Экспериментальный анализ суперсемейства гамма-квантов и адронов и некоторые характеристики акта ядерного взаимодействия при энергии 10 в 16 степени ЭВ тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

л ■

1 П :) МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА,

ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ им. М. В. ЛОМОНОСОВА

Научно-исследовательский институт ядерной физики

На правах рукописи УДК 539.171.017

ЛАЗАРЕВА Татьяна Васильевна

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СУПЕРСЕМЕЙСТВА ГАММА-КВАНТОВ И АДРОНОВ И НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АКТА ЯДЕРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИ ЭНЕРГИИ 1016 ЭВ

(01.04.16 — физика ядра и элементарных частиц)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва — 1990

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте ядерной физики Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова

Научный руководитель - кандидат физико-математических наук

Л.Т.БАРАДЗЕЙ

Официальные оппоненты- доктор физико-математических наук

профессор В.С.МУРЗИН /НИИЯФ МГУ/ кандидат физико-математических'наук А.В.АПАНАСЕНКО /ФИАН СССР/

Ведущая организация - Институт ядерных исследований

АН СССР

Защита состоится " ¿¿/¿>/¿1" 1990г. в "Л "часов на заседании Специализированного Совета К-053.05.24 в Московском государственном университете им. М.В.Ломоносова /г. Москва,Ленинские горы, НИИЯФ МГУ, 19 корпус, ауд.2-15/

С диссертацией мокно ознакомиться в библиотеке НИИЯФ МГУ Автореферат разослан

" 1990 г.

Учёный секретарь Специализированного Совета доктор физико-математических наук

/ Ю.А.ФОМИН

V/

.'.• "московский ОРДЕНА ЛЕНИНА, ОРДЕНА ОКТЯБРЬСКОЙ РЕВОЛЮЦИИ ; -«"ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

''тдол [ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ М.В.ЛОМОНОСОВА

ертзцчн j

НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ ЯДЕРНОЙ ФИЗИКИ

На правах рукописи УДК 539.171.017

ЛАЗАРЕВА Татьяна Васильевна

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СУПЕРСД1ЕЙСТВА ГАММА-КВАНТОВ И АДРОНОВ И НЕКОТОРЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АКТА ЯДЕРНОГО ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ПРИ ЭНЕРГИИ Ю16 ЭВ

/ОГ.04.16 - физика ядра и элементарных частиц/

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Москва - 1990

- г -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

. Актуальность работы. В настоящее время исследова- -ния, проводимые в космических лучах, являются единственным источником информации о свойствах ядерных взаимодействий при энергии выше Ю1^ эВ. Сведения о свойствах адрон-ядерных взаимодействий при таких энергиях мокно получать, изучая гамма-адронные суперсемейства, регистрируемые на уровне гор большими рентгенэмульсионными камерами /РЭК/. В СССР такие исследования ведутся в рамках эксперимента "Памир". Под суперсемействами мы понимаем группы генетически связанных частиц, с суммарной энергией гамма-квантов Е» 500 ТэВ.

Примерно в половине супврсемейств наблюдаются большие диффузные пятна площадью )= 5 так называемые гало. Возникновение гало обусловлено как эффектом перекрывания периферийных областей наблюдаемых электронно-фотонных каскадов /ЭФК/, так и большим количеством подпороговых малоэнергичных каскадов. Роль первого или второго фактора определяется историей развития ядерно-электромагнитного каскада /ЯЭК/ в атмосфере. На- . личио гало существенно усложняет обработку суперсемейств.

В диссертации разработаны методы исследования и анализа характеристик суперсемейств, проиллюстрирован- . ные анализом суперсемейства с суммарной энергией частиц около 2x10^ эВ, известного под названием "Татьяна". -Важность и актуальность анализа такого события определяется тем, что здесь мы имеем дело с взаимодействием адрон-ядро при энергиях, существенно превышающих пока возможности современных ускорителей. Диссертация выполнена в соответствии с планом научных исследований НШЯФ МГУ по теме № 01860125137 в рамках сотрудничества "Памир".

. Целью работы являлось - разработка метода определения энергии гало и.высокоэнергичных каскадов /Е> 500 ТэВ/ на его фоне; определение энергии подпороговых гамма-квантов гало; оценка высоты зарождения частиц семейства.

