Поиск сверхтяжелых магнитных монополей на баксанском подземном сцинтилляционном телескопе тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.16 ВАК РФ

АКАДЕМИЯ НАУК СССР ИНСТИТУТ ЯДЕРНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ

На правах рукописи

Болиев Мусаби Мухарбиевич

ПОИСК СВЕРХТЯЖЕЛЫХ МАГНИТНЫХ МОНОПОЛЕЙ НА БАКСАНСКОМ ПОДЗЕМНОМ СЦИНТИЛЛЯЦИОНОМ ТЕЛЕСКОПЕ

01.04.16 - физика ядра и элементарных частиц

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико - математических наук

МОСКВА - 1991

Работа выполнена в Институте ядерных исследований АН СССР

Научный руководитель:

доктор физико - математических наук СЛ. Михеев

Официальные оппоненты:

доктор физико - математических наук ГЗ. Домогацкий

кандидат физико - математических наук ВВ. Шестаков

Ведущая организация:

Физический институт имени ПЛЛебедева АН СССР

Защита состоится 1991 года

в IО часов на заседании Специализированного совета Института ядерных исследований по адресу: Москва, проспект 60 - летая Октября, дом 7а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Института ядерных исследований АН СССР.

Автореферат разослан п/д" кМО-Р/Р^ 1991 года.

Ученый секретарь Совета кандидат физико - математических наук

БА. Тулупов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность работы. Гипотеза о существовании магнитных монополей - частиц, обладающих магнитным зарядом, была высказана П. Дираком шестьдесят лет назад. Решая задачу о движении частицы с электрическим зарядом в поле изолированного магнитного заряда, он пришел к выводу, что уравнение движения заряженной частицы оказывается непротиворечивым, если величины электрического (е) и магнитного (?) зарядов связаны соотношением:

е-% = п-^-с/2 ,

где п - целое положительное или отрицательное число. В случае существования магнитного монополя нашло бы естественное объяснение наблюдаемое в природе квантование электрического заряда. При п = 1 заряд магнитного монополя равен:

% = е/2-&- = 685 е,

а это означает, что ионизационные потери релятивистского монополя должны в 4700 раз превышать потери частиц с минимальной ионизацией. Это свойство может служить отличительным признаком монополей при их экспериментальном поиске.

В 1974 году т' Хуфт и независимо Поляков показали, что магнитные монополи с необходимостью возникают в широком классе теорий великого объединения. В этих теориях фиксируется не только заряд, который совпадает с зарядом монополя Дирака, но и масса частицы:

тм = тх/ ^ X'

где тх - масса объединения, а оСх - электромагнитная константа при энергии, соответствующей масштабу объединения. В наиболее популярных теориях великого объединения масса магнитного монополя оказывается равной (10^ - 10^ ) Гэв. Столь большая масса монополя заставляет по новому взглянуть на процессы рождения и на возможности наблюдения этих частиц в экспериментах. Очевидно, что частицы с такой массой могли рождаться только на ранней стадии образования вселенной. С другой стороны, несмотря на огромную кинетическую энергию (10^ - 10^ ) эВ, которую монополи могли приобрести в галактических магнитных полях, их скорость оказывается весьма малой (10"^ - 10"^ ) с. В таком случае малая скорость может играть роль определяющей характеристики магнитного монополя.

Еще одно свойство сверхтяжелых магнитных монополей, предсказанное ВАРубаковым в 1981 году, представляет интерес для экспериментов по поиску этих частиц. Предсказывается," что, в присутствии монополя, с заметной вероятностью происходят процессы с нарушением барионного числа.

Таким образом, обнаружение магнитных монополей с предсказанными свойствами могло бы служить прямым экспериментальным подтверждением справедливости теории великого объединения.

Цель работы. Осуществить поиск сверхтяжелых магнитных монополей, используя работающую установку большой площади - Бак-санский подземный сцинтилляционный телескоп, и получить новое экспериментальное ограничение на природный поток этих частиц в случае отрицательного результата.

Новизна работы. Впервые для поиска магнитных монополей использован метод, который позволяет одновременно измерять иони-

зацию, производимую частицами, время пролета частиц и форму импульса, создаваемого частицами в счетчиках. Работа выполнена на многоцелевом детекторе рекордной эффективной площади параллельно с другими экспериментальными программами. Полученное ограничение на поток магнитных монополей находится ниже наиболее надежных астрофшических ограничений.

