А.К.Ахметов

доктор педагогических наук, профессор

Актауский государственный университет технологии и инжинеринга, г.Актау

 

 

Изучение акта ядерного взаимодействия методом разнесенных рентгеноэмульсионных камер

 

 

 

Рентгеноэмулъсионные камеры (РЭК) позволяет получить информацию лишь о гамма-квантах высоких энергий. Непосредственно определяемыми из эксперимента величинами являются энергия гамма-квантов - Еγ, расстояния их от энергетически взвешенного центра - Rγ, количество гамма-квантов в семействе  Nγ.  А для определения вида углового распределения, распределения поперечных импульсов и быстрот  необходимо как можно более точное знание местоположения точки, где произошел акт ядерного взаимодействия высоко энергичного адрона с ядрами атомов воздуха в атмосфере над установкой. Опре­деление высоты точки генерации семейства гамма-квантов из первичного и вторичных   взаимодействий - задача сложная и решение  ее связано со значительными неопределенностями. Традиционные способы определения высоты всегда основаны на различных допущениях, имеющих глубокий физический смысл. В работе Л.Т. Барадзей, Ю.Л. Сморо­дина и др. [1] анализируются несколько способов определения вы­соты, опирающихся на три различные независимые возможности:

1)   Определение высоты по ядерному поперечному импульсу;

2) Распределение электронно-фотонных каскадов по парному поперечному импульсу;

3)   Определение высоты по кинематике распада П0-мезона.

Существует еще один способ определения высоты точки образо­вания акта ядерного взаимодействия, по геометрии расхождения одних и тех же каскадов при разнесении регистрирующих слоев рентгеноэмульсионных камер на некоторое расстояние. Привлекательность этого метода заключается в том, что он не требует априорных физических предположений о величине Р1.

Идея, разнесенных на некоторое расстояние рентгеноэмульсионных камер для оценки высоты зарождения ядерного акта взаимо­действия была использована в работах [2,3,5,7] . Разнесенная рентгеноэмульсионная камера должна отвечать целому ряду требо­ваний, чтобы с ее помощью можно было решать вышеперечисленные задачи. Во-первых, необходимо, чтобы большинство каскадов, зарегистрированных в верхнем слое, зафиксировались и в нижнем слое. А это зависит от выбора толщин поглотителей в верхней и нижней камерах.

Во-вторых, необходимо выбрать такое расстояние между камерами, чтобы пятна почернения в нижнем слое не становились слишком большими и диффузными, что сказалась бы на точности из­мерения энергии и на эффективности их поиска.

В-третьих, необходимо устанавливать верхний слой камеры строго параллельно нижнему, так как непараллельность слоев мо­жет привести к ошибкам в определении высоты точки взаимодейст­вия.

Более полно расчеты всевозможных ошибок влияющих на вели­чину Н, выбор оптимальной толщины поглотители, проблема энергетического порога рассматриваются в работе Ж.С. Такибаева и др. [2], Следует заметить, что основная цель работы [2] заключа­лась в анализе гамма-квантов, зарождающихся в плотной мишени (парафин), расположенный на расстояниях 9,5   и   14,5 м от раз­несенных параллельных столов. Таким образом, из анализа исключаются мощные семейства гамма-квантов, зарождающиеся на неболь­шой высоте над установкой, в атмосфере. К тому же, расстояние между разнесенными камерами выбирается равным  h = 1 м, что, в принципе, сильно затрудняет определение расхождения одних и тех яз каскадов на двух уровнях наблюдения, хотя задача срав­нения полученных данных с расчетами облегчалась из-за имеющих­ся теоретико-расчетных работ, выполненных Иваненко И.П., Рогановой Т.М. и др. в "осевом" приближении для больших воздушных зазоров [4].

В работе [4] вычисляется ослабление потоков энергии ливней при прохождении ими воздушного зазора 20 и 100 см. в зависимости от толщины слоя свинцового поглотителя в верхней и нижней каме­рах.

В работах В.С. Пучкова [3,5] опубликованы результаты по обра­ботке семейств гамма-квантов с оценкой высоты, среднего попереч­ного импульса, а также перечислены ошибки, влияющие на точность определения Н.

2.  Разделенный Г-блок площадью 27,5 м2   состоял из двух регистрирующих блоков, разделенных воздушным зазором  h = 1 м. Для анализа методических вопросов используется гамма-семейство с ΣЕγ≈1400ТэВ, числом прослеженных электронно-фотонных каскадов в обоих камерах, Nγ=30. Высота точки образования семейст­ва гамма-квантов определялась по формуле Н = h· L/ΔL, где L - среднее расстояние между ЭФК,     ΔL - изменение расстоя­ния между каскадами на двух уровнях наблюдения. В работе пере­числяются ошибки, влияющие на точность определения величины ΔL.

1. Измерительные ошибки, связанные с определением центра пятен почернения, т.е. расстояния между каскадами.

2. Непараллельность регистрирующих слоев относительно друг друга.

3. Ошибки, связанные с усадкой рентгеновских пленок при их сушке.

