Взаимодействия адронов ядрами атомов воздуха при энергиях ПКИ ПэВ А.Г. Дубовый1, Р.А. Мухамедшин2, Н.М. Нестерова1, В.П. Павлюченко1,Л.Г. Свешникова2, А.П. Чубенко1. 1. Физический институт им. П.Н. Лебедева РАН, Москва, Россия, 2. Институт ядерных исследовапий РАН, Москва, Россия. 3. Институт ядерной физики им. Д.В. Скобельцына МГУ, Москва, Россия

Данные Тянь-Шаньского эксперимента об адронах с энергией 1-50 ТэВ в ШАЛ от ПКИ ПэВ сравнивались с результатами различных модельных расчетов, в том числе по программам CORSIKA+QGSJET1 и MC0. На основании сравнения энергетических спектров адронов сделаны выводы о росте сечения взаимодействия протонов с ядрами атомов воздуха при энергиях от 0.1 ТэВ (ускорители c фиксированной мишенью) до 3 ПэВ (ШАЛ) и о других основных параметрах взаимодействия.

Классификация ШАЛ проводилась по Ne. В работе представлены результаты ШАЛ с Ne=1.5 10* *6 (энергия ПКИ Eo ПэВ, Eо~Ne). Ne и другие параметры электронно-фотонной компоненты ШАЛ (X, Y, s, θ, φ) измерялись для каждого ливня многоканальной системой сцинтилляционных и газоразрядных счетчиков, расположенных центре калориметра и до 200 м от него. Энергия адронов измерялась с помощью ионизационного калориметра площадью 36 м*2 и полной толщиной Pb-поглотителя 850 г/см*2. Он состоял из 15 рядов ионизационных камер по 48 камер размером ( ) см*2 в каждом ряду.

о Пространственное разрешение камеры было недостаточно для выделения отдельных адронов и они могли сливаться в лавины. Для того, чтобы исключить этот эффект была проведена специальная обработка данных эксперимента на базе розыгрыша по разным моделям методом Монте-Карло генерации адронов в атмосфере и их прохождения через калориметр. Использовались банки данных адронов: A.D.Erlykin – T.V.Danilova, A.M. Dunaevsky, A.G. Dubovy – V.P. Pavlyuchenko Модельные банки адронов обрабатывались по тем же алгоритмам, что и экспериментальные. Так был определен переход от лавин адронов к одиночным адронам для разных интервалов по Еh и Ne. Правильность перехода подтверждена сравнением этих спектров со спектрами рентгеновских пленок в тех же интервалах E h и Ne.

Получена зависимость числа адронов Nh, приведенного к одному ливню, от энергии адрона Eh в узких интервалах по Ne. Надо отметить, что на уровне гор среднее число адронов Nh (>Eh) в одном ливне, нормированное на Ne, слабо зависит от Ne в исследуемом диапазоне Ne и Eh. Для сравнения с экспериментом были проведены расчеты энергетических спектров адронов по модели CORSIKA+QGSJET1 для тех же, что в эксперименте Eh и Ne. На рис.1 представлены эти расчетные и экспериментальные энергетические спектры адронов в ШАЛ с Ne=4 10*5 (E 0 1 ПэВ). Розыгрыш проведен для разных первичных ядер А: P, He, O.

Эксперимент –кружки; розыгрыш по CORSIKA+QGSJET1 для разных А: квадраты-P, звезды– He, треугольники – O. Интегральный энергетический спектр: число адронов на ливень с Ne=4 10*5 (Eo 1 ПэВ).

По детальным расчетам [ В.А. Литвинов, В.В. Учайкин] и результатам ряда розыгрышей спектры адронов в ШАЛ зависят от различных параметров взаимодействия адронов с ядрами атомов воздуха, особенно от сечений взаимодействия σ prod h-air и коэффициентов неупругости K in h при E h = ТэВ в ШАЛ от ПКИ с E 0 ~ 1 ПэВ. Причем, чувствительность к σ prod h-air растет с увеличением E h в этом диапазоне. С дугой стороны, эти расчеты показали слабое изменение N e с изменением роста σ prod h-air. Экспериментальные данные о числе адронов с N h (E h > 1 ТэВ, N e,) сравнивались с результатами розыгрыша ШАЛ, проведенными разными авторами по различным моделям прошлых лет [A.D.Erlykin - T.V Danilova; N.N. Kalmykov –Kristiansen; Kanevsky – Roganova – Ivanenko ; Kempa] и по современным моделям CORSIKA+QGSJET1 [L.G. Sveshnikova ] and MC0 [R.A. Mukhamedshin ], которые базируются на разных предположениях о росте σ prod h-air (E 0 ), начиная от энергий ускорителей с неподвижной мишенью при 0.1 ТэВ.