Научная значимость работы. Разработана и внедрена методика регистрации медленных ионизирующих частиц в диапазоне скоростей (2-10"^ - 10"1 ) с. Рекордное ограничение на поток магнитных монополей получено при минимуме предположений о свойствах магнитных монополей. Кроме того данное ограничение справедливо для любых медленно движущихся ионизирующих частиц с магнитным или электрическим зарядом.

Основные положения выносимые автором на защиту.

1. Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп является наиболее эффективным инструментом для поиска сверхтяжелых магнитных монополей среди существующих ныне детекторов.

2. Метод регистрации медленно движущихся ионизирующих частиц, основанный на одновременном измерении ионизации, времени пролета и формы импульса.

3. Электронная система выделения медленных ионизующих частиц позволяет с высокой эффективностью регистрировать эти частицы.

4. Метод анализа событий зарегистрированных Баксанским подземным сцинтилляционным телескопом при поиске медленно движущихся частиц.

5. Ограничение на поток сверхтяжелых магнитных монополей и других гипотепгческих, медленных ионизирующих частиц.

Апробация работы . Результаты и выводы, содержащиеся в диссертации, обсуждались на Международных конференциях по физике космических лучей 18-ой ( Бангалор, 1983 ), 19-ой ( Лахойя, 1985) и 21-ой (Аделаида, 1990), на международных симпозиумах по подземной физике в СССР (Баксанская долина, 1987 ) и в Италии (Л'Акуила, 1989), на Международном семинаре "Кварки - 84" (Тбилиси, 1984), на научной сессии отделения ядерной физики АН СССР в 1983 году, а также на семинарах отделов БНО и ЛВЭНА ИЛИ АН СССР.

Публикации и объем работы. Основные результаты диссертации опубликованы в шести работах. Диссертация состоит из введения , трех глав и заключения , содержит 89 страниц текста, включая 14 рисунков, две таблицы и список литературы из 66 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении рассмотрены теоретические ограничение на ожидаемый поток сверхтяжелых магнитных монополей, расчеты ионизационных потерь монополей при малых скоростях их движения и определены требования, которым должен удовлетворять эксперимент по поиску магнитных монополей.

Каких-либо надежных теоретических предсказаний распространенности монополей в современной Вселенной не существует. Однако, из простых астрофизических соображений можно получить ограничение сверху на допустимый поток сверхтяжелых магнитных :..онополей. Например, суммарная масса, заключенная в монополях !■мо'гог превышать общее количество вещества во Вселенной. От-л следует одно из ограничений на поток этих частиц. Если ■ !..'jca монополей порядка ( 10^ - 10^ ) ГэВ, скорость движения

(0.001 - 0.01 ) с и предполагается равномерное распределение монополей во Вселенной, то их поток должен быть меньше (10" ^ -Ю"16 ) см"^ с"* ср"^. Ограничение на поток магнитных монополек следует также га факта существования межгалактического магнитного поля. Это означает, что кинетическая энергия приобретаемая монополями в магнитном поле Галактики не превышет энергию, заключенную в этих полях. Ограничение, полученное в этом

л с О \ I

случае, находится на уровне 10 см с ф . Эти два соображения дают наиболее надежные верхние пределы на возможный поток магнитных монополей.

С точки зрения экспериментального поиска магнитных монополей существенна величина их ионизационных потерь при малых скоростях. Расчеты, проведенные разными авторами показали, что при скорости меньшей 0.001 с ионизационный эффект монополей в обычных детекторах очень быстро стремится к нулю. Однако, если магнитный монополь индуцирует распад протона с достаточным сечением, то это позволяет регистрировать обычными методами физики элементарных частиц очень медленные монополи несмотря на их малую ионизационную способность.

Из рассмотрения предпологаемых свойств магнитных монополей можно сделать ряд выводов относительно требований, которые следует предъявить к экспериментальной установке, предназначенной для наблюдения этих частиц.

Во-первых, малый ожидаемый поток магнитных монополей требует детекторы большой площади.