Новизна работы. Проведена детальная обработка суперсемейства, произошедшего от первичной частицы сверхвысокой энергии /> 10^ эБ/. Разработан новый метод определения энергии гало и высокоэнергичных каскадов внутри него. Впервые для экспериментального су-' персемейства определен поток энергии подпороговых гамма-квантов гало.

Практическую ценность представляют: методика определения энергии гало и высокоэнергичных каскадов внутри него, использующая данные сканирования; метод оценки энергии и высоты образования исходных гамма-квантов, ответственных за образование гало; программа декаскадирования для семейств с большой множественностью.

Разработанные в диссертации методы нашли.применение при анализа данных сотрудничества "Памир".

Апробация работы. Результаты работы докладывались на Международных конференциях по космическим лучам ( Париж-1981, Бангалор-1983), Международных симпозиумах по космическим лучам и физике частиц /Находка-1980, Токио-1984/i Всесоюзных конференциях по космическим лучам /Самарканд-1982, Якутск-1984/» на рабочих сотрудничества "Памир", на семинаре отдела излучений и вычислительных методов НИИЯФ МГУ, семинара по физике космических лучей ФИАН- СССР.

Публикация. Результаты исследований опубликованы в восьми работах. Во всех работах вклад автора является определяющим.

Объём и структура работы. Диссертация состоит из пяти глав, заключения, списка литературы и приложения. Общий.объём диссертации 147 страниц, 35 рисунков, 31 таблица. Список литературы содержит 132 наименова-'ния.

Основные результаты, представленные к защите:

I. Разработан многоточечный метод определения энергии гало.и высокоэнергичных каскадов /Е ^ 500 ТэБ/ на фоне гало. Метод использует результаты сканирования и полученные в диссертации коэффициенты , учиты-

вающие недомер числе, частиц вне радиуса сканирования. Погрешность метода не превышает 25%.

П. Справедливость этого метода подтверждена сопоставлением результатов определения энергии с традиционным методом, выполненным для квантов меньшей энергии.

Ш. Впервые в экспериментальном суперсемействе определена энергия подпороговых гамма-квантов гало, дающая информацию о высоте его зарождения. В семействе "Татьяна" энергия подпороговых квантов гало составляет менее 16% от энергии электромагнитной компоненты гало, что указывает на малую 2 км/ высоту его зарондения.

IV. Проведен анализ высоты зарождения гамма-квантов семейства с использованием трёх эмпирических способов, для одного из которых было проведено тестирование по искусственным семействам. Привлечение к этому анализу характеристик адронов и особенностей развития гало в камере, позволяет оценить высоту зарождения изучаемого семейства. Показано, что болыцинство.частиц семейства "Татьяна" рождено во взаимодействиях, происшедших на высотах, не превосходящих 2 км над установкой.

V. Основываясь на том, что высота зарождения частиц семейства "Татьяна" менее 2 км, можно предполокить, что основная часть частиц была рождена в одном акте ядерного взаимодействия и перейти к распределению по р^ частиц семейства. Анализ полученного распределения показал, что оно существенно полоне среднего распределения, полученного из экстраполяции Церновских данных. Оно согласуется со средним распределением, полученным

в модели рождения двойных дифракционных струй с большими поперечными импульсами.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении сделан обзор литературы по теме диссертации. Приводятся наиболее интересные результаты, полученные по данным четырех крупных экспериментов, ведущих исследования адрон-ядерных взаимодействий методом РЭК. Сначала описываются результаты для области энергий Е0-< 10^ ТэВ, в которой исследуются одиночные частицы и семейства с малой плотностью частиц, методика обработки которых хоропо разработана. При переходе в область энергий Е0 ^ 10^ ТэВ мы приходим к изучению суперсемейств, имеющих большую плотность частиц и гало, методика обработки которых разрабатывается. Затем формулируются основные задачи, решаемые в диссертации,, обосновывается актуальность, новизна и ценность работы.

В первой главе описывается РЭК № 17, в которой было зарегистрировано семейство "Татьяна". Она экспонировалась на высоте 4880 м над уровнем моря. Время экспозиции составило 0.86 года, её площадь 7.2 м^.

Данная камера была собрана из двух частей: Г-блока, регистрирующего, в основном, гамма-кванты и электроны, а также небольшое количество адронов, и Н-блока, состоящего из 4-х идентичных секций и регистрирующего ад-роны и небольшое число гамма-квантов.