Для определения высоты в [13] были выбраны десять изолиро­ванных гамма-квантов, прослеженных в третьем, четвертом, пятом и шестом рядах камеры. Для отобранных пар гамма-квантов вычислялась величина величава ΔL. Для расчета высоты   Н   использованы 17 парных комбинаций гамма-квантов, для которых L  > 10 мм.

Высота, оцененная, геометрическим способом <Н>=м.

Главным недостатком работы [3] является малое- расстояние между разнесенными камерами. Так, при расстоянии между каска­дами     L = 10 мм, величина расхождения их при прохождении одного метра воздушного зазора составляет всего ΔL = 40 мкм, что оказывается почти в пределах измерительных ошибок, обычно составляющих величину порядка 30 мкм.

В течение ряда лет Японо-Бразильская коллабарация (ЯБК) определяла высоту зарождения некоторых событий, родившихся в атмосфере, также геометрическим способом.

В работе К. Саваянаги [6] , посвященной поиску новых частиц  среди  С-струй, проводится анализ пяти событий, высота об­разования которых определяется по расхождениям каскадов при переходе их из одного слоя в другой.

В [6] не приводятся высоты, определенные путем прослеживания расхождения каскадов. Здесь главное было, чтобы эти высо­ты оказалась менее чем 1,58  см, т.е. расстояние между верхней и нижней камерами. Поэтому в работе [6] К.Саваянаги не уделял большого внимания точности определения высоты по расхождения каскадов, в работе Lattes C.M.G.,   Mantovani M. И  др.

В работе [7] сообщается о проблеме существования "кентавров" - особого класса ядерных взаимодействий большой множественности, в которых не рождаются П° -мезоны. Камера № 15, где обнаружено событие "Кентавр-1", является разнесенной. Величина разнесения 158 см.

В нижней камере установки обнаружены около 100 ливневых  стволов, образующих пятна почернения диаметром до 1 см. на рентгеновской пленке. В верхней камере каскады были едва заметны и удалось сопоставить всего 14 ливней. Для сопоставления ливней, расстояния между которыми составляли 7 мм, удалось измерить их расхождения после прохождения воздушного зазора. Оно оказалось равным (0,25±0,05) мм. Исходя из этой величины высота зарожде­ния события "Кентавр-1" оценивается  <Н> ≈ (50±15) м.

Энергетический порог регистрации γ-квантов в нижней камере установки рассмотрен в [2]. За полгода работы установ­ки ''параллельными столами" было зарегистрировано 15 γ -се­мейств, пересекающих обе камеры установки. Однако не удалось сопоставить ни одно из них, поскольку в пяти семействах в нижней камере найдено всего по одному гамма-кванту, в четырех - по два и авторы работы по найденным ЭФК оценивают порог регистрации γ-квантов в нижнем ряду РЭК и он равен Епор = 2 ТэВ.

Атмосферные взаимодействия, зарегистрированные РЭК Японо-Бразильской  коллаборации одновременно как верхний, так и нижний камерами, анализируются в работе   Amаto N.M.,  Arata N., Maldonaldo R.H.C. [8].

Всего имеется 21 прослеженное событие, где наблюдаются по крайней мере два каскада. Из них в общий анализ включены 18, с суммарной энергией    γ-семейств в интервале  ΣЕγ=2530  ТэВ. Три события имеют чистое адронное происхождение. Однако в этой работе не определена высота зарождения семейств гамма-квантов в атмосфере.

 

 

Литература

 

1. Барадзей  Л.T., Смородин Ю.А., Солопов Е.А. Методы анализа воздушных семейств гамма - квантов. Препринт ФИАН.1974.М.№ 103. 46 с

2.  Такибаев Ж.С.,  Байгубеков А.С., Аубекеров С.Е., Спицына С.А. Регистрация семейств гамма - квантов высоких энергий в рентгеноэмульсионной камере с разнесенными слоями. //Известия АН Каз ССР, сер. физ. - мат. 1977, № 4, с. 26-29.

3.  Puchkov U.S.   Analysis of a two - layers emulsion chamber with I m.  gap. // Zecz. Nauk Ul. ser.2,  1977, Lodz.z.60,s.305-312.

4.  Аминева Т.П., Астафьев В.А., Варковицкая А.Я. и др. Исследование мюонов сверхвысоких энергий. 1975. М. "Наука", 216 с.

5.  Puchkov U.S. Determination of gamma - ray families heigtst  in atmosphere and analysis of gamma quanta characteristics.//Proc.  16-th ICRC. Kyoto.  1979,v.7, P.232.

6.  Sawayanagi K. New particle secarch in very - high energy nucle­ar interactions  of cosmic ray.// Proc.  16-th ICRC, Kyoto, 1979,   v. 6, P.И8-123.

7. Brasil-Japan emulsion chamber collaboration.  Characteristics of multiple production of mesons around 100 Tev from Chacaltaya cosmic ray experiment.// CKJ Report-13.Cosmic Lab., Univ.  Tokyo.  1974.Tokyo, 50 p.

8. Amato N. M., Arata N., Maldonaldo R.N. Atmospheric interac­tions detected both the upper and  the lower chambers  at Chacaltaya.  //Proc.   19-th ICRC.  1985. Lа Jolla.v.6.p.292-295.