Во-вторых, малые ожидаемые скорости движения и, как следствие, малые ионизационные потери монополя приводят к огромной проникающей способности этих частиц. Таким образом, подземные детекторы оказываются весьма удобным инструментом для поиска монополей. При этом детектор должен обладать малым порогом регистрации и возможностью измерения скорости движения частиц.

Наконец, в-третьих, желательно, чтобы детектор содержал достаточное количество вещества для эффективной регистрации распада протона, возможо происходящего в присутствии монополя.

Первая глава посвящена обзору существующих ограничений, полученных различными экспериментальными методами.

Экспериментальные поиски магнитных монополей имеют достаточно долгую историю. Условно эти эксперименты можно разделить на поиски монополей Дирака и монополей великого объединения. Причем, с точки зрения современных представлений о природе магнитных монополоей, большинство экпериментов по поиску монополей Дирака представляет чисто исторический интерес. Тем не менее, некоторые экспериментальные методы, развитые в этот период, используются и в настоящее время.

Первый раздел обзора посвящен поискам монополя Дирака. В многочисленных экспериментах использовались различные подходы, опирающиеся, и на возможный природный поток этих частиц, и на рождение пар монополь - антамонополь в ускорительных экспериментах. Монополи "естественного происхождения" искали, как в потоке космического излучения, падающего на Землю, так и в различных породах, полагая, что монополи должны застревать в них из-за их больших потерь энергии в веществе.

Все эксперименты по поиску монополей Дирака в составе космических лучей были основаны на повышенной ионизационной способности монополей и сводились, следовательно, к поиску треков с аномально высокой плотностью ионизации. Большинство результатов были отрицательными. Единственное указание на возможное наблюдение монополя было получено при облучении фотоэмульсионных пластин в верхних слоях атмосферы. Однако, детальный анализ этого события привел к заключению, что в этом эксперименте с заметной вероятностью прохождение тяжелого ядра может имитировать трек магнитного монополя.

Отрицательными были результаты всех поисков монопалей, застрявших в веществе, и их рождения при столкновениях частиц, полученных на ускорителях.

Отсутствие положительных результатов в экспериментах всех типов по поиску магнитных монополей Дирака привело к снижению интереса экспериментаторов к данной проблеме. Однако, развитие теории великого объединения вызвало новую волну активности экспериментаторов.

Большое количество экспериментов по поиску сверхтяжелых магнитных монополей можно разделить на несколько типов, в соответствии с методами регистрации монополей. Наиболее адекватным, поставленной задаче, является, так называемый, индукционный метод. Дело в том, что данный метод чувствителен непосредственно к величине магнитного заряда, причем, чувствительность метода не зависит ни от скорости частицы, ни от ее ионизующей способности, ни от каких-либо других свойств этих частиц. Если бы была возможность создать на основе этого метода детектор необходимой площади, то отпала бы необходимость во всех других экспериментах по поиску магнитных монополей. К сожалению пока не видно возможностей для создания такого детектора. Суммарный

предел на поток монополей по всем экспериментам этого типа со-19 9 1 1

ставляет около 10 см с ср , что в 1000 раз выше астрофизического предела на поток сверхтяжелых магнитных монополей. Поэтому развиваются и другие подходы к решению данной проблемы, которые основаны либо, по-прежнему, на повышенной ионизации монополей, либо на измерении скорости их движения, либо на эффекте катализа распада протона в присутствии магнитного монополя.

Одним из воможных эффектов, производимых частицами с по-шенной ионизующей способностью в том числе и монополями, является возникновение дефектов в некоторых диэлектриках в местах

прохождения этих частиц. Эти дефекты проявляются после химического травления этих матариалов. Такой метод регистрации силь-ноионизующих частиц получил развитие особенно в последнее время, когда были разработаны материалы с достаточно низким порогом возникновения дефектов. В качестве детекторов используются различные диэлектрические пленки, например, нитроцеллюлоза, лексан CR-39 и пр. , а также некоторые природные материалы, время экспозиции которых может достигать очень больших значений. Лучшие ограничения, полученные в подобного типа экспериментах находятся на уровне см"^ с"^ ср"^ и справеливы они при скоростях монополя v > 0.01 с.