Гамма-квант и адрон, проходя через камеру, образуют ЭФК, которые регистрируются в виде пятен почернения в рентгеновской пленке /РТ-6М/, расположенной под пластинами свинца. ЭФК от адронов образуются в резуль-.. тате распада У-мезонов ядерно-электромагнитного каскада, развивающегося в свинцово-углеродной камере.

Событие "Татьяна" представляет собой гамма-адрон-ное семейство, т.е. совокупность частиц, обязанных 'своим происхождением ЯЭК, развивающемуся в атмосфере от первичной частицы сверхвысокой энергии. Отбор частиц, принадлежащих семейству, производился путем наложения двух пленок соседних рядов. Для пятен, лежащих вне наиболее плотной по числу

частиц части семейства /Р.?-0.4 см/ на пленках всех 15 рядов измерялись их азимутальный и зенитный /у, 6/ углы. Измерения дали значения: 0= 12 +■ 1°, у~= 291 + 5°.

Поскольку Г-блок регистрирует как гамма-кванты, так и адроны, то разделение частиц производилось согласно глубине зарождения ЭФК в камеред^: каскады с * б к.е. считались ¿'-квантами, а ¿Ьб к.е.- адронами^

Условно в семействе можно выделить две части: центральную /Е.^ 0.4 см/ и внешнюю /Е-> 0.4 см/. Разделение на две части обусловлено степенью сложности измерений пятен, расположенных в этих областях. В центт ральной части семейства имеется гало. Для ¿=9.2 к.е., площадь, охватываемая изоденсой Ф=0.6 равна 20 мм^,

На фоне гало в нашем семействе мы выделили и измерили потемнение и координатн-62 гамма-квантов и 3 адро-нов. Два самых энергичных ¿''-кванта /назовем их.1 и П каскады/ имеют энергии Е1=1230 ТэВ и Еп=720 ТэВ. ЭФК от самого энергичного адрона /Ш каскад/ достигает максимума развития в последнем ряду камеры /£=52 к.е./ и имеет энергию, выделенную в электронно-фотонную компоненту в первом взаимодействии Е1^ = 1540 ТэВ.

Центральная часть семейства измерялась на четырех приборах, дающих значения потемнения, согласующиеся в пределах 25%. Потемнения пятен от фотонов и адронов . внешней области измерялись на обычном фотометре.МФ-4.

Во внешней части семейства содержится 265 гамма-квантов , имеющих суммарную.энергию гЕ =2170 ТэВ и 50 адронов с X Е^ = 1190 ТэВ.

Во второй главе описан используемый в экспериментах с РЭК метод определения энергии ЭФК и её восстановление по интегральному почернению. При этом при переходе от измеренного значения потемнения ^изм к истинному Фист. затем к энергии или числу частиц, вводится серия поправок, принятых в сотрудничестве "Памир".

Для всех 62 адронов экспериментальные зависимости потемнения ) в кругах радиусов 48 и 140 мкм

от глубины развития каскада Ь , сопоставлялись с расчетными каскадными кривыми от е+е" пары с сечениями

Бете-Гайтлера. Значения наклонов спектров для двух радиусов совпали при энергии выше пороговой Е=4 ТэВ и равны: =0.82+0.14. Принцип регистрации адронов свинцово-углеродной камерой таков, что мы реально измеряем энерговыделение Ей , связанное с энергией адрона Е^ соотношением^ = Е , где - доля энергии адрона, переданная /-квантам в первом взаимодействии в камере и равная 0.25. Для 5 адронов, у которых имелась., подпитка во втором блоке углерода, = 0.5.

Для всех 327 гамма-квантов энергия определялась по пятнам потемнения на пленке, расположенной на глубине t =9.2 к.е., для R=I40 мкм. Использовались кривые от /-квантов с учетом: эффекта ЛПМ; влияния электромагнитных флуктуаций в развитии ЭФК в свинце и измерительных ошибок на спектр /-к:антов в случае степенного спектра падающих /-квантов / {=1.2/.

Для 197 "изолированных" jf-квантов внешней области определение энергии сводилось к переходу от Ищи к

Ъисг с учетом поправок, а затем к энергии. Для 68 перекрыващихся ¿'-квантов внешней области мы учли по программе эффект перекрывания их между собой. Для 62 видимых /-квантов на повышенном фоне гало мы сначала нашли, используя данные сканирования, величину этого фона: Ферма »0.3. Затем учли его влияние по принятой в сотрудничестве "Памир" процедуре, далее все, как для второй группы данных. Величины наклонов спектров находились по методу максимума правдоподобия. В частности, для /-квантов гало для Е»8.0 ТэВ наклон интегрального спектра равен: р^. =0.59+0.05, для всех квантов Епо а 2 ТэВ и наклон ='0.81*0.06.

