31-я ВККЛ, Москва, МГУ, 2010 HE_5 О природе аномальных событий в рентгеновских пленках под большим слоем свинца. В.И.Яковлев, М.Д.Смирнова ФИАН. - презентация

1 31-я ВККЛ, Москва, МГУ, 2010 HE_5 О природе аномальных событий в рентгеновских пленках под большим слоем свинца. В.И.Яковлев, М.Д.Смирнова ФИАН

2 Введение В годах на Тянь-Шанской Высокогорной научной станции ФИАН был проведен эксперимент [1] по исследованию событий, регистрируемых в рентгеновских пленках, расположенных под большим слоем свинца (850 г/см 2 по вертикали). Этот эксперимент был инициирован самыми первыми результатами по регистрации длиннопробежной компоненты в стволах ШАЛ [2].

3 Два листа рентгеновской пленки РТ-6 размером см, в пакете из черной бумаги и полиэтиленовом пакете, помещались на листовой свинец. Поверх пакета помещались свинцовые призмы толщиной 2 см. После полугодовой экспозиции 20 пакетов и проявки в пленках были обнаружены пятна потемнения, резко отличающиеся от пятен, образуемых обычными электронно-фотонными каскадами.

4 23-4-верх 23-4-низ

5 Отличия заключались в следующем: 1)Геометрические размеры пятен в десятки раз превосходят размеры пятен от обычных электронно-фотонных каскадов (100мкм), развивающихся в тяжелых веществах; 2) Граница пятна диффузная с плавным cпадом почернения от центра пятна к фону, что свидетельствует о широком угловом распределении частиц, образующих пятно почернения. Возникло предположение, что наблюдаемые пятна являются результатом засветки через микроскопические отверстия в бумажных пакетах.

6 Поэтому в экспозиции 1972 года две пленки были помещены каждая в отдельный пакет. Два таких пакета помещались в полиэтиленовый пакет. На упакованную пару пленок наносилось по 2 метки от радиоактивного источника. Пленки располагались по всему периметру ионизационного калориметра на площади 8,16 м 2. Расстояние от края калориметра до внешнего края пленок составляло 60 см, а от нижней поверхности калориметра ~25 см.

7 Пленки экспонировались в течение года. После проявки в них обнаружились пятна, имеющие те же характеристики, что и в предварительной экспозиции 1971 года. Кроме того, было установлено необычайно быстрое развитие частиц в рентгеновских пленках: полное число частиц в пятнах нижней и верхней пленок (0,04 каскадной единицы!) различается в среднем в 15 2 раза.

8 Столь быстрое развитие противоречит гипотезе о том, что наблюдаемые пятна образовались за счет развития ядерного каскада в свинце. Для сравнения напомним, что фотон с энергией эВ дает увеличение числа частиц в 10 раз только после прохождения одной t-единицы. Для более детального изучения характеристик регистрируемых событий в эксперименте 1973 года между двумя рентгеновскими пленками были помещены тонкослойные ядерные эмульсии. В них были обнаружены многочисленные низкоэнергичные заряженные частицы.

9 Рентген 11-2-верх11-2 ЯДЕРНАЯ ЭМУЛЬСИЯ Рентген 11-2-низ

10 Для объяснения полученного результата было предложено 3 гипотезы. Первая предполагала, что пятна образуются за счет радиоактивных загрязнений свинца. Такому предположению противоречит тот факт, что в абсолютном большинстве событий более интенсивное событие расположено в нижней пленке, хотя свинец над пленкой и под ней был одним и тем же, а число событий в аналогичном эксперименте в тоннеле на глубине 20 м.в.э. оказалось в 18 раз меньше.

11 Вторая гипотеза предполагала, что пятна образованы за счет радиоактивной пыли, оседающей на нижних, свинцовых пластинах. Наконец, третья гипотеза предполагала, что пятна образуются за счет неизвестного типа взаимодействия частиц космического излучения.

12 Для проверки второй гипотезы в 1973 году была сметена пыль из под калориметра и размещена на листе фанеры. На фанеру положено 15 пакетов с пленкой. Поверх них положен тонкий картон и 2,5 см свинца. После экспозиции на одну пленку пришлось в среднем по 0,9 пятен, по сравнению с 1,6 в обычной конфигурации. Ожидаемого увеличения числа событий за счет радиоактивной пыли не оказалось! Уменьшение числа событий на одну пленку объясняется отсутствием свинцовой подложки и наличием картона поверх пленок.

13 Новый анализ. Эксперимент, выполненный в 1973 году, позволяет нам провести дополнительный анализ гипотезы о радиоактивной пыли. Эта гипотеза предполагает наличие точечных радиоактивных пылинок, которые излучают изотропно. В эксперименте использовались 3 пленки: 2 рентгеновские и между ними ядерная эмульсия.

14 Схема экспериментальной установки.

15 Измерение плотности частиц в 2-х рентгеновских пленках, позволяет определить коэффициент поглощения к верт в вертикальном слое толщиной 550 мкм. В то же время мы можем измерить коэффициент поглощения к наклон в слое такой же толщины в пленке, ближней к «радиоактивному источнику». Очевидно, что для одного и того же радиоактивного источника эти коэффициенты должны совпадать.

16 Нами было выполнено сравнение этих коэффициентов для целого ряда событий. На рисунках 2а-2в приведены пространственные распределения плотностей частиц в двух рядах рентгеновских пленок. Фотометрирование пятен, зарегистрированных в пленках, проводилось через каждые 100 мкм. Плотности числа частиц ρ определялись по стандартным формулам

17 Рис.2-а. К = 2,52 Рис.2-б. К = 2,8 Рис.2-в. К = 3,5

18 На рисунках верхние горизонтальные линии совпадают с максимумом кривой почернения пятна, расположенного на нижней пленке, т.е. с местоположением предполагаемой радиоактивной пылинки. Нижние горизонтальные линии совпадают с максимумом кривой почернения пятна, расположенного на верхней рентгеновской пленке. Сравнение положений этих линий дает значение коэффициента поглощения к верт в полном вертикальном слое толщиной 550 мкм.