Выделяется результат, полученный Прайсом и др. при прос-

Q

мотре образца слюды, возраст которой был определен как 5"10 л Ограничение, полученное в данной работе, достигает величины 2:10'^ см"2 с"1 ср"1 при скорости около 0.001 с. Однако, при этом было сделано несколько достаточно сильных предположений-и несправедливость хотя бы одного из них может свести к нулю достоверность данного результата.

Поиски магнитных монополей, использующие в качестве дете-торов пропорциональные газоразрядные счетчики, опираются и на ожидаемую повышенную ионизацию монополей (при этом область возможных скоростей ограничена величиной -0.01 с), и на малую предполагаемую скорость монополей. Как было отмечено Дреллом и др., существует механизм, приводящий к увеличению потерь эне{ гии монополем в некоторых газах. Например, в геллии, которьп можно использовать для наполнения газоразрядных счетчиков, под действием этого механизма должны возникать фотоны с энергией 1.15 эВ. Проблема регистрации фотонов столь малой энергии может быть решена если в счетчик добавить газ, потенциал ионизации которого ниже энергии фотона (Пеннинг-эффект). Наиболее силь ное ограничение в экспериментах с газоразрядными детекторами 8

получено на подземной установке КОБ, предназначенной для поис-распада нуклона, и составляет З'Ю"^ см"2 с"1 ср"* .

Сцинтилляционные детекторы имеют ряд преимуществ перед другими детекторами заряженных частиц. Во-первых, такие детекторы могут иметь большую площадь, особенно при использовании жидких сцинтилляторов. Во-вторых, сцинтилляционные детекторы обладают примерно одинаковой с пропорциональными газоразрядными счетчиками чувствительностью к величине производимой ионизации и имеют несравненно лучшее временное разрешение, что позволяет дискриминировать частицы по величине скорости и энерговыделения. Причем, дискриминацию по скорости можно проводить и по времени пролета, и по форме сигнала. В-третьих, если сци-нтилляционный детектор содержит достаточное количество вещества, то он оказывается весьма чувствительным и к процессу распада протона, индуцированного магнитным монополем. Наконец, фон в таком детекторе может быть мал, особенно если он расположен под землей. Все эти свойства делают детекторы такого типа весьма привлекательным инструментом для регистрации редких явлений, в том числе и магнитных монополей. Суммарное ограничение, полученное с помощью сцинтилляционных детекторов, составляет -10"^ см"2 с"1 ер"* .

Новые возможности для поиска магнитных монополей открыло теоретическое предсказание процесса катализа монополем распада протона. Ожидаемая величина сечения этого процесса обратнопро-порциональна скорости движения монополей. Тогда, если при скорости равной скорости света, сечение составляет 0.1 мб, то монополь, движущийся в воде со скорость 0.001 с, будет инициировать распад сзободного протона, содержащегося в воде, примерно через каждые 140 см. Таким образом, прохождение монополя через достаточно толстый детектор должно сопровождаться одним или несколькими распадами протона. Весьма удобными, с точки зрения

поиска магнитных монополей, оказались большие водно-черенковс-кие установки 1МВ и Кагшокапс1е, созданные для обнаружения распада протона. Ограничения, полученные на этих установках, зависят от предполагаемого значения сечения катализа и при его величине порядка 15 мб находятся на уровне 10"^ см"^ с"* ср"^ .

Несколько экспериментов, основанных на эффекте катализа, были специально направлены на поиск магнитных монополей. Оригинальный метод поиска магнитных монополей был использован в глубоководном эксперименте на озере Байкал. Оказалось, что эффективная площадь детектора, находящегося в открытом водном объеме, ограничена только прозрачностью воды и чувствительностью фотоприемников. Предполагая, что на 1 см пути происходит 10 - 1000 распадов, был получен предел на поток магнитных монополей на уровне 10"^ см"^ с"* ср"* при скорости 0.0001 с.

На рис. 1 приведены суммарные ограничения на поток сверхтяжелых магнитных монополей, полученные с помощью различных экспериментальных методов. Все экспериментальные ограничения, за исключением пределов, установленных в работах со слюдой и на озере Байкал, находятся выше астрофизического ограничения для скорости движения монополя порядка 0.001 с. Причем пределы, полученные с использованием традиционных методов регистрации, в пять и болеераз превышают это ограничение. Таким образом, поиск магнитных монополей по-прежнему остается актуальной задачей физики элементарных частиц. При этом наибольший интерес представляют методы, обладающие максимально большой апертурой при минимуме предположений о свойствах магнитных монополей. С этой точки зрения, подземный сцинтилляционный телескоп Баксан-кой нейтринной обсерватории ИЯИ АН СССР отвечает всем необходимым условиям для успешного поиска монополей.

