "> 1,5 наблюдалось 18.

Мы подробно остановились на вопросе о несимметричных лив­ нях и методических причинах, превращающих симметричные лив­ ни в несимметричные, чтобы, с одной стороны, подчеркнуть, что рассмотренный методический эффект не является принципиально присущим методу камеры Вильсона, объединенной с ионизацион­ ным калориметром; с другой стороны, мы стремились обратить внимание на возможность ошибочной трактовки данных наблюде­ ния — возможность, таящуюся в анализе только угловых распре­ делений частиц в ливне, без учета методических эффектов.

Не ставя под сомнение факт существования несимметричных в С-системе ливней, мы хотим подчеркнуть, что число истинно не­ симметричных ливней, несимметричных по физическим, а не ме­ тодическим причинам, по-видимому меньше, чем получено в рабо­ тах [162, 108].

Итак, результаты изучения углового распределения ливневых частиц методом ионизационного калориметра с камерой Вильсона можпо резюмировать следующим образом.

а) Были обнаружены значительные флуктуации углового рас­

энергии.

б) Характер этих флуктуации таков, что он соответствует пре­ имущественному вылету частиц в С-системе либо в переднюю (по направлению движения первичной частицы) полусферу, либо в зад­ нюю полусферу, т. е. соответствует появлению несимметричных & С-системе ливней.

Возникает естественный вопрос, можно ли объяснить наблю­ даемую совокупность фактов, не прибегая к модели одного движу­ щегося файербола? Какие процессы могли бы привести к появле­

к флуктуациям углового распределения, создающим несимметрич­ ные ливни.

1. Одной из таких причин может быть неодинаковость неупру­ гости столкновения обоих нуклонов. В том случае, когда в С-си­ стеме нуклоны в результате столкновения теряют различную до­ лю своей первоначальной энергии Кх и К2, должен появляться не­ симметричный ливень.

Авторы работы [4] считают, что различие коэффициентов пе^ упругости обоих нуклонов является следствием рождения файер­ бола, движущегося в С-системе. Однако можно допустить, что сталкивающиеся нуклоны могут терять разную долю энергии в сп-

лу специфики механизма взаимодействия, вне связи с образованием •файерболов. Тогда в силу законов сохранения энергии и импуль­ са следует ожидать появления несимметричного ливня в С-системе, если отношение КХ1К2 существенно отличается от единицы.

В самом деле, разность продольных составляющих импульсов нуклонов в С-системе после столкновения

п

Др и ж(К2 — К,) тл -Тс = S Picos Фь

і

где jo І и фі — импульс и угол вылета і-я частицы в С-системе, ГПК — масса нуклона. Здесь и ниже скорость света с = 1. Если для оце­ нок допустить, что pi не зависит от ф,-, то

(К3 — Kt) mNyc = <рс > <cos ф> п,

где <joc> — средний импульс рожденных частиц в С-системе. Энер­ гия, переданная всем рожденным частицам, в С-системе равна

(Кх + К») т.хус = п <ес >,

где <єс > — средняя энергия рожденных частиц в С-системе. Если •частицы в С-системе имеют полную энергию єс ^ 2т (а это под­ тверждается экспериментальными данными), то <р>/<є> л ; 1 и

Рассмотренная здесь возможная причина возникновения асим­ метричных ливней уже ранее обсуяадалась И. Л. Розенталем и

Л. Ы. Сарычевой [168].

2.Опыты с контролируемыми ядерными фотоэмульсиями и опыты с камерой Вильсона, помещенной в магнитное поле, показы­ вают, что иногда одной рожденной частице передается значитель­

Если обозначить долю энергии, получаемую одной высокоэнер­ гичной частицей, через и и принять во внимание, что для нее в си­ лу малого значения перпендикулярного импульса фс мало, то

Однако весьма часто наблюдается рождение двух и более высокоэнергичиых частиц, вылетающих в одну сторону. При рождеппи

и0,1 определяется только статистикой, т. е. описывается зако­

ном Пуассона, то мы получим при среднем их числе ^ 1 на взаимо­ действие, что примерно в 25% взаимодействий га (и > 0,1) > 2.

Эти оценки показывают, что рождение высокоэнергичных пио­ нов может давать значительный вклад в число наблюдаемых не­ симметричных ливней, если только онп не образуются в резуль­ тате рождения изобар.

3. Почти во всех проводившихся до сих пор экспериментах яд­ ра атомов мишени были сложными ( L i H , С). Поэтому в определен­ ном числе случаев можно ожидать взаимодействия первичной частицы не с одним нуклоном, а с двумя и более нуклонами ядрамишени.

В этом случае будет наблюдаться ливень с множественностью ras, большей чем средняя для нуклон-нуклонного взаимодействия, и с более широким угловым распределением (за счет того, что для второго, третьего и т. д. взаимодействий энергия нуклона Е < <; Е0). Кроме того, взаимодействие с ядром, даже легким, может приводить к появлению внутриядерного взаимодействия рожден­ ных частиц (в том числе и к рассеянию рожденных частиц). Этот процесс также будет увеличивать углы разлета ливневых частиц & лабораторной системе координат (а может увеличивать и множест­ венность ras), т. е. он будет приводить к появлению асимметрич­ ных назад (в С-системе) ливней с множественностью выше средней.

4. Поскольку множественность рождающихся частиц флуктуи­ рует, то в случаях, когда ns<^ <ras> при неизменном коэффициентенеупругости, средняя энергия пионов будет больше, чем в ливнях с ras ^ <и8>> что приведет к большей коллимации ливня в С-системе и, соответственно, к появлению ливней, сильно несимметричных

вперед и назад с малой множественностью. Такие лпвни в лабо­ раторной системе координат будут либо очень коллимированными, либо иметь большие углы разлета рожденных частиц. Ливни последнего типа в установках с камерами Вильсона реги­ стрироваться будут плохо. Поэтому среди ливней с малым значени­ ем ns будут доминировать ливни, резко несимметричные вперед.

Проведенное рассмотрение показывает, что имеется много фи­ зических прпчпп, которые должны приводить к появлению ливней, несимметричных в С-системе. Поэтому неспмметрия ливней не является веским аргументом в пользу движения одного файербола в С-системе. Безусловно, эти причины не отрицают возможности существования файерболов.

Модель образования файерболов получила широкое распростра­ нение после того, как было обнаружено, что в системе центра масс сталкивающихся частиц угловое распределение вторичных частиц имеет «двугорбовый» характер [169]. Для объяснения этого факта было высказано предположение, что рождающиеся частицы изо­ тропно испускаются из одного или нескольких центров — файер­ болов, медленно движущихся относительно системы центра масс. Из анализа экспериментальных данных получено, что импульсное распределение вторичных частиц в системе файербола может быть

Модель файерболов удовлетворительно описывает угловые и энергетические характеристики большинства рождающихся ча­ стиц. В то же время имеются экспериментальные данные, кото­ рые не укладываются в эту схему. К ним относятся взаимодействия с большим коэффициентом неупругости [171], существование энергетически выделенных вторичных частиц, уносящих от 10 до 50% энергии первичной частицы [166, 170, 71].

Всвязи с этим Г. Т. Зацепиным [149] была выдвинута гипотеза

отом, что в результате взаимодействий наряду с файерболом обра­ зуется возбужденное состояние нуклона — изобара, уносящая зна­ чительную часть энергии (70—80%) первичной частицы. В резуль­