Характеристики низкоэнергетичных адронов и мюонов в составе шал С Ео = 10 - 3х10 эВ Слепцова, Венера Романовна

Введение к работе

Актуальность проблемы

Получение информации из экспериментальных данных по широким атмосферным ливням (ШАЛ), являющимся в настоящее время единственным источником знаний о первичном космическом излучении сверхвысоких энергий и о взамодеиствиях адронов при энергиях выше ~2-10¹⁵эВ, требует многопараметрического исследования ШАЛ. Например, изучение флуктуации числа мюонов в ливнях с фиксированным числом электронов или флуктуации в распределении глубин каскадного максимума, изучаемых по черенковскому свету в ШАЛ с фиксированной первичной энергией, может дать информацию о составе первичного космического излучения. Энергию первичной частицы, инициировавшей ливень, чаще всего оценивают по заряженной составляющей ШАЛ.

Перечисленные компоненты, как правило, исследуются во всем диапазоне энергий ШАЛ, кроме этого, при энергиях <:10^1бэВ активно изучают высокоэнергичные ("стволовые") адроны. При энергиях Е₀>10"эВ малая интенсивность первичного потока не позволяет провести статистически значимую регистрацию таких адронов, поэтому представляется интересным исследовать низкоэнергичную адронную компоненту, которая может быть полезна для изучения характеристик первичного космического излучения.

Наличие нейтронного монитора NM-64 в составе Якутской установки ШАЛ (1976-1987 гг.) позволило выполнить такие исследования и тем самым, отчасти, заполнить существовавший пробел. Монитор был дополнительно оснащен небольшими коврами счетчиков для регистрации мюонной (с порогом >0.3 ГэВ) и электронной компонент ШАЛ.

Экстраполяция моделей ядерного взаимодействия, основанных на результатах ускорительных экспериментов, в область сверхвысоких энергий и сравнение результатов расчетов сданными о развитии ШАЛ - необходимая практика для изучения элементарного акта в сверхускорительной области энергий. В последние годы широкое распространение получила модель кварк-глюонных струн (КГС), основанная на представлениях квантовой хромодинамики и достаточно хорошо описывающая целый ряд наблюдаемых в ШАЛ характеристик. Сопоставление

предсказаний модели КГС с новыми экспериментальными фактами как по мюонам низких энергий (>0.3 ГэВ), так и по ранее не изучавшимся при энергиях >10" эВ; низкоэнергичным (>0.О5 ГэВ) адронам также представляет определенный интерес.

Цель работы

Главная цель работы заключалась в экспериментальном (на уровне моря) и теоретическом изучении характеристик низкоэнергичной ад-ронной (>0. 05 ГэВ) и мюонной (>0.3 ГэВ) компонент ШАЛ.

Для достижения этой цели требовалось разрешить ряд не исследовавшихся ранее вопросов. В частности, было необходимо разработать методику отбора, обработки и анализа экспериментальных данных по адронам. В том числе, - провести моделирование всех процессов, возбуждаемых адронами ШАЛ в нейтронном мониторе, служившем регистратором низкоэнергичных адронов.

Расчет проостранственно-энергетических характеристик мюонной и адронной компонент, также, отличался некоторой спецификой, связанной с огромным диапазоном рассматриваемых энергий (от десятков МэВ до десятков ЕэВ) и вытекающей из этого необходимостью раздельного рассмотрения физических процессов в разных энергетических интервалах.

Научная новизна

Новизна работы заключается в том, что впервые в ШАЛ с Е_о>10¹⁷эВ экспериментально исследована низкоэнергичная адронная компонента. Мюонные исследования на Якутской установке ШАЛ дополнены изучением мюонов с самой низкой пороговой энергией, что позволяет получить низкоэнергичную часть энергетического спектра мюонов, имея в виду, что на Якутской установке регистрируются мюоны с энергиями >0.7 ГэВ и >1 ГэВ.

Впервые рассчитаны пространственно-энергетическиехарактерис-тики низкоэнергичных адронов и мюонов в рамках составной модели, включающей модель КГС в области высоких и сверхвысоких энергий и

систему аналитических-аппроксимаций двойных дифференциальных сечений в области низких энергий.

Впервые выполнен расчет спектральной чувствительности нейтронного монитора для условий эксперимента,проведенного на Якутской установке ШАЛ.

Научная и практическая ценность

Полученные результаты дополняют феноменологию ШАЛ при сверхвысоких энергиях новой компонентой, так как изученные в представленной работе характеристики низкоэнергичных адронов показали реальность их наблюдения в ливнях с энергией выше 10"эВ на расстояниях 100 м от оси. Совместное рассмотрение этой компоненты с другими составляющими ШАЛ позволяет оценить возможности ее использования в исследованиях первичного космического излучения.