В СV/с)

Рис. 1. Ограничения на поток сверхтяжелых магнитных монополей. Пунктир - астрофизические ограничения; сплошные линии - экспериментальные ограничения (1 - индукционные детекторы, 2 - пленочные детекторы, 3 - эксперимент со слюдой, 4 - газоразрядные детекторы, 5 - сцинтилляцион-ные детекторы, 6 - черепковские детекторы, 7 - эксперимент в аз-Байхал); штрих-пунктир - настоящая работа.

Вторая глава содержит описание Баксанского подземного сцинтилляционного телескопа. Телескоп расположен в подземном помещении на глубине 850 м.вз. Он представляет собой параллелепипед высотой Ими площадью основания 17м х 17м, грани которого собраны из стандартных сцг -тилляционных счетчиков. Кроме того, имеется еще два горизонтальных слоя на расстояниях 3.6 и 72 м от основания. Таким образом, телескоп состоит из шести внешних плоскостей, двух горизонтальных и четырех вертикальных, и двух внутренних горизонтальных плоскостей. Плоскости отделены друг от друга бетонными поглотителями толщиной 80 см.

Стандартный счетчик имеет размер 70см х 70см х 30см и на полнен жидким сцинтиллятором на основе уайт-спирита и просмат ривается одним фотоумножителем типа ФЭУ-49. Оптический контак фотоумножителя и сцинтиллятора осуществляется через иллюминате из оргстекла толщиной 10 см. Использование толстого иллюминатор; позволяет одновременно уменьшить неоднородность светосбора влияние фона от естественной радиоактивности. В процессе мон тажа телескопа фотоумножители всех детекторов были настроен на одинаковое значение коэффициента усиления и величины заде жки.

Информация с каждого детектора снимается параллельно по нескольким каналам. Анодные сигналы детекторов каждой плоскос ти суммируются и используются для выработки управляющего сигнала и измерения времени пролета частиц и величины потерь эне ргии в плоскости. Сигнал с последнего 12-го динода используется для регистрации сработавших в событии детекторов, а сигнах с 5-го динода для измерения величины энерговыделения в детекторе, если она превышает десятикратную ионизацию релятивисте кой частицы. Сигналы с двух последних выходов при наличии уг равляющего импульса запоминаются в двух годоскопах, а затег

переносятся в память мини-ЭВМ, включенной в линию с экспериментом, вместе с результатами измерения времени срабатывания плоскостей в наносекундном и микросекундном диапазонах и величины энерговыделения в плоскости. Управляющий импульс возникает в том случае, если хотя бы в одной из восьми плоскостей те-пескопа происходит энерговыделение превышающее четверть иони-?ации релятивистской частицы. Параллельно вырабатываются еще несколько мастерных сигналов, которые выделяют из общего потока события, удовлетворяющие определенным требованиям. Эти сигналы, также поступают в ЭВМ и используются в качестве отметки убытий, которые необходимо сохранить полностью для последую-цей обработки. Кроме того, мастерные сигналы включают в случае необходимости два десятилучевых осциллографа с длительностью разверток 300 не и 10 мке для фотографирования формы импульса.

В конце главы приведены основные характеристики телескопа. Угловое разрешение телескопа составляет 2 . Временное разрешение телескопа, измеренное экспериментально, оказалось равным 7 не. Это соответствует тому, что телескоп позволяет измерять скорость релятивистских частиц с точностью 10% . Измерения энергетического разрешения для одшючных частиц показали, что оно не хуже 25%. Такое разрешение достаточно, чтобы выделять частицы с повышенной ионизацией.

Конструкция телескопа и метод регистрации частиц позволяют наблюдать мыльте потоки излучения, проникающего под землю, и подробно изучать его характеристики.

В третьей главе описана схема эксперимента по выделению и регистрации медленных частиц, процедура обработки информации и проведен анализ экспериментальных данных.