В третьей главе изложена методика определения энергии гало и высокоэнергичных каскадов внутри него.

Для наиболее энергичных частиц гало радиусы областей насыщения плотности потемнения значительно превышают самый большой измерительный радиус /' R =290 мкм/ и можно лишь указать нижнюю границу при обычном способе определения энергии. Поэтому был разработан метод,

в основе которого лежит калориметрический способ определения энергии. Он использует связь между площадью под одномерной каскадной кривой в числе частиц Л^'^^и энергией частицы Е0, вызвавшей электронно-фотонный „^аскад. Эти величины пропорциональны друг другу: Е0= •> % где £ =7.4 МэВ критическая энергия

электронов в свинце, а - коэффициент, определяющий

какую долю от полного числа частиц /при )}*<*/ составляют частицы, зарегистрированные в круге радиуса к . Величины £ (Я, Ц были получены с использованием расчетов /Федорова Г.Ф. и др. 1981/. Оказалось, что для максимума развития каскада они /в пределах ошибок/ не зависят от энергии и одинаковы для каскадов, рассчитанных с сечениями ЛПМ и Бете-Гайтлера. Ошибка ££ =23$ величин ¿(0$ связана с точностью получения теоретических величин = 12* и Ш1- п,-ь) =20$.

В эксперименте, из данных сканирования мы находим число частиц в круге радиуса Я , переходя от измеренных потемнений в каждой ячейке сканирования к плотности потока электронов и суммируя по всей площади сканирования. Недомер числа частиц, связанный с насыщением потемнения при малых £ » учитывается с помощью теоретической функции Затем вычисляется площадь под каскадной кривой, получаемая из аппроксимации числа частиц в круге Я на каждом уровне наблюдения выражением:

= С^^ех^-ру .Параметры С/ /ь определяются по критерию согласия • Используя, вычисленные для каждого радиуса значения переходим к энергии Е, ошибка в определении которой получается £"Е=25$.

Следует отметить, что из всех имеющихся суперсемейств - "Татьяна" - единственное, в котором в продольном развитии гало в камере наблюдаются два максимума¡электромагнитный и ядерный.В поперечном развитии гало на шести уровнях наблюдения в камере /Г-блок,1-Н блок/ на уровне потемнения ф.^. 1.8 разделяются два центра, I и П каскады. Расстояние между ними 1.2 мм. Здесь гало ассиметрично и может быть отнесено к разряду структурных. Во П-Н блоке /^=27.9 к.е./ появляется третий/рис.I/

центр, отвечающий ЭФК-И от адрона^ Расстояние между I Ш каскадами Г мм. I и П каскады постепенно затухают, а Ш каскад нарастает, достигая максимума в И-Н блоке. Здесь гало - одноцентровоа и симметричное.

Таким образом в нашем семействе мы имели гало, два высокоэнергичных перекрывающихся ЗФК I и П внутри него и высокоэнергичный, одиночный в максимума развития, каскад Ш от адрона. Сначала мы определили энергию Ш каскада для трех радиусов Я з- 0.023) =4^06 мм, 1.8)=0|82 мм и =0.57 мм! Полученные по опи-

санной выше методике результаты для Ш каскада представлены в.табл.1. Здесь для каждого Яуказаны коэффициенты площадь под каскадной кривой в числе частиц а/ ) и энергия каскада Е.

Таблица I

В,мм . 0.57 0.82 . 4.06 i(R,-k) .098+.022 .134Т. 031 .390*.090 ЛЙ^хИГ7 2.00+0.10 2.80+0.20 9.40+0.50 ЕхКГ15 1.52+0.38 1.58+0.40 1.77+0.44 Из таблицы видно, что в пределах ошибок значения энергии, определенные по трем радиусам,совпадают.

В работах японских физиков экспериментальная за- . висимость паппроксимируется суммой двух экспонент, которые идут круча при больших 5 и полояэ при малых теоретической функции распределения.указанной выше. Это привело к тому, что энергия Ш каскада, определенная этим способом,получилась в 1.6 раза меньше.

