Научная статья на тему 'Стратосферные исследования эффекта выстроенности в ядерных взаимодействиях частиц космических лучей при л/s > 6 ТэВ'

Стратосферные исследования эффекта выстроенности в ядерных взаимодействиях частиц космических лучей при л/s > 6 ТэВ Текст научной статьи по специальности «Нанотехнологии»

CC BY
63
15
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Ключевые слова
ЭФФЕКТ ВЫСТРОЕННОСТИ В ЯДЕРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ / РЕНТГЕНОЭМУЛЬ-СИОННЫЕ КАМЕРЫ / СТРАТОСФЕРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧАХ

Аннотация научной статьи по нанотехнологиям, автор научной работы — Борисов А. С., Денисова В. Г., Котельников К. А., Пучков B. C., Трубкин Ю. А.

Обсуждается проект эксперимента по облучению частицами первичных космических лучей во время циркумполярных полетов вокруг Северного полюса стратосферных фотоэмульсионных камер для изучения химического состава первичных космических лучей и изучения эффекта выстроенности при энергиях ~1016 эВ.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по нанотехнологиям , автор научной работы — Борисов А. С., Денисова В. Г., Котельников К. А., Пучков B. C., Трубкин Ю. А.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Стратосферные исследования эффекта выстроенности в ядерных взаимодействиях частиц космических лучей при л/s > 6 ТэВ»

УДК 539.073

СТРАТОСФЕРНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭФФЕКТА ВЫСТРОЕННОСТИ В ЯДЕРНЫХ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯХ ЧАСТИЦ КОСМИЧЕСКИХ ЛУЧЕЙ ПРИ > 6 ТЭВ

А. С. Борисов1, В. Г. Денисова1, К. А. Котельников1, В. С. Пучков1, Ю.А. Трубкин1, А. В. Варгасов2, Р. А. Мухамедшин2

Обсуждается проект эксперимента по облучению частицами первичны,а; космических лучей во время, циркумполярных полетов вокруг Северного полюса стратосферных фотоэмульсионных камер для, изучения, химического состава первичны,х космических лучей и изучения, эффекта, выстроенности при энергиях ~1016 эВ.

Ключевые слова: эффект выстроенности в ядерных взаимодействиях, рентгеноэмутть-сионньте камеры, стратосферные исследования в космических лучах.

Регистрация на LHC коррелированных пар частиц в ядерных взаимодействиях протонов высокой энергии [1] и теоретический анализ таких событий, возможно, позволит понять наблюдаемую в космических лучах при высоких энергиях (> 1016 эВ) азимутальную анизотропию в разлете вторичных частиц [2]. Этот эффект в последующем получил название выстроенность [3 5]. Эффект выстроенности (alignment) вторичных частиц при столь высоких энергиях состоит в том. что разлет генерированных в ядерном взаимодействии частиц происходит в очень узком диапазоне азимутальных углов, т.е. наблюдается труднообъяснимая очень жесткая корреляция в разлете возбужденной ядерной материи. На рис. 1 приведена фотография рентгеновской пленки экспериментальной стратосферной установки, на которой видны каскады центральной части воздушного семейства вторичных частиц [2]. образованных в результате неупругого взаимодействия с ядром атома воздуха первичной частицы космического излучения с энергией, равной приблизительно 2 • 1016 эВ. На фотографии отчетливо видна азимутальная асимметрия разлета частиц узкого конуса события. Критерий выстроенности

1 Институт ядерных исследований РАН.

2 Учреждение Российской академии наук Физический институт им. П. Н. Лебедева РАН, 119991, Москва, Ленинский пр-т, 53.

Л [3-6], рассчитанный для данного события, оказался больше 0.9, а вероятность наблюдения такой анизотропии из-за возможных флуктуаций в углах разлета вторичных частиц не превышает 0.03% [7].

Как было показано в работах [3, 4], выстроенность начинает проявляться при энергиях первичных частиц космических лучей выше 1016 эВ, и этот эффект определяется вторичными частицами, имеющими большие энергии и большие поперечные импульсы.

Существующие теоретические модели ядерных взаимодействий не в состоянии в сколько-нибудь полной мере дать физическое объяснение наблюдаемому эффекту. Скорее всего в данном случае проявляется неизвестное до настоящего времени фундаментальное свойство материи. Поэтому представляется весьма целесообразным в ближайшие 2-3 года провести в стратосфере исследования, нацеленные на получение экспериментальных данных по воздушным семействам, в которых фон от каскадных процессов в атмосфере не мешал бы анализировать эффект выстроенности.

• *

Рис. 1: В центральной части фотографии рентгеновской пленки видна азимутальная асимметрия каскадов от частиц узкого конуса ядерного взаимодействия с энергией • 1016 эВ, которое произошло в стратосфере на расстоянии ^50 метров над установкой. Рентгеновская пленка при экспозиции находилась под свинцом на глубине 8 каскадных единиц. На оси ливня видно большое пятно от гало, созданного лидирующей частицей события.