Экспериментальные данные о числе адронов с N h (E h > 1 ТэВ, N e,) сравнивались с результатами розыгрыша ШАЛ разных авторов по различным моделям прошлых лет [A.D.Erlykin - T.V Danilova; N.N. Kalmykov –Kristiansen; Kanevsky – Roganova – Ivanenko ; Kempa] и по современным моделям: CORSIKA+QGSJET1 [L.G. Sveshnikova ] and MC0 [R.A. Mukhamedshin], которые базируются на разных предположениях о росте σ prod h-air (E 0 ), начиная от энергий ускорителей с неподвижной мишенью при 0.1 ТэВ. На Рис.2 число адронов N h (E h > 1 ТэВ) на ливень, при нормировке к N е, полученное в различных расчетах, как функция величины α сравнивается с экспериментом. Здесь α характеризует рост с энергией сечения взаимодействия протонов с ядрами атомов воздуха в виде простой формулы: σ prod p-air = σ 0 (1+ α ln E 0 ), σ 0 (0.1 ТэВ)= mb.

Рис.2. Зависимость числа адронов N h (> 1 ТэВ) от роста σ prod p-air сечения протонов. α (см. текст, верхняя шкала) и % изменения (на порядок E) σ prod p-air (нижняя шкала). Две прямые линии - границы эксперимента. Расчеты: светлый кружок-[9], крест-[8], черные квадраты-[7], светлые квадраты-[1], треугольник-[5], жук- [11].

Рис.2. Nh (> 1 ТэВ)/Ne от роста σ prod.p-air сечения протонов α (верхняя шкала) и % изменения на порядок E (нижняя шкала). Две прямые линии, параллельные оси Х - границы эксперимента. Расчеты: фигуры, косые линии-пределы изменения.

Заключение Наш эксперимент согласуется с α= , что соответствует росту σ prod p-air на (7-8)% при изменении иа порядок энергии E 0 от 0.1 ТэВ до 3 ПэВ. σ prod. p-air (1 ПэВ) 350 mb, если K in (1 ПэВ) =0.60±0.05 и σ prod. p-air /σ prod. -air =1.30±0.08. Уменьшение K in в расчетах может привести к лучшему согласию с экспериментом. Таким образом, σ prod p-air растет меньше, чем на 10% при увеличении Е 0 на порядок..

Результаты сравнения с современными расчетами подтверждают сделан-ные нами ранее выводы о росте и величине сечения взаимодействия протонов с ядрами атомов воздуха и согласуются с последующими измерениями σ prod_p-air группами EAS-TOP и ПАМИР, а также данными установки HiRes при экстраполяции роста σ prod.p-air от( 0.1 ТэВ - 1 ПэВ) к 3 ЕэВ. Работа поддерживается грантами РФФИ: а, а и а

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. T.V. Danilova, A.G. Dubovy, A. D. Elykin et al. Proc. 20 ICRC, Moscow, V.6. P D.S. Adamov, V.V. Arabkin, K.V. Barkalov et al. Proc. 20 th ICRC, Moscow V. 6. P Dunaevsky A.M., Emelyanov Yu. A. Proc.17th ICRC, Paris He Dubovy A.G., Morozov A.E., Nesterova et al. KSF FIAN.1987 N 3, P Л.Г. Свешникова, А.П. Чубенко, В.И. Галкин и др. 19-я РККЛ. Москва В.А. Литвинов, В.В. Учайкин. Известия вузов МВ и ССО СССР, сер. Физика. Томск N.N. Kalmykov, G.B. Khristiansen, M.V. Motova. Proc. 19th ICRC, La Jolla. V.7. P (1985). Калмыков Н.Н.. Докторская диссертация. МГУ Москва Р.А. Антонов, И.П. Иваненко, Б.Л. Каневский и др. Вопросы атомной науки и техники (29), С J. Kempa. Nuovo Cimento V.31, N 4, p Fedorova G.F. and Mukhamedshin R.A. Bull. Soc. Sci. Lettr. Lodz, SER. Rech Ref.XVI P Dubovy A. G., Nesterova N.M., Romakhina N.S. et al. Proc.18 th ICRC, Bangalore V. 6. P K. Belov for HiRes.Proc 29th ICRC, Pune 2005