1.5. Ионизационные эффекты под действием релятивистских заряженных частиц (1967--1980 гг.)

 

Измерения ионизирующей способности заряженных частиц – один из классических методов разделения и идентификации частиц различной природы и массы. Измерения ионизации, создаваемой релятивистскими космическими частицами в газорахрядных пропорциональных счетчиках, газовых детекторах низкого давления и твердотельных сцинтилляционных счетчиках проводились в лаборатории с 1946 г. в экспериментах на г. Арагац. Позже в работах с пузырьковой камерой и другими детекторами частиц высокой энергии был наблюден ряд эффектов, которые не находили объяснения в рамках существующих теоретических представлений.

1. Аномально высокий релятивистский рост плотности пузырьков в тяжеложидкостных (пропановых, фреоновых и ксеноновых) пузырьковых камерах и плотности зерен на следах частиц в ядерной фотоэмульсии, где релятивистский рост оказался в обратной зависимости от чувствительности фотоэмульсии.
2. Несоответствие релятивистского возрастания плотности следов частиц в камерах Вильсона с тяжелыми газами (аргон, ксенон) предсказаниям теории Бете—Блдха--Штернхеймера для средних ограниченных ионизационных потерь энергии.
3. Отсутствие систематических измерений первичной ионизации (сечений ионизируюших столкновений) в инертных, двухатомных и многоатомных газах.
4. Релятивистский рост вероятных значений ионизационных потерь энергии, измеренных в пропорциональных газовых детекторах оказался ниже, а их распределения шире, чем предсказывает теория Ландау.

Цикл теоретических и экспериментальных работ, выполненных в лаборатории в период 1967--1980 гг. позволил устранить пробелы в понимании физической сущности ионизационных эффектов, производимых быстрыми заряженными частицами в веществе и согласовать теорию и экспериментальные данные. Была показана необходимость учета не только числа ионизирующих столкновений частицы на единице длины пути в веществе  или ее удельных потери энергии, но и функции отклика детектора. Функция отклика зависит от вида и параметров работы детектора. Она определяет вклад в общий ионизационный эффект столкновений с заданной передачей энергии, поскольку действие эффекта плотности среды зависит от этой передачи. В результате, реальный релятивистский рост может оказаться заметно выше, чем рост ионизационных потерь энергии (когда функция отклика пропорциональна переданной энергии). Были также разработаны новые реалистичные модели, описывающие распределения ионизационных потерь энергии в очень тонких слоях вещества, поскольку теория Ландау отвечает некоторому предельному случаю. Такой подход позволил предложить количественное описание наблюдаемых ионизационных эффектов и объяснить перечисленные выше противоречия (1)—(4).
С помощью проволочной искровой камеры низкого давления были выполнены измер*ения первичной ионизации и ее релятивистского возрастания в инертных газах. Полученные данные оказались в хорошем согласии с теорией ионизационных эффектов, учитывающей функцию отклика прибора (в данном случае, функцию Хевисайда с порогом, отвечающим первому потенциалу ионизации газа).

            Результаты этого цикла работ исчерпывающе отражены в итоговом обзоре, опубликованном в журнале «Труды ФИАН» т. 140, с. 1 (1982).