Эксперимент по поиску сверхтяжелых магнитных монополей на подземном сцинтилляционном телескопе был начат 4 января 1982г.

Метод регистрации основан на естественном для монополей вел] кого объединения предположении о малой величине скорости и движения. Первичный отбор событий осуществляется электроннс системой, которая выделяет срабатывания какой-либо одной вне! ней плоскости и затем с задержкой большей 50 не срабатывани< внутренних плоскостей в течение 50 мкс. Сигнал, сформированньп системой управления, служит для отметки данного события, дл записи номеров детекторов, сработавших с задержкой, и для запуска двух осциллографов с длительностью разверток 10 мкс и 101 мкс. Второй осциллограф был включен в систему регистрации спе циально для данного эксперимента. Темп счета системы управл ния равен 220 в сутки, что составляет примерно 0.015% от пол ного темпа счета телескопа. Таким образом, электронный тригге эффективно отсекает релятивистские частицы. Темп счета тригге ра определяется, в основном, случайными совпадениями и распа дами остановившихся мюонов, которые легко распознаются при пс следующем анализе. С другой стороны, темп счета таких событш ожидаемое значение которого известно га независимых измеренш позволяет контролировать качество и стабильность работы управ ляющей системы.

Основное требование при отборе кандидатов на прохождение медленной частицы через телескоп состояло в том, что частиц; должна пересечь три плоскости, а задержка времени срабатывания последовательных плоскостей должна превышать 0.1 мкс. Это тре бование, хотя и уменьшает примерно в два раза апертуру телескопа, позволяет полностью исключить фоновые события, связанные с регистрацией внутренними плоскостями электронов от распада остановившихся в бетонных поглотителях мюонов. Доля распадов от полного числа зарегистрированных событий составляет 45.60%. Остальные события обусловлены, либо случайными совпадениями (52.97%) , либо прохождения, ш быстрых мюонов, удовлетворяющих условиям выработки управляющего сигнала (1.43%). 14

Диапазон скоростей частиц, которые можно наблюдать в настоящем эксперименте, ограничен с одной стороны минимальным измеримым интервалом времени 0.1 мкс, что соответствует скорости ).1 с, ас другой стороны разрешенными для выработки управляю-цего сигнала 50 мкс. Последнее ограничение соответствует скоро-ггк 0.0002 с.

Кроме ограничений, связанных с электроникой, необходимо ггметить и некоторые особенности отклика детектора на прохож-(ение медленной частицы. Дело в том, что форма сигнала на ано-ге ФЭУ зависит от скорости частицы, так как при V < 0.01 с вре-1я пересечения частицей детектора превышает время интегрированы короткой световой вспышки. Характерная форма импульса, во-никающая при этом, может служить одним из критериев при отбое событий - кандидатов на прохождение медленной частицы через становку. Именно для этой цели должно служить осциллографиро-ание формы импульса.

В то же время, уширение импульса при уменьшении скорости асгицы приводит к уменьшению амплитуды сигнала, возникающего а аноде ФЭУ. Фактически это эквивалентно увеличению порога эабатывания детектора при прохождении через него медленной асгицы. До скорости V = 0.001 с чувствительность детектора не 1висит от предположений о характере ионизационных потерь мо-ополя. В области меньших скоростей наблюдение магнитных моноолей в данном эксперименте возможно, если с достаточной эф-ективностью происходит процесс катализа распада протона моноэлем. О ценки показали, что при сечении катализа, равном 50 мб, элжно регистрироваться около пяти распадов в каждой плоскости.

Апертура телескопа для регистрации медленных, проникающих астиц, удовлетворяющих требованиям выработки управляющих сиг-алов и критерию отбора, зависит от скорости частиц, но в диа-азоне скоростей ( 0.0002 - 0.1 ) с она практически постоянна и

о

авна 1850 м^ ср. 15

При анализе данных, набранных за 63 030 часов живого времени, было обнаружено 327 событий, удовлетворивших критерию отбора. Однако все эти события нашли свое тривиальное объяснение. Это позволило установить верхний предел на поток сверхтяжелых магнитных монополей:

Б < 5.48-10"16 см-2 с-1 ср"1.