Сравнение экспериментальных характеристик с результатами выполненных нами расчетов показывает, что данные по низкоэнергичным адронам и мюонам хорошо согласуются с современными модельными представлениями о развитии ШАЛ. Строгость рассмотрения всех физических процессов вплоть до МэВ-ных энергий позволила расчитать теоретические характеристики ливней на больших расстояниях от оси ШАЛ.

Вычисленные в ходе методического расчета дифференциальные энергетические спектры медленных нейтронов, возникающих в теле монитора NM-64 отпадающих на него адронов, можно использовать для анализа различных данных, получаемых в экспериментах с нейтронными мониторами указанного типа.

Вклад автора

Экспериментальные данные получены при непосредственном участии диссертанта в продолжении всего периода регистрации (1976-87 гг.).

Автором самостоятельно разработан метод анализа данных нейтронного монитора, выполнена обработка всего объема первичного экспериментального материала, проведен полный физический анализ и

интерпретация результатов эксперимента.

Автором осуществлена постановка задачи по расчету отклика нейтронного монитора, решение которой выполнено при его участии.

Модельный расчет развития ШАЛ в атмосфере проведен автором.

Все выводы, полученные в диссертации, принадлежат автору.

На защиту выносится:

1. Результаты расчета функции отклика для реальной геометрии нейтронного монитора NM-64 в реальном времени.

2. Экспериментальные функции пространственного распределения адронов с Е„>0.05 ГэВ для ^= (10" * 6-10¹⁸)эВ и 6 = (0 т 45) на у.м.

3. Экспериментальныеэнергетическиехарактеристики низкоэнергичных адронов на фиксированных AR для Е₀= 3-10¹⁷эВ и 3-10¹⁸эВ при 0=20 на у.м.

4. Экспериментальные функции пространственного распределения мюонов с Е_о>0.3 ГэВ для Е= (10¹⁷т 6-10^,8)эВ и в = (0 т 45) на у.м.

5. Зависимость отношений р_я(>0.3)/p_t и p_/i(>0.3)/p_tt на фиксированных расстояниях от первичной энергии и зенитного угла.

6. Результаты модельного расчета пространственно-энергетических характеристик адронной и мюонной компонент в вертикальных ШАЛ с первичными энергиями 10'⁵ -г 3-10^,9эВ.

7. Результаты сравнения расчетных ФПР адронов и мюонов в ШАЛ от первичного протона и ядра железа.

Апробация работы

Результаты представленной работы были доложены на ряде международных конференций по физике к. л. (Киото, 1979; Москва, 1987; Аделаида, 1990; Дублин, 1991) и международных симпозиумах по высокоэнергичным взаимодействиям в к.л. (Лодзь, 1988; Тарб, 1990), опубликованы в научных изданиях ЯНЦ СО РАН. Результаты исследований по теме диссертации прошли обсуждение в ИКФИА ЯНЦ СО РАН, НИИЯФ МГУ, ИЯИ РАН и опубликованы в работах , список которых приведен в конце автореферата.

Структура работы

Похожие диссертации на Характеристики низкоэнергетичных адронов и мюонов в составе шал С Ео = 10 - 3х10 эВ

Экспериментальный анализ суперсемейства гамма-квантов и адронов и некоторые характеристики акта ядерного взаимодействия при энергии 10 в 16 степени ЭВЛазарева, Татьяна Васильевна

Пространственно-энергетические характеристики ядерного взаимодействия при энергиях 1013 эВ и 1016 эВ, полученные в стратосферных экспериментахОседло Владислав Ильич

Расчеты угловых и временных характеристик оптического излучения атмосферных ливней с энергиями Е о 1012 эВ и их приложение к анализу экспериментальных данных черенковских гамма-телескоповАнохина, Анна Михайловна

Исследование характеристик потока и взаимодействия первичных космических лучей с энергиями выше 10^15 эВ по мюонной компоненте наклонных ШАЛЯшин, Игорь Иванович

Методы измерения и анализа, физическая интерпретация характеристик высокоэнергичной гамма-компоненты ядерно-электромагнитных каскадов при энергиях космических лучей 1016-1017 ЭВНормуратов Файз

Феноменологические характеристики широких атмосферных ливней с числом частиц 107-108 на уровне моря и массовый состав первичных космических лучей при энергиях 1017-1018 эВХорхе Котсоми Палета

Характеристики инклюзивного образования адронов в пи-р-взаимодействиях при 360 ГэВ/с и рр-взаимодействиях при 400 ГэВ/сФисяк, Юрий Владимироич

Исследование влияния барионного, электрического зарядов и странности промежуточных адронных систем на характеристики процесса множественного рождения адроновТулегенов, Мурат Шакенович

Коллективные характеристики процессов множественного образования частиц в адрон-адронных и адрон-ядерных взаимодействиях в области промежуточных энергийОкороков, Виталий Алексеевич

Энергетический спектр и массовый состав космических лучей в диапазоне энергий 10'15 - 10'17 эВ по данным установок для регистрации черенковского света от широких атмосферных ливнейПросин Василий Владимирович