В настоящее время вся мировая статистика так называемых "чистых" семейств содержит всего 2 события - одно стратосферное событие зарегистрировано сотрудниками

ФИ АН [2], другое - физиками Франции [5]. В рамках обсуждаемой программы предполагается провести месячных полетов аэростатов по циркумполярным трассам вокруг Северного полюса. Высота полета должна быть небольшой, около 20 км, с тем, чтобы можно было получить достаточную для физического анализа статистику ядерных взаимодействий частиц первичного космического излучения.

На рис. 2 схематично показана стратосферная установка, которая представляет собою тонкую рентген-эмульсионную камеру (РЭК). Камеры предполагается облучать ядрами сверхвысоких энергий первичных космических лучей в стратосфере при проведении циркумполярных полетов аэростатов вокруг Северного полюса.

Рис. 2\ I - узел подвески; 2 - РЭК; в разрезе рентген-эмульсионной камеры показано легкое вещество (оргстекло) толщиной Н2 = 30 с,м 0.3 ), в верхней части которого расположены 3 слоя тонкослойной ядерной эмульсии. Под оргстеклом - 6 слоев свинца, переложенных рентгеновской пленкой толщиной Н1 = 3 см; 3 - платформа.

Исходные параметры, которые были использованы для оценки вероятности регистрации стратосферных семейств:

1. I(> 1016еУ) = 4 • 10-51/ш2Ъ й!ег;

2. Б = 7 т2;

3. Р = 5000

4. р1 = 11 ^ст3 - РЬ;

5. Н1 = 3 ст - 6 Си;

6. р2 = 1 g/cm3 - light material;

7. h2 = 30 cm « 0.3Л,П - 0.5 Cu:,

8. ДП = 2;

9. T = 1 месяц ~ 700 h.

При таких исходных параметрах расчета для одномесячного циркумполярного полета аэростата вероятность регистрации стратосферного семейства, энергия первичной частицы которого выше > 1016 эВ, составляет всего 2 • 10_1. Если окажется возможным

провести 10 полетов камер проекта, то можно рассчитывать на то. что будет зареги-

1016

камерах будет зарегистрировано около 200 семейств с энергиями выше 1015 эВ. Такая статистика событий позволит не только подтвердить или опровергнуть гипотезу существования вьтстроенности. но в случае ее подтверждения определить энергетический порог этого эффекта.

Кроме вьтстроенности. экспериментальный материал, полученный при проведении 10 полетов стратосферных рентген-эмульсионных камер, позволит определить химический состав первичных космических лучей в области перегиба энергетического спектра (при энергиях «1015 эВ). Такие измерения можно проводить для ядер первичного излучения. проскочивших до камер без взаимодействия в остаточной атмосфере и испытавших взаимодействие в слое легкого вещества, который располагается над свинцовыми пластинами. Если окажется возможным проложить верхние слои легкого вещества камеры 2 3 пленками тонкослойной ядерной фотоэмульсии, то можно будет определять Z первичных ядер прямым методом по производимой ими ионизации.

Характеристики аэростатов, которые были заложены в расчете статистики событий. являются практически штатными. Но для проведения запусков было бы полезно воспользоваться стартовым оборудованием центра Кируна (Швеция). Проводить такие работы в Кируне. по-видимому, вполне реально, учитывая тот факт, что между Россией и Швецией существует межправительственное рамочное соглашение о совместных исследованиях в стратосфере.

ЛИТЕРАТУРА

[1] The CMS Collaboration Observation of Long-Range. Xear-Side Angular Corrélation in Proton-Proton Collisions at the LHC. arXiv:1009.4122vl [hep-ex] 2lSep 2010.

[2] A. В. Апанасенко. H. A. Добротин. Л. A. Гончарова и др.. Proc. 15th ICRC 7. 220 (1977); A. В. Апанасенко. В. В. Гусева. А. А. Горячих. Изв. АН СССР, сер. физич. 44, 463 (1980).

[3] V. S. Puclikov, IL Xuovo Cimento 19, 1011 (1996).

[4] A. S. Borisov, V. M. Maximenko, and V. S. Puchkov, Физика Элементарных Частиц и Атомного Ядра 36(5), 1227 (2005).

[5] J. X. Capdevielle, J. Phys. G 14, 503 (1988).

[6] J. X.Capdevielle et al., in Proc. 30th Int. Cosmic Ray Conf., HE Merida 120, 651 (2007).

[7] A. К. Манагадзе, В. И. Оседло, В. И. Галкин и др.. Письма в ЭЧАЯ, Л"2 3[112], 19 (2002).

Поступила в редакцию 13 декабря 2010 г.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.