19 Правая вертикальная линия совпадает с максимумами почернения в пятнах, расположенных в обеих пленках. Левая вертикальная линия смещена по горизонтали на 600 мкм от предполагаемого положения радиоактивной пылинки, т.е. даже дальше, чем полная толщина 3-х пленок. Сравнение положений средней и нижней горизонтальных линий показывает, во сколько раз (К) измеренная плотность частиц на нижней пленке превосходит плотность частиц, ожидаемую от точечного радиоактивного источника.

20 Рис.2-а. К = 2,52 Рис.2-б. К = 2,8 Рис.2-в. К = 3,5

21 Таким образом, проведенный в дополнение к «пылевому эксперименту» настоящий анализ также опровергает предположение о том, что аномальные события, зарегистрированные нами в рентгеновских пленках, расположенных под большим слоем свинца, образованы радиоактивными пылинками. Остается предположить, что анализируемые события образованы некоей компонентой космического излучения. Для того, чтобы убедиться в этом необходимо найти события, прошедшие через рентгеновскую пленку под углом к вертикали и поэтому имеющие эллиптическую форму.

22 В дипломной работе М.Д.Смирновой (1974 г.), стр.17 говорится: К сожалению, сами пленки не сохранились, однако, можно использовать пространственное распределение потока частиц для поиска событий с эллиптической формой.

23

24

25 Такие события были нами обнаружены. Пример приведен на рис.3. Цифры внизу показывают соотношение левой и правой площадей. 1,396 1,00

26 Мы начали также эксперимент с пленками, размещенными под углом в 45 о к зениту. Предварительная экспозиция была проведена с малочувствительной рентгеновской пленкой. После ее маркировки гамма-источником ожидаемая статистика оказалась равной 1,6-1,8 событий. Было зарегистрировано одно эллиптическое событие, но на самом краю пленки. Эксперимент продолжается. верх низ

27 Как следует из представленных данных, наблюдаемые события резко отличаются от событий, образуемых в рентгеновских пленках высокоэнергичными гамма-квантами или адронами. Объяснить тот факт, что более интенсивное пятно в абсолютном большинстве случаев находится в нижней пленке, практически невозможно в предположении, что мы имеем дело с обычными взаимодействиями. Обсуждение результатов Обсуждение результатов

28 На наш взгляд полученные результаты можно пытаться объяснить в предположении, что наблюдаемые события образуются тахионами, которые рождаются высокоэнергичными частицами космического излучения. Гипотеза о частицах, движущихся со скоростью, превышающей скорость света даже в вакууме, была впервые рассмотрена Зоммерфельдом в 1904 году [3]. Математический аппарат для описания поведения таких частиц был подробно разработан в 1939 году E.Вигнером [4].

29 Название «тахион» было предложено Дж.Фейнбергом в 1967 году [6]. Тахион обладает целым рядом необычных свойств. Он не может находиться в покое. Теряя энергию, он ускоряется. Предполагается, что могут существовать как заряженные, так и нейтральные тахионы, однако никаких предсказаний об их массе и времени жизни не существует.

30 В соответствии с работой [7] заряженный тахион быстро теряет практически всю свою энергию на излучение Вавилова- Черенкова. Согласно классической работе [8], энергетические потери на это излучение на единицу пути, равны dE/ds = Z 2 e 2 ( (1-c 2 / v 2 n 2 ) d )/c 2. Здесь Ze- заряд движущейся частицы (е – заряд электрона), n-коэффициент преломления среды, а - частота испущенного излучения.

31 Отсюда следует, что с увеличением скорости частицы v скорость потерь ее энергии возрастает, что и наблюдается в нашем случае.

32 ЗАКЛЮЧЕНИЕ Очевидно, что полученные результаты согласуются с гипотезой о существовании тахионов.

33 ПОСЛЕСЛОВИЕ В качестве послесловия хочу привести выдержку из книги М. Каку΄ «Физика невозможного», М Митио Каку΄ - американский физик японского происхождения, один из авторов теории струн.

34 «Считается, что Вселенная до Большого взрыва существовала в состоянии ложного вакуума, где были тахионы. Но их присутствие означало, что это не самое низкоэнергичное состояние системы, а потому система нестабильна… Одна из теорий, которую космологи воспринимают очень серьезно, состоит в том, что первоначальный процесс инфляции (сверхбыстрое расширение) начал один единственный тахион, известный как «инфлятон»…

35 Физики считают, что бозон Хиггса начал свое существование как тахион. В ложном вакууме ни одна из субатомных частиц не имела массы. Но присутствие тахиона дестабилизировало вакуум, и Вселенная перешла в новое состояние, к новому вакууму, в котором бозон Хиггса обернулся обычной частицей. После этого перехода - из состояния тахиона в состояние обычной частицы – субатомные частицы приобретают массу, которую мы сегодня измеряем в лаборатории.

36 Таким образом, обнаружение бозона Хиггса не только поставит на место последнюю недостающую деталь Стандартной модели, но и подтвердит, что тахионное состояние когда-то существовало, но позже трансформировалось в обычную частицу.» Со своей стороны, я предполагаю, что тахионы могут возникать квантовым образом и в ныне существующих условиях. И может быть бозон Хиггса действительно начинает свое существование как тахион?