Зацепинские чтения 25 05 2012 Парметр от идеи

Зацепинские чтения, 25. 05. 2012 Парметр: от идеи до применения Р. П. Кокоулин (НИЯУ МИФИ) Парметр – метод спектрометрии мюонов высокой энергии, основанный на энергетической зависимости сечения прямого образования электронпозитронных пар мюонами. Энергия мюона может быть восстановлена по количеству и мощности вторичных каскадов, образованных мюоном в толстом слое вещества.

Идея метода И. С. Алексеев, Г. Т. Зацепин. μ-мезоны высокой энергии. Труды Международной конференции по космическим лучам (1959). Т. 1: Ядерные взаимодействия при энергиях 1011 – 1014 э. В. Москва, 1960, Изд. АН СССР, 326 -329.

Первые расчетно-теоретические работы в СССР: Э. В. Гедалин. ЖЭТФ, 43 (1962) 1697 Э. В. Гедалин, Н. М. Герасимова. ЖЭТФ, 45 (1963) 565 (зависимость равновесного числа электронов от глубины, флуктуации) О. В. Веденеев, В. А. Дмитриев, Г. Б. Христиансен. ЖЭТФ, 44 (1963) 556 (МС моделирование, приближение независимых толчков – оценка точности восстановления энергии мюонов) Рассматривалась возможность применения в МИК ТШВНС ФИАН: А. Д. Ерлыкин. Препринт ФИАН СССР № 67. 1967

Первые попытки экспериментальной реализации: Искровые калориметры: M. F. Bibilashvili et al. Phys. Lett. 17 (1965) 175 Подземные детекторы установки ШАЛ МГУ: Н. П. Ильина, Б. А. Хренов, З. В. Ярочкина. ЯФ 18 (1973) 854

Зарубежные работы (расчетные) появились позже: M. K. Moe. Nuovo Cim. B, 66 (1970) 90 (при поддержке Ф. Райнеса) T. Wada, T. Kitamura. Progr. Theor. Phys. 41 (1969) 1587 (по инициативе С. Мияке) Эти работы стали основой создания прототипа парметра в комплексе МЮТРОН: T. Kitamura et al. 13 th ICRC, Denver, 1973, v. 4, 2974 T. Kitamura et al. 14 th ICRC, Munich, 1975, v. 6, 2145 Здесь родилось современное название метода: pair meter -- > пар-метр -- > парметр

Конец 70 -х – начало 80 -х годов ХХ века: Эксперименты с прототипом парметра МЮТРОН: I. Nakamura et al. 16 th ICRC, Kyoto, 1979, v. 10, 19 Калибровка с магнитным спектрометром. Фоновая роль ядерных каскадов (РПК, светлые и темные кружки).

Конец 70 -х – начало 80 -х годов (продолжение) Искровой калориметр с магнитным спектрометром на г. Арагац: Т. Л. Асатиани, С. В. Тер-Антонян. Препринт ЕФИ-469 (11)-81, 1981 Проект парметра в эксперименте АНИ В. А. Астафьев и др. Изв. АН Арм. ССР, Физика, 15 (1980) 345 В. В. Авакян и др. Парметр эксперимента АНИ. Препринт ЕФИ-1099(62)-88. Активно обсуждалась также возможность применения метода в DUMAND: В. С. Березинский, Г. Т. Зацепин. УФН 122 (1977) 3 V. V. Borog et al. , 15 th ICRC, Plovdiv, 1977, v. 6, 289 A. Roberts. DUMAND Workshop, 1978, v. 1, 275 V. J. Stenger et al. 16 th ICRC, Kyoto, 1979, v. 10, 373

Конец 1980 -х: количественная теория парметра R. P. Kokoulin, A. A. Petrukhin. NIM A, 263 (1988) 468 Р. П. Кокоулин, А. А. Петрухин. ЭЧАЯ, 21 (1990) 774 Основные требования: чувствительность к передачам энергии ~ 10 -2 Eμ; толщина мишени для измерения энергии индивидуальных мюонов должна быть не менее сотен радиационных единиц. Для полномасштабной реализации метода необходимы массивные установки (сотни – тысячи тонн) с достаточно высокой степенью грануляции (десятки – сотни слоев).

Применение на существующих установках NUSEX (136 слоев по 1 см стали, стримерные трубки) – первая экспериментальная оценка энергии мюонов на больших глубинах: C. Castagnoli et al. Astropart. Phys. 6 (1997) 187 Параметры спектра мюонов (средняя энергия и показатель наклона) оценивались из распределения событий по числу и мощности вторичных каскадов.

Большой жидкоаргоновый спектрометр БАРС Одно из первых применений крупного ускорительного детектора для эксперимента в космических лучах. S. V. Belikov et al. Preprint IHEP 96 -65 (1996) V. B. Anikeev et al. 27 th ICRC, Hamburg, 2001, v. 3, 958 288 (!) слоев жидкоаргоновых ионизационных камер Опробованы всевозможные варианты методики парметра, оценены параметры спектра мюонов космических лучей.

Баксанский подземный сцинтилляционный телескоп А. Г. Богданов и др. Ядерная физика, 72 (2009) 2112 Всего 4 горизонтальных плоскости с толщиной поглотителя между ними ~ 7 рад. ед. Однако большая геометрическая светосила (~ 200 м 2 ср) и длительный период измерений (более 10 лет) позволили получить первые оценки спектра мюонов в области > 100 Тэ. В. Geant 4 моделирование прохождения мюона высокой энергии через БПСТ

Спектр мюонов по результатам анализа кратных взаимодействий в БПСТ Энергетический спектр мюонов. Сравнение с данными других измерений. Отбор событий с двухкратными взаимодействиями мюонов.

Другие возможности. Проект MONOLITH M. Ambrosio et al. The MONOLITH Project. 1999 LNGS-LOI 20/99, CERN/SPSC 99 -24 Первоначальный вариант установки: «большой NUSEX» (~ 500 рад. ед. , ~ 100 слоев, ~ 20 -30 тыс. тонн стали). Проект не был принят. Однако рассматривается возможность создания подобной установки в Индии.

Возможность применения в нейтринных КМ 3 телескопах (Ice. Cube и др. ) 100 Тэ. В-ный мюон дает примерно в 100 раз больше света, чем мюон умеренной энергии! Проблемы: большие флуктуации, мюоны сопровождения, редкая «решетка» , свойства среды (неоднородность) и т. п. Тем не менее, реализация метода парметра представляется возможной. R. P. Kokoulin et al. 24 th ICRC, Rome, 1995, v. 1, 746 Пример высокоэнергичного события в Ice. Cube (c сайта коллаборации).

Заключение Идея парметра живет и развивается. Применение метода позволило получить ряд интересных (пусть пока скромных) физических результатов. Однако полномасштабная реализация метода еще впереди.