Для проверки нашего способа мы его применили к каскаду от адрона меньшей энергии, что дало значение его энергии: Е =(3.5Т0.8)хЮ эВ. Использование обычной методики дало значение Е =(2.7+0Л)хЮ^ эВ, откуда следует, что в пределах ошибок эти два способа дают одинаковые результаты.

Энергия электромагнитной компоненты гало была определена нашим способом с.учетом её осевой симметрии по уровню потемнения Ф =0.3..Получилось значение энергии: Егало=(3.3+0.8)хЮ15 эВ. Японскими физиками был предложен способ оценки э-ергии гало по средней по пло-

щади сканирования локальной плотности потемнения в максимуме развития _гало. Для гало семейства "Татьяна" эта величина равна с/ (Е для ¿=7.2x7.2 мм2, отсю-г

да энергия Егал0=3.2хЮ^^ эВ ( ошибка метода не опреде-на), что согласуется с полученным выше значением.

Энергии I и П каскадов определялись нашим способом, но с учетом перекрывания периферийных частей этих каскадов. Для этого значения плотности потока электронов находились в ячейках, расположенных в дальней от другого каскада.части площади и для уровня потемнения 1.8 (или 2.4),при которых эти каскады.разделяются. В таблице 2 представлены величины б'(И числа частиц в круге И (= К,£) и энергии I и П каскадов, определенные нашим способом.

Таблица 2 I каскад . П каскад

К, мм 0.60 0.89 0.39 0.71

.102*. 023 1143*.033 .070+.016 .118+.027 Л/хЮ"7 1.67+0.08 2.40+0.12 5.18+0.26 1.14+0.06 Е хЮ"15 1.21+0.30 1,25+0.31 0.55+0.14 0.72+0.18

Энергия П каскада была, ещё определена сравнением экспериментальной зависимости Л/(*В,Ь) в круге радиуса Е.= 0.39 мц,с теоретическими кривыми, для одного ^"-кванта с Е0 =0.5хЮ^^эВ и Ю^эВ, и нескольких ¿^-квантов с суммарной энергией Е ¡?0.75х10*5эВ, с учетом эффекта . ЛПМ (Лютов Ю.1\,1986). Получилась энергия Еп=750 ТэВ.

Энергия подпороговых квантов гало была определена путем выделения из суммарного потока электронов на каждом уровне наблюдения гклада, отвечающего за видимые кванты гало. Это было сделано моделированием на ЭВМ прохождения видимых квантов через камеру. Отсюда энергия подпороговых квантов гало Еподп=(0.4 7 0.1)х10^эВ.

В четвертой главе было показано, что семейство "Татьяна" может быть отнесено к разряду достаточно "чистых" семейств, так как все его частицы, ^-кванты и адроны, рождены на высотах меньших 2 км.

В среднем лидирующие частицы участвуют в 4-6 взаимодействиях, но в небольшом числе случаев возможна си-

туация, когда основная часть частиц, составлящих семейство, образуется в результате одного сильного взаимодействия /так называемое "чистое" семейство/.Так среди 23 искусственных семейств с ХЕ=2000 ТэВ, разыгранных по модели КГПС /Фомин Ю.А. и др.1985/, одно (4.3%) было достаточно "чистое". В нем 69%, наблюдаемых частиц было образовано от одного взаимодействия и несло 84$ энергии всего семейства.

Определение высоты зарождения частиц гало и семейства в целом, производилось по характеристикам индивидуальных гамма-квантов, двумя способами. Первый использует процедуру "декаскадирования", собирающую гамма-кванты в исходные. В группы объединялись кванты, имеющие ,где -выбранный порог,а А,« "Е^Б^аХс; - поперечный импульс частицы с энергией Еготносительно наиболее энергичной с Е0, -расстояние между частицами.В работе /Барадзей Л.Т. и др.1974/ дается связь высоты зарождения каскада со значением при котором 70$ частиц собирается в группы. Этот способ был оттестирован на 25 расчетных "чистых" семействах /модель КГГЮ/.Еыло получено отношение высоты, полученной указанным выше способом Н (-¿*) , к истинной высоте семейства, Н( г")/Нист=0.91+0.08 с дисперсией 0.25. Для нашего семейства мы получили высоту зарождения Н=1.7 + 0.3 км, а для гало Н=1.5*0.2 км

Во втором способе мы объединили тестирование на ЭФК семи визуально наблюдаемых групп гамма-квантов внешней области и сравнение энергетического спектра гало с расчетным /Беленький С.3.,1948/. Получили, что высоты рождения гамма-квантов, генерирующих эти семь ЭФК распределены от 0.7 до 1.6 км, а исходный гамма-квант, генерирующий гало, родился на высоте менее 1.5 км и имел энергию Е0 менее 5000 ТэВ.

