Введена в строй созданная специалистами ФИАН на Тянь-Шаньской высокогорной научной станции (ТШВНС) новая экспериментальная установка «Горизонт». Установка сконструирована специально для регистрации излучения Вавилова-Черенкова и заряженных частиц широких атмосферных ливней, приходящих под большими зенитными углами (70—80 градусов). Использование «Горизонта» позволит существенно продвинуть исследования, проводившихся ранее на ТШВНС ФИАН на установках «МЮОН-Т» и «ВЭГА».
С помощью установки «Горизонт» специалисты ТШВНС ФИАН намерены проверить факт существования аномальных широких атмосферных ливней (ШАЛ) при энергиях выше 1016 эВ. Широкий атмосферный ливень – каскад вторичных частиц (адронов, мюонов, гамма-квантов), который возникает от «удара» «об атмосферу» частицы, прилетающей на Землю в составе космических лучей. Это название связано с тем, что вторичные частицы, возникающие в результате взаимодействий и распадов, могут быть зарегистрированы на достаточно больших расстояниях от оси ШАЛ – прямой, совпадающей с направлением движения первичной частицы. Регистрация ШАЛ – весьма эффективный метод изучения космических лучей, особенно наиболее высокоэнергетичных. Аномальные ШАЛ были впервые зарегистрированы в эксперименте «ВЭГА», они характеризуются импульсами черенковского излучения с двумя и даже тремя максимумами, разнесенными на 100 и более наносекунд. Существование таких запаздывающих «двойных» ливней пока не укладывается в рамки современного понимания космических лучей.
«Что такое ливень? Очень высокоэнергичная частица провзаимодействовала где-то в атмосфере с атомом (в составе воздуха) и всю энергию сбросила во вторичные частицы. Эти частицы летят и — вследствие взаимодействия излучения с веществом — испускают так называемый черенковский свет. Именно эти вспышки (импульсы) и регистрируются различными наземными детекторами.
Новая установка даст возможность с большой точностью зарегистрировать двойные разнесенные импульсы. То есть увидеть вспышку — пучок света, и через какое-то время (от ста до пятисот наносекунд) — вторую вспышку. Вообще говоря, с точки зрения физики космических лучей, это некий нонсенс… По теории вероятности подобная частота статистически немыслима.
Кроме того, “Горизонт” позволяет исследовать самые высокоэнергичные частицы (это одна из наиболее актуальных задач современной физики). А ведь частота такого события — появления частиц, например, 1020 эВ, — один раз в 100 лет на один квадратный километр» — говорит руководитель отдела космический излучений ФИАН, доктор физико-математических наук Владимир Рябов.
Моделирование показало, что сравнительно простая и недорогая высокогорная установка с четырьмя разнесенными на 3 км друг от друга черенковскими детекторами может собирать широкие атмосферные ливни с эффективной площади около 10 000 км2 при энергиях первичной частицы порядка 1020 эВ. Это возможно за счет значительного расширения конуса черенковского излучения от далеко (сотни километров) начавшихся ливней.
Первая очередь установки «Горизонт» состоит из оптической части и двух сцинтилляционных детекторов. Оптическая часть — это два параболических зеркала диаметром 150 см с фокусным расстоянием 639 мм. В фокусе зеркал размещены фотоумножители ФЭУ-49Б. Оси зеркал параллельны друг другу с точностью ±0.2º. Зеркала (угол видения каждого составляет 13º) установлены на поворотном устройстве, которое позволяет регистрировать излучение Вавилова-Черенкова от широких атмосферных ливней, оси которых приходят под зенитными углами от 0º до 75º. На расстоянии 20 м от оптической системы под углом 45 к вертикали расположены два сцинтилляционных детектора площадью 1 м2 каждый. Световая вспышка в сцинтилляционном детекторе регистрируется фотоэлектронным умножителем ФЭУ-49Б.
Такая синхронизированная стереопара позволяет поймать сигналы, которые совпали во времени и на черенковском зеркале, и на сцинтилляционном детекторе. В 22 событиях (из 1191 зарегистрированного) было обнаружено прохождение через детекторы заряженных частиц. Все импульсы, как с зеркал, так и со сцинтилляционных детекторов, имели длительности около 30 нс. Предварительный анализ полученных экспериментальных данных показал, что первичные частицы, вызвавшие зарегистрированные на установке ливни, имели энергии выше 1016 эВ. Импульсы с двумя и тремя максимумами пока обнаружены не были. И сейчас исследователи накапливают статистику, чтобы сделать окончательные заключения по поводу существования запаздывающих ливней.
АНИ «ФИАН-информ»