Данный предел находится ниже всех экспериментальных ограничений, полученных подобной методикой. Более того, впервые экспериментальный предел, основанный на минимальных предположениях о свойствах магнитных монополей великого объединения, оказался ниже наиболее надежного астрофизического ограничения на поток свободных магнитных монополей. Следует отметить, что этот предел также справедлив и для любых медленных ионизующихся частиц, способных проникать глубоко под землю.

Основные выводы и результаты настоящей диссертации сфор-мулированны в заключении:

1. Свойства, которыми должен обладать магнитный монопол! великого объединения, а именно, большая масса (~1016 ГэВ), ма лая скорость ( ~ 10"3 ) и эффект катализа барионного распада, заставляют по новому взглянуть на проблему экспериментальной: поиска таких частиц и на возможности больших подземных дете! торов в этих поисках.

2 . Баксанский подземный сцинтилляционный детектор, созданный как многоцелевая установка для изучения природного по тока частиц высокой энергии, оказался одним из наиболее эф фективных приборов для поиска медленных, проникающих, иониз] ющих частиц.

с

3. Разработан и осуществлен метод регистрации медленных ионизирующих частиц, основанный на одновременном измерении величины ионизации, времени пролета и формы импульса.

4. Разработана и реализована электронная система для выделения медленно движущихся ионизирующих частиц из общего потока частиц, падающих на подземный сцинтилляционный телескоп. Система обладает высокой эффективностью отбора и обеспечивает регистрацию частиц в диапозоне (2 • 10"^ - 10"* ) с. Темп счета соответствующего триггера составляет 220 импульсов в день, что составляет 0.015% полного темпа счета телескопа.

5. Эксперимент проводился в течение девяти лет и, благодаря многолетней стабильной работе телескопа, было набрано живое время экспозиции, соответствующее 63 030 часам.

6. Анализ экспериментальных данных показал, что все события, зарегистрированные по программе поиска магнитных монополей, находят тривиальное объяснение. Это либо случайные совпадения (52.97%) , либо распады мюонов (45.60%) , либо прохождения быстрых мюонов, удовлетворяющих условиям выработки триггера (1.43%) . Не обнаружено ни одного события, удовлетворяющего требованию предявляемому к кандидату на прохождение медленной частицы через телескоп - последовательное срабатывание как минимум трех плоскостей с задержкой не менее 0.1 мкс.

7. Установлено ограничение на поток сверхтяжелых магнитных монополей: Р < 5.48 • 10"^ см"^ с"* ср"*. Это ограничение получено при минимальных предположениях о свойствах монополей, а именно:

скорость движения частицы находится в интервале (0.0002 - 0.1)с;

ионизационные потери монополя достаточны, чтобы создать сигнал в детекторе при скорости большей 0.001 с;

сечение катализа распада протона, при скорости меньшей чем 0.001 с, превышает 50 мб.

Данный предел находится ниже наиболее надежных астрофизических ограничений на поток свертяжелых магнитных монопалей. Кроме того, полученный предел справедлив и для любых медленно движущихся ионизирующих частиц.

Основные результаты настоящей диссертации опубликованы в следующих работах:

L E.NAlexeyev, M.M£oliev et al. Search for superheavy magnetic monopole at the Baksan underground telescope. Lett. Nuovo Cimento, 1982, 35, p. 413-416.

2. ЕЛАпексеев, МЛГБолиев и др. Поиск сверхтяжелых магнитных монополей на Баксанском подземном телескопе. Препринт ИЯИ АН СССР, П-0268 (1983)

3. ЕНАлексеев, ММ£олнев и др. Ограничение на поток медленных магнитных монополей по данным Баксанского подземного телескопа. Труды Всесоюзной школы "Частицы и космология", ч. 1, 1984, с. 33-36.

4. E.NAlexeyev, MMBoliev et al. Search for slowly moving penetrating particles at the Baksan underground telescope. Proc. 18th ICRC, Bangalore, India, 1983, v. 5, p. 52-55.

5. E-NAlexeyev, MMBoliev et al. Upper limit on magnetic monopole flux from Baksan experiment Proc. 19th ICRC, La Jolla, USA, 1985, v.8, p. 250-252.

6. EJiAlexeyev, M.M.BoIiev et aL A search superheavy magnetic monopole by Baksan underground scintillation telescope. Proc. 21th ICRC, Adelaide, Australia, 1990, v.10, p. 83.