Из сравнения продольного и поперечного развития гало и 1,П каскадов внутри него, с расчетными распределениями для воздушно-свинцового ЭФК /Манагадзе А.К./ было получено, что высота их зарождения меньше 1.4 км.

Были отмечены особенности электромагнитной и ад-

ронной компонент семейства "Татьяна", выделяющие его из совокупности суперсемейств с гало, и указывающие на малую высоту его зарождения. Это - наличие двух сопоставимых по энергии максимумов: электромагнитного и ядерного в продольном развитии гало в каморе. Во-вторых, как видно из табл.3, сильное отличив характеристик электромагнитной компоненты гало от средних значений для 21 суперсемейства - данных четырех коллабораций? Японо-Бразильской, Фудзи, Памир и Канбала. Существенно большая глубина максимума гало семейства "Татьяна" может быть объяснена малой потерей энергии первичных ^-квантов на каскадное размножение в воздухе, в два раза меньший радиус гало -их малым пространственным расхождением.

Таблица 3.

энергия радиус максимум раз-: гало гало вития каск.ед.

хЮ эВ см . ?

21 с/с 4.4 . 0^83+0.14 12.3+0.4 б"=1.8 "Татьяна" 3.3+0.8 0.40*0101 16.4*1.3 . В-третьих, равенство наклонов энергетических спектров гамма-квантов {3^=0.81+0.06 и адронов ^=0.82*0.14 нашего семейства. Обычно ЯЭК находится в "равновесном" состоянии, когда наклоны спектров различны. Это видно из данных экспериментов:.^=1.6 * 1.8 /Г-семейства, Фианит, Андромеда/, ^>4=0.9 * 1.1 /С-кам., Рв-кам., Андромеда/ и расчетов:. ^=1!08Ю.06;6"=0^28 /чистые" КГПС/ и р/=1.40*0.03 б"=0.18 /1-рязные" КГПС/, ^=1.30+0.05 и ьц=1.00+0.04 /грязные" , Манагадзе и др./. Наличие пологого спектра ^квантов в нашем семействе возможно отражает большую степень его чистоты.

Необходимо отметить малость радиуса адронов = . 28ТЗ (мм) и равенство его радиусу ¿^квантов 27ТЗ мм нашего семейства. Значение для "Татьяны" в пределах

о

ошибок совпадает, как с экспериментальным значением ^ =30*7 (мм)/Г-сем., Рв-кам./, так и с расчетным К^в 23?8 мм /модель Р^Р/, Величина Нк в 1.5 раза меньше среднего значения =45Т6 мм /С-кам., Рв-кам., модель Малость величины говорит о небольшом числе взаимо-

действий адронов в камере, то есть о большой степени чистоты адронной компоненты.

Таким образом из анализа пространственно-энергетических характеристик как ¿'-квантов, так и адронов был сделан вывод о том, что большинство частиц семейства "Татьяна" рождено во взаимодействиях, происшедших на высотах меньших 2 км.

В пятой главе обобщаются полученные в предыдущих главах результаты, которые позволяют нам сказать, что характеристики суперсемейства "Татьяна" несут количественную информацию об акте ядерного взаимодействия при энергии 2хЮ^эВ. Наиболее интересной представляется информация об импульсных спектрах вторичных частиц, особенно в области |\ïl ГэВ/с.

Для нахождения характеристик исходных V-мезонов была использована процедура декаскадирования, а затем марьяжирования. Для адронов мы перешли от Е^/ к энергии Е ^ , используя упоминавшийся ранее < .

Форма распределения по рА зависит от центра тяжести, относительно которого определяется расстояние. Координаты 107 исходных частиц 7Т'и* находились относительно трех энергетически взвешенных центров тяжести. Они определялись для гамма-квантов, адронов вместе с Jf-квантами, а также для мягких частиц /ËLiI0 ТэВ/. Смещение этих центров относительно друг друга был менее 4 мм и дало коридор ошибок экспериментального распределения по , представленного в раеоте. Нижняя его граница - это распределение относительно центра тяжести {¿^'О/ верхняя - относительно мягких частиц.

