к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Электронно-фотонные ливни

Электронно-фотонные ливни (электромагнитные каскады, электронно-фотонные лавины) - группы генетически связанных частиц, обусловленные многократными последовательными актами взаимодействия электронов и фотонов высоких энергий с веществом. Электрон достаточно высокой энергии 5116-3.jpg, попадая на слой вещества, испускает фотон (см. Тормозное излучение ),к-рый в дальнейшем способен породить электрон-позитронную пару (см. Рождение пар)или испытать комптоновское рассеяние (см. Комптона эффект, Гамма-излучение). Компоненты пары вновь испускают тормозные фотоны и т. д. Процесс "размножения" частиц лавинообразно нарастает до тех пор, пока ср. энергия родившихся частиц не упадёт до критич. энергии e (табл.), ниже к-рой ионизационные потери энергии преобладают над потерями на тормозное излучение (радиационными потерями). После достижения максимума числа частиц, к-рое пропорционально 5116-5.jpg/e, лавина начинает затухать из-за поглощения частиц за счёт иони-зац. потерь.

5116-4.jpg


Аналогичные лавины порождаются фотонами с энергией 5116-6.jpg >2тес2, где те - масса электрона, а также более тяжёлыми заряж. частицами, напр. мюонами, создающими тормозные фотоны или порождающими электрон-позитрон-ные пары. Однако для тяжёлых (массивных) частиц сечения соответствующих процессов малы. Напр., сечение тормозного излучения обратно пропорционально квадрату массы т частицы: (me/m)2 .

Помимо продольного развития лавина расплывается в поперечном направлении из-за многократного кулонов-ского рассеяния электронов, причём поперечный размер Э--ф. л. много меньше продольного.

Как продольное, так и поперечное развитие Э--ф. л., резко зависит от ат. номера Z вещества. Однако если ввести спец. масштаб, то свойства Э--ф. л. в разл. веществах становятся близкими. Такими характерными переменными являются радиационная, или лавинная, единица длины t0 (табл.) и т. н. м о л ь е р о в с к и й р а д и у с r0 =(5116-7.jpg/e)t0 (5116-8.jpg=21 МэВ), определяющий среднеквадратичный радиус ливня 5116-9.jpg~r0 и среднеквадратичный угол рассеяния 5116-10.jpg ~0,7(5116-11.jpg)5116-12.jpg для частиц с энергией 5116-13.jpg или 0,7(5116-14.jpg/e)5116-15.jpg для полного числа частиц вблизи максимума ливня и на больших глубинах t.

Каскадная теория. Теоретич. описание ливня состоит в нахождении числа электронов и фотонов с энергией 5116-16.jpg на глубине t, т. е. функций 5116-17.jpg t, q) и Г(5116-18.jpg, t, q). Для практич. целей часто достаточно знать зависимость ср. числа частиц от глубины, независимо от их угл. распределения, т. н. к а с к а д н у ю к р и в у ю. Эта кривая вычисляется путём решения кинетич. ур-ний

5116-19.jpg

Здесь We(5116-20.jpgWp(5116-21.jpg) - соответственно вероятности процессов тормозного излучения и рождения пар фотонами, а член eд5116-22.jpg5116-23.jpg описывает ионизац. потери.

Простейший путь решения ур-ний (2) основан на предположении о независимости We и Wp от энергии и отсутствии ионизац. потерь. В этом случае методом функциональных преобразований может быть найдено аналитич. решение в виде N(t,5116-24.jpg). Получаемый результат справедлив лишь в области энергий5116-25.jpg>>68Z-1/3 МэВ (условие полного экранирования) и 5116-26.jpg>>e. В параметрич. форме выражение для функции N (t,5116-27.jpg) имеет вид

5116-28.jpg

Параметр s наз. в о з р а с т о м л и в н я. При t= 0 s = 0, в максимуме каскада s5116-29.jpg1, за максимумом s>1.

Из (3) следует, что спектр электронов степенной и зависит только от отношения (5116-30.jpg). Решения ур-ний (2) с учётом ионизац. потерь при постоянных We и Wp для лёгких веществ позволяют найти полное число частиц с энергией

5116-31.jpg >0. Для максимума каскадной кривой на рис. 1 число частиц

5116-32.jpg

В максимуме ливня спектр вторичных частиц имеет вид N(tмакс,5116-33.jpg)~5116-34.jpg. Равновесный спектр5116-35.jpg близок по форме к спектру в максимуме ливня.

5116-36.jpg

Рис. 1. Каскадные кривые в Pb для первичного фотона при различных первичных энергиях (в МэВ) и5116-37.jpg=0.

Ливни в тяжёлых веществах. В тяжёлых веществах (большие Z) образование вторичных частиц особенно эффективно (т. к. мала критич. энергия e и велико значение 5116-38.jpg/e). Однако решение задачи затруднительно, т. к. при малых e сечение поглощения фотонов в тяжёлых веществах сильно зависит от энергии. Необходимо также учитывать рассеяние частиц. При относительно невысоких энергиях 5116-39.jpg для определения 5116-40.jpg(t,5116-41.jpg) и Г (t,5116-42.jpg) пользуются т. н. методом статистич. испытаний. Разработаны также приближённые методы, позволяющие получить результаты при высоких энергиях первичных частиц 5116-43.jpg. Качественно решение имеет вид, аналогичный (3. 4), однако при одном и том же значении (5116-44.jpg/e) число частиц в максимуме каскада в 2-3 раза меньше, чем для лёгких элементов, и каскад поглощается медленней, т. е. растягивается в глубину. Поглощение каскада определяется фотонами с энергией, соответствующей минимуму поглощения.

