электронно-ядерные ливни

ЭЛЕКТРОННО-ЯДЕРНЫЕ ЛИВНИ (проникающие ливни, мезонные ливни, струи, звёзды) - поток генетически связанных адронов и электронов, возникающий в результате взаимодействия адрона или лептона высокой энергии (>10⁹ эВ) с нуклонами или ядрами. Открыты в 40-х гг. 20 в. при изучении взаимодействий космич. частиц с ядрами с помощью Вильсона камеры и ядерных фотографических эмульсий. Детально изучены в экспериментах на ускорителях заряженных частиц с помощью электронных детекторов и пузырьковых камер (рис. 1).

Рис. 1. Электронно-ядерный ливень, зарегистрированный в пузырьковой камере. Стрелкой отмечено начало ливня.

В результате взаимодействия адронов с нуклонами или ядрами происходит множественное рождение мезонов (если энергия столкновения достаточна), в т. ч. нейтральных пи-мезонов, h-мезонов и др., распадающихся с испусканием фотонов практически в точке взаимодействия. Фотоны сравнительно быстро конвертируются в электрон-пози-тронную пару и дают начало электронно-фотонному ливню. T. о., в результате взаимодействия наряду с мезонами (проникающая компонента) появляются электроны и фотоны (смешанный ливень). При очень высоких энергиях ( >1 ТэВ) рождённые частицы вылетают в виде узкого пучка-струи. Сечение образования Э--я. л. (сечение неупругого взаимодействия) s близко к геометрич. сечению нуклонов и ядер. При энергиях первичных частиц >30 ГэВ сечения s растут пропорционально ln² В протон-протонных столкновениях в интервале энергий от 30 до 1,5·10⁵ ГэВ сечение меняется от 30 до 55 мб. Для взаимодействий адронов с ядрами s зависит от массового числа A: s~А^a, где a~0,70,8.

Одной из важных особенностей Э--я. л. является множественное рождение частиц (см. Множественные процессы), причём ¹/₃ от полного числа рождённых пионов составляют нейтральные пионы, дающие после распада начало электронно-фотонному каскаду.

Доля энергии, уносимая дочерними частицами, достигает в среднем в нуклон-нуклонных взаимодействиях 50%, причём 25-30% от этого значения составляет энергия нейтральных пионов p⁰. Остальную энергию (50%) сохраняет частица той же природы, что и первичная, или близкая к ней по кварковому составу (напр., протон, нейтрон, гиперон, D-резонанс и др. в случае первичного протона). Такие частицы наз. лидирующими. Они имеют широкий спектр (рис. 2). Вызывая развитие электронно-ядерных каскадов в веществе, лидирующие частицы увеличивают проникающую способность адронов (рис. 3).

-

Рис. 2. Спектр лидирующих протонов в протон-протонном столкновении при энергии 200 ГэВ; x-отношение энергии лидирующего протона к энергии первичного протона.

В атмосфере Земли Э--я. л., создаваемые первичными космич. адронами, образуют все вторичные компоненты космич. лучей: электронно-фотонную из-за распада p⁰, мюонную и нейтринную из-за распада заряж. пионов и ка-онов, адронную в результате переноса энергии в глубь атмосферы лидирующими частицами.

Рис. 3. Электронно-ядерный каскад, зарегистрированный в ионизационном калориметре из Fe, и его возможная интерпретация как цепь последовательных столкновений; x = rl, где l-толщина вещества в калориметре, r - плотность вещества. По оси ординат отложено число частиц (в основном электронов); энергия первичной частицы ~ 500 ГэВ.

При энергиях выше 10⁶ ГэВ космич. адроны рождают в атмосфере гигантские Э--я. л., наз. широкими атмосферными ливнями. Теоретич. описание Э--я. л. основано на кварковых, кварк-партонных и др. моделях. Эти модели позволяют описать качеств., а иногда и количеств. особенности Э--я. л. (см. Квантовая хромодинамика).

Лит.: Никитин Ю. П., Розенталь И. Л., Теория множественных процессов, M., 1976; Гришин В. Г., Инклюзивные процессы в адронных взаимодействиях при высоких энергиях, M., 1982; Мурзин В. С., Сарычева Л. И., Физика адронных процессов, M., 1986. В. С. Мурзин.

   <<      Предметный указатель      >>