Оказалось, что экспериментальное распределение существенно положе распределения, полученного из экстраполяции Церновских данных ), поэтому в работе рассматривались три возможных варианта модели сильного взаимодействия, в котором могут генерироваться частицы с большими pj. . . ^

Первый вариант - расчеты, в которых развитие ЯЭК в атмосфере было сделано с учетом рождения струй с большими рх на основе простых моделей КХД /Пашков C.B.

и др. 1984/. Распределение по р^ вторичных частиц совпадает с распределением для^Р3 и идёт круче распределения по рд. для семейства "Татьяна". КХД струи - мягкие, в нашем семействе - средняя энергия струйной частицы в 18 раз больше, чем неструйной.

Второй вариант - модель с увеличенным роздением частиц с большими рх , в которой при лобовом столкновении тяжелых ядер возникает кварк-глюонная', плазма/КГП/. КТО - значительный рост множественности и0-. мезонов, анизотропия в распределении по азимутальным углам вторичных частиц, /распределение по в работах не приведено/. В семействе "Татьяна" -Т =53, 71°=54; распределение по азимутальным углам изотропно.

Делается вывод о том, что механизм взаимодействия, в результате которого возникло данное суперсемейство, отличается от указанных выше двух вариантов модели сильного взаимодействия.

В рамках двойной дифракции была Посчитана модель, в которой рождается струя быстрых частиц с большими Рх , с большими возбуждениями адронов / / и

большими переданными импульсами /Ройзен и1Й. и др.1983/. При Елс = 5хЮ4 ТэВ доля жёстких дифракционных струй Яю^ составляет 6% от полного сечения. 'ЙШ - значительное уположение распределения по поперечным импульсам вторичных адронов по сравнению с распределением, получаемым на ; рост поперечного импульса вторичных частиц с ростом энергии в жесткой части спектра.- при Е0= ТО2 ТзВ , рл =0.4 ГэВ/с, Е0 =Ю3 ТэВ, рх = 1.1 ГэВ/с. Механизм взаимодействия, в котором возникло данное семейство, не противоречит моделитя>:3 •

Заключение. Сформулированы основные результаты работы» ■

В приложении приводится таблица данных по энергии Е и координатам /х, у/ для 197 гамма-квантов внешней области семейства.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ, ПОЛУЧЕННЫЕ В ДИССЕРТАЦИИ

I. Разработан многоточечный метод определения энергии гало и высокоэнергичных каскадов /Е > 500 ТэВ/ на фоне гало. Метод использует результаты сканирования п полученные в диссертации на основе электромагнитной каскадной теории с сечениями Еете-Гайтлера коэффициенты £>(&,-€) , учитывающие недомер числа частиц вне радиуса сканирования. Погрешность метода не превышает 25$.

П. Справедливость этого метода подтверждена сопоставлением результатов определения энергии с традиционным методом, основанном на фотометрировании и выполненным для квантов меньшей энергии /Е 500 ТэВ/.

Показано также, что применяемый Японо-Бразильской коллаборацией способ определения энергии гало с использованием аппроксимации экспериментальной зависимости двумя экспонентами даёт заниженное /в ~1.5 раза/ значение энергии.

И. Впервые в экспериментальном супорсеглействе определена энергия подпороговых гамма-квантов гало, дающая информацию о высоте его зарождения. В разработанном автором способе из. суммарного потока электронов гало, полученного из данных го сканированию, на каждом уровне наблюдения исключается вклад, создаваемый видимыми гамма-квантами. В семействе "Татьяна" энергия подпороговых квантов гало составляет менее 16$ от энергии электромагнитной компоненты гало, что указывает на малую Д 2 км/ высоту его зарождения.

1У. Проведён анализ высоты зарождения гамма-квантов семейства с использованием трех эмпирических способов, для одного из которых было проведено тестирование по искусственным семействам. Показано, что использование результатов этого анализа в совокупности с пространственно-энергетическими характеристиками ад-ронов и особенностями развития гало в камере, позволяет оценить высоту зарождения изучаемого семейства.

Показано, что большинство частиц семейства "Татьяна" рождено во взаимодействиях, происшедших на высотах не более 2 км над установкой.

7'. Основываясь на том, что высота зарождения частиц семейства "Татьяна" менее 2 км, можно предположить, что основная.часть частиц была рождена в одном акте ядерного взаимодействия и перейти к распределению по pj. частиц семейства. Анализ полученного распределения показал, что распределение по рх частиц семейства "Татьяна" существенно положе среднего распределения, -полученного из экстраполяции Церновских данных. Распределение по Pi. частиц семейства "Татьяна" согласуется со средним распределением, полученным в модели рождения двойных дифракционных струй с большими поперечными импульсами.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

1. И.П.Иваненко, Т.В.Лазарева, А.К.Манагадзе, И.А.Ми- , хайлова, Е.А.Мурзина, И.В.Ракобольская, Т.М.Рогано-ва, Г.Ф.Федорова - Анализ гамма-адронных семейств . сверхвысоких энергий с гало. - Материалы Всес.конф. по косм.лучам, Якутск, 1985, 31 - 36.

2. В.Г.Денисова, Г.Б.Кданов, М.И.Третьякова, Т.В.Лаза-, рева, Е.А.Мурзина, Вопросы атомн.науки и техн., сер. техн.физ.экопер., вып. 4 /25/, 1985, 312 - 340.

3. Pamir Collab. 6 Tatjana - a family with high energy of the hadron component, Workshop ( Cedzina), Lodz, znul, 32, 1980.

4. Pamir Collab. - Hadron-photon families with energy 20000 TeV (the Tatjana) - Proc. 17th ICRC, Paria, 1981, v.5, p. 291 - 294.

5. Pamir Collab., Fuji Collab., Chaoaltaya Collab., Nuclear interaction of Super high energy Cosmic

rays observed in mountains emulsion chambers.-Nucl.Phys, 1981, v. B191, p. 1 - 26.

6. Pamir Collab., Fuji Collab., Chacaltaya Collab., Muclear interaction of super high energy cosmic rays observed in mountains emulsion chambers -Preprint of Inst, for C.R.R. Univ., Tokyo, 1981.

7. A.S.Boriaov, Z.H.Guseva, V.G.Denisova, T.V.Lazareva, et al - In: Proc. of 18th ICRC, 1983, v.5, 437-440.

8. A.S.Boriaov, Z.H.Guseva, V.G.Denisova, T.V.Lazare-va et al - Proc.Intern.Sympoz. on C.R. and Part. Phys,, Tokyo, 1984, p.229-239.

22233533444333322222 23334455666543333222 т 233346789x9644333322 1 33344678787644433332 23344555555544433332 23344555555544433332 23333444444444зззззз 33334444444443333344 33333454445544433333 п 33334445566544433332 11 33335555565543333332 33445555665543333322 34344444444443333222

9.2 к.е.

34444555666655554444 44455666777766655544 45556778889987765554 4556779зшше{9766555 455678Эжкэу«9876665

/08888886655 55555677789кя9766666 55556667789хк8766555 55555666779887766554 55555566667676665544

17.6 к.е.

33333333334443333333 33344444455444443333 33344556666665544443 44455667777776655444 44556779999887665544 4555778хзвшкх8766544 4456789хэеоше9866544 4456789з£зыдаг98766544 445567899кк987665443 44556677888766655443 33455666666666554443 33444555555554444333 33334444454444433333

48.5 к.е.

22222222222222222221 22222333333333222222 22233334444433332222 22333445687654433222 Ш 333344579к.ч775543332 33344467888655443332 33344556666654443332 33335566777655444333 33445578887655444332 т 33345679**9765544333 1 33445667887655443333 33344556665555443332 33334444555544443332 23333444455544433333 22223344455654433332 22223334456754333322 л 22222233344443333222 " 22222323333333333222 I мм

22222222222222222222 ,_,

22122222222222222222 1--

27.9 к.е.

Рис.1. Центральная часть; сканов электромагнитной и ад-ронной компонент семейства "Татьяна" на разных глубинах наблюдения. Масштаб 20:1.

Интервалы потемнения:

I. /0.3«»* 0,6/ 6: /1.8*0*2.1/

2: /0.6«-»40.9/ 7: /2.1^2.4/

3: /0.9<#>*1.2/' 8: /2.4 ¿Ю* 2.7/

4: /1.2*«и1.5/ 9: /2.7^*3.0/

5: /1.5'« Я. 8/ к: /а>> 3.0/