Площадь под каскадной кривой во всех случаях постоянна и равна 5116-45.jpg. Это выражение использует- ся при определении энергии фотонов и электронов высокой энергии в ионизационных калориметрах. Среднеквадратичный угол рассеяния <q> частиц в максимуме, каскада велик, так что значит. часть частиц движется в обратном, направлении.

В тяжёлых веществах при энергиях 5116-46.jpg> 10 ТэВ начинает сказываться т. н. эффект Померанчука - Мигдала, который приводит к уменьшению числа частиц в максимуме лавины, смещению максимума к большим глубинам t и замедлению поглощения каскада. Этот эффект связан с тем, что при увеличении энергии растёт эфф. радиус взаимодействия частиц и необходимо учитывать коллективные эффекты.

Пространственное распределение частиц, т. е. зависимость числа частиц от расстояния до оси ливня (продолжение траектории первичной частицы), может быть найдено по максимуму числа частиц в поперечных плоскостях при разных t. Изучение пространств. распределения имеет важное значение при исследовании широких атмосферных ливней. Пространств. распределение зависит от возраста Э--ф. л. В первом приближении N~rs-2. Пространств. распределение электронов Ne в Pb и Cu при 5116-47.jpg=6 ГэВ показано на рис. 2.

5116-52.jpg

Рис. 2. Пространственное распределение частиц (Nc в произвольных единицах) в ливне при 5116-48.jpg=6 ГэВ.

Вблизи оси Э--ф. л. число электронов в круге радиусом r при r<<t0 зависит только от произведения 5116-49.jpg и не зависит от 5116-50.jpg. Это является следствием однородности функции 5116-51.jpg. Расстояние, на к-рое отходит электрон от оси ливня, определяется кулоновским рассеянием на пути, равном t0: r~<q>~5116-53.jpg, т.е. 5116-54.jpg . Это свойство пространств. распределения используется для определения энергии фотонов в рентгеноэмульсионных камерах.

Слоистые среды. В этом случае возникают т. н. переходные эффекты, приводящие к значит. (в неск. раз) уменьшению числа частиц при переходе из тяжёлых веществ в лёгкие. Это обусловлено тем. что в развитом каскаде ср. энергия частиц близка к критической e. В лёгких веществах e больше, чем в тяжёлых. Поэтому при переходе Э--ф. л. из тяжёлого вещества в лёгкие ср. энергия частиц возрастает. Это возможно только из-за поглощения частиц малой энергии. Уменьшение числа частиц начинает сказываться и перед границей раздела, т. к. из-за многократного рассеяния часть частиц движется в обратном направлении (рис. 3). Переходные эффекты играют большую роль в ка-лориметрич. установках, где используются комбинации Cu, Pb или U и пластич. сцинтилляторов.

5116-55.jpg

Рис. 3. Влияние переходных эффектов в слоистом веществе (Pb-пластик П): 1-каскадная кривая в однородном поглотителе из Pb; 2-каскадная кривая в слоистой среде.

Реальные Э--ф. л. подвержены флуктуациям. Если бы все частицы ливня были независимы, то флуктуации были бы пуассоновскими с дисперсией s~<Ne>. Существование корреляций увеличивает флуктуации. На рис. 4 представлена зависимость относит. дисперсии от глубины, полученная в экспериментах с космич. лучами.

5116-56.jpg

Рис. 4. Флуктуации электронно-фотонных каскадов при разных 5116-57.jpg в Fe.

Литература по

  1. Беленький С. З., Лавинные процессы в космических лучах, M.- Л., 1948; Росси Б., Частицы больших энергий, пер. с англ., M., 1955; Мигдал А. Б., Тормозное излучение и образование пар при больших энергиях в конденсированной среде, "ЖЭТФ", 1957, т. 32, с. 633; Иваненко И. П., Электромагнитные каскадные процессы, M., 1972; Иваненко И. П., Рогано-ва Т. M., Каскадные ливни, вызываемые частицами сверхвысоких энергий, M., 1983. В. С. Мурзин.

    к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

    Знаете ли Вы, в чем фокус эксперимента Майкельсона?

    Эксперимент А. Майкельсона, Майкельсона - Морли - действительно является цирковым фокусом, загипнотизировавшим физиков на 120 лет.

    Дело в том, что в его постановке и выводах произведена подмена, аналогичная подмене в школьной шуточной задачке на сообразительность, в которой спрашивается:
    - Cколько яблок на березе, если на одной ветке их 5, на другой ветке - 10 и так далее
    При этом внимание учеников намеренно отвлекается от того основополагающего факта, что на березе яблоки не растут, в принципе.

    В эксперименте Майкельсона ставится вопрос о движении эфира относительно покоящегося в лабораторной системе интерферометра. Однако, если мы ищем эфир, как базовую материю, из которой состоит всё вещество интерферометра, лаборатории, да и Земли в целом, то, естественно, эфир тоже будет неподвижен, так как земное вещество есть всего навсего определенным образом структурированный эфир, и никак не может двигаться относительно самого себя.

    Удивительно, что этот цирковой трюк овладел на 120 лет умами физиков на полном серьезе, хотя его прототипы есть в сказках-небылицах всех народов всех времен, включая барона Мюнхаузена, вытащившего себя за волосы из болота, и призванных показать детям возможные жульничества и тем защитить их во взрослой жизни. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

    Bourabai Research Institution home page

    Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution