Аномальные явления и флуктуации в процессах взаимодействия частиц и ядер при высоких и сверхвысоких энергиях

Современная стратегия поиска и исследования новых физических явлений в процессах взаимодействия релятивистских частиц и ядер направлена на увеличение энергии частиц и ядер, разгоняемых на ускорителях, и на увеличение точности анализа космических лучей, которые являются естественным источником высоко энергичных частиц [1].

Изучение таких процессов, необходимо как для получения новых сведений о строении вещества на самых малых пространственно-временных интервалах, о свойствах и состояниях ядерной материи при высоких плотностях и температурах, так и для изучения космических лучей сверхвысоких энергий, методов их ускорения и распространения через космическое пространство.

При этом значительное место в развитии современной физики высоких энергий занимают аномальные явления, так как с одной стороны такие явления являются наиболее критичными к выбору моделей претендующих на описание динамики взаимодействия частиц и ядер при высоких энергиях, а с другой возбуждают интенсивные экспериментальные и теоретические исследования.

Так, обнаружение [2] излома энергетического спектра космических лучей (КЛ) при 3−1015 эВ, вызвало огромный всплеск экспериментальной и теоретической активности во всем мире. Было создано десятки ШАЛ установок. При этом каждая начинала работу с экспериментального исследования этого феномена, который принято называть «коленом».

Такая активность в первую очередь связана с убеждением, что исследование излома энергетического спектра космических лучей может дать ключ к пониманию основных астрофизических проблем, которые в физике космических лучей относятся к источникам космических лучей, механизмам их ускорения и прохождения через космическое пространство.

В целях объяснения указанного излома спектра был выдвинут целый ряд предположений и моделей, которые условно можно разделить на два направления (см. обзор [3] и ссылки там).

Первое — это астрофизическое, когда излом объясняется существованием нерегулярностей в первичном космическом излучении (неоднородность магнитных полей, взаимодействия космических лучей с жестким электромагнитным излучением вблизи источников, существенным увеличением доли тяжелых ядер и т. д.). Иными словами, излом спектра присущ еще первичному космическому излучению и обусловлен механизмом ускорения и прохождения частиц ПКИ в Галактике и Метагалактике.

Второе направление — ядернофизическое, внутри которого излом трактуется как изменение элементарного акта ядерного взаимодействия (изменение процесса адронизации кварков, существенная роль процессов фоторождения и др.).

Существующие вплоть до настоящего времени эксперименты и методы по изучению ШАЛ не дают возможности выбрать одну из этих гипотез. В первую очередь это связано с огромными флуктуациями в развитии ШАЛ в атмосфере Земли. И, как следствие этого, с отсутствием методов, позволяющих проводить нестатистическую идентификацию первичных космических частиц и построить энергетические спектры отдельных элементов.

Все методы оценки энергии и природы космических частиц основаны на использовании моделей развития ливней в атмосфере и заданием механизма генерации вторичных ядерноактивных частиц во взаимодействиях с ядрами атомов атмосферы (Я, О, С, Я). При этом закладываются в расчеты экспериментальные данные, полученные на ускорителях и экстраполируемые в область более высоких энергий.

Существующие здесь модели [4] дают близкие предсказания о развитии ливня заряженных частиц при его прохождении через атмосферу Земли, прежде всего, из-за «усредняющего» фактора, возникающего в результате наложения многочисленных актов последовательных соударений адронов с ядрами атмосферы.

Более существенно на результаты измерения энергии частиц на уровне наблюдения сказываются флуктуации параметров первого (нескольких первых) взаимодействий (глубины зарождения ливня, множественностей и т. д.), связанные с сечением взаимодействия протонов и других частиц космического излучения с атомными ядрами атмосферы. Разброс глубины «начала» ливня в атмосфере приводит к существенному разбросу измеряемого на уровне наблюдения числа частиц Ые, и, соответственно, к огромным ошибкам в оценке первичной энергии, Е, определяемой, как правило, из степенного закона.

Ые=аЕр, где, а и /3 — коэффициенты, которые зависят от уровня наблюдения, массового состава космического излучения и модели развития ШАЛ в атмосфере.

Вследствие этого, обычно экспериментаторы оперируют не с одиночными событиями, а с целым ансамблем ливней, разбитых на группы по числу электронов на уровне наблюдения. Безусловно, такая процедура не всегда однозначна и оставляет чувство неудовлетворенности.

Исследования на ускорителях, обладая спектром более мощных и более точных возможностей, позволяют уточнять результаты (полученные при изучении КЛ) в количественном отношении и дать более полную физическую интерпретацию наблюдаемых явлений. Поэтому сравнительный анализ взаимодействий, зарегистрированных в космических лучах и на коллайдерах, является актуальным как для изучения КЛ, так и для изучения динамики процессов множественного рождения частиц.

Кроме того, информация о динамике взаимодействия релятивистских частиц, получаемая на ускорителях и с помощью прямых измерений КЛ (баллонные и космические эксперименты), необходима для построения моделей, описывающих развитие широких атмосферных ливней (ШАЛ) в атмосфере Земли. В то же время, ШАЛ на данный момент являются единственным источником информации о взаимодействиях частиц и ядер с энергией выше 1015 эВ.

Более того, актуальность изучения взаимодействий релятивистских ядер связана с поиском необычных состояний ядерной материи, которые могут проявиться в столкновении ядер при больших передачах энергии, в частности, кварк-глюонной плазмы (КГП) [5]. Подобное состояние, в котором нет индивидуальных нуклонов, а все кварки внутри плазмы находятся в квазисвободном состоянии, предсказано в рамках квантовой хромодинамики.

Поиски КГП — заманчивая задача многих экспериментаторов в мире. Строятся большие установки, создаются сверхмощные и сверхдорогостоящие ускорители тяжелых ионов на сверхвысокие начальные энергии. Идея состоит в том, чтобы при столкновениях тяжелых ионов, т. е. большого числа нуклонов в области столкновения, создать соответствующие условия (высокие плотности и температуры) для образования КГП.

Теоретические оценки показывают, что в столкновениях ядер с энергией 100 ГэВ на нуклон может быть достигнута барионная плотность и 2−3 раза превышающая плотность стабильной ядерной материи. Кроме того, образующаяся в области столкновения ядер система сильновзаимодействующих частиц существует достаточно долго для достижения состояния термодинамического равновесия при температуре около 200 МэВ, превышающей температуру фазового перехода в состояние кварк-глюонной плазмы [6].

Гигантские проекты в ЦЕРНе и БНЛ, исследовавшие взаимодействия РЬ-РЬ и Аи-Аи, заявили об обнаружении сигналов КГП [7]. Однако трудности идентификации состояния кварк-глюонной плазмы не позволяют сделать однозначный вывод о том, удалось ли на самом деле получить КГП. Большие надежды возлагаются на большой адронный коллайдер (ЬНС), где предполагается достичь энергий 6300 ГэВ/нуклон.

При этом хотелось бы отметить, что наибольшие усилия были сконцентрированы на исследовании встречных пучков тяжелых ядер с тяжелыми. Для комплексного поиска класса событий, в которых обнаружение КГП наиболее вероятно, целесообразно проанализировать взаимодействия различных ядер.

При этом наиболее перспективными для этих целей являются взаимодействия релятивистских ядер с ядерной фотоэмульсией. Это связано с высокой разрешающей способностью ядерных треков в эмульсии, отсутствие порога регистрации для любого из заряженных продуктов реакции (и как следствие — уникальная возможность наблюдения процесса при очень малых передаваемых 4-импульсах), отсутствием (в отличие от экспериментов со встречными пучками) «мертвых» зон (т.е. кинематических областей, в которых детектирование вторичных частиц невозможно) и возможностью анализа взаимодействия различных ядер в совершенно одинаковых экспериментальных условиях.

Наиболее перспективными с точки зрения поиска КГП считаются исследования центральных ядро-ядерных взаимодействий, а также взаимодействий с аномальными характеристиками: большие множественности и большие поперечные импульсы вторичных частиц, высокая плотность частиц на единичный интервал распределения по псевдобыстроте и т. д. [8].

Наряду с новыми физическими свойствами, в некоторых случаях аномальные явления являются всего лишь следствием влияния неучтенных характеристик стандартных моделей.

Так, например, большое влияние на результаты теоретического анализа могут оказать обычные радиационные поправки (РП). Они приводят к изменению угловых и энергетических спектров рождающихся частиц и продуктов их распада. Большие вклады РП могут имитировать отклонения от Стандартной Модели, и оценки, сделанные без их учета, могут привести к ошибочным выводам.

Трудности стандартного подхода к вычислению радиационных поправок в электрослабой теории является большое число петлевых диаграмм, что приводит к чрезвычайно громоздким результатам и требует больших компьютерных возможностей для аналитических и численных расчетов.

Более перспективным для решения этой задачи является метод структурных функций, предложенный в работе Э. А. Кураева и B.C. Фадина [9]. Этот метод основан на партонной картине е+е~ - аннигиляции, аналогичной той, которая применяется в квантовой хромодинамике (КХД), и позволяет учесть электромагнитные радиационные поправки во всех порядках теории возмущений в рамках главного логарифмического приближения.

Изучения флуктуационных и корреляционных особенностей распределений вторичных частиц в процессах множественного рождения частиц, проводимые в последние годы, оказались чрезвычайно идейно плодотворными. Открытие событий с аномальными флуктуациями (см. обзор [10] и ссылки там) и явления перемежаемости [11] в экспериментах довольно широкого класса (от электрон-позитронных до ядро-ядерных взаимодействий) породило интенсивные исследования во многих лабораториях мира.

При этом изучение таких больших нестатистических флуктуаций адронной (ядерной) материи потребовали и новых подходов к анализу данных, отличных от стандартных математических методов обработки [12].

Существующие в данное время динамические подходы к решению проблемы аномальных флуктуаций сводятся к их моделированию в рамках регулярной или стохастической динамики.

Пока не ясно, насколько глубоки физические аналогии. Но очень часто именно они позволяют понять явление и выработать некие новые подходы к решению проблемы.

Так, например, модель когерентного излучения глюонных струй, предложенная И. М. Дреминым [13], была основана на аналогии с черенковским излучением фотонов. Эта модель приводила к предсказаниям, что из-за ограничения (явлением конфайнмента) длины формирования излучения, должны наблюдаться пики в узких интервалах псевдобыстрот на большие углы в системе центра масс сталкивающихся адронов. Причем, учет цветного заряда кварка должен был привести к различию в псевдобыстротных спектрах в рри рр-, к+р-, К+рвзаимодействиях. Из-за деструктивной интерференции кварк-кварковые излучения должны давать (благодаря одинаковому цветному заряду) «двугорбовый» быстротный спектр вторичных частиц, а кварк-антикварковые излучения приводят к «одногорбовому» вторичному спектру (как результат конструктивной интерференции).

В работе [14] была предложена методика выделения плотных групп в распределении вторичных частиц и на ограниченной статистике было показано, что для /^-взаимодействий действительно наблюдаются два «горба» в псевдобыстротном распределении.

Для подтверждения этой гипотезы необходимо было также проверить «одногорбовые» события, а также рр события на более высокой статистике.

Другая гипотеза исходит из того, что появление флуктуаций обусловлено стохастическим характером процесса.

Для решения данной проблемы в работах [15,16] было предложено изучать поведение нормированных факториальных моментов <�п{п — 1).(ид +1) > п>" в зависимости от ширины псевдобыстротного бина.

Факториальные моменты оказались чрезвычайно чувствительны к малейшим флуктуациям псевдобыстротных распределений. Анализ экспериментальных данных с помощью факториальных моментов оказался жестким критерием на право существования различных подходов и моделей, которые до этого успешно описывали процессы множественного рождения.

Факториальные моменты были вычислены по экспериментальным данным во многих реакциях при разных энергиях (см. обзор [17]). Анализ данных показал, что, по крайней мере, в области 0.1<<5т7<1 наблюдается, так называемое, явление перемежаемости, которое определяют как степенное поведение факториальных моментов в зависимости от ширины псевдобыстротного интервала 8т]: где (рд — так называемые, показатели перемежаемости. Полученные значения (рд оказались сравнительно небольшими, но все же заметно отличными от нуля.

Все попытки объяснить это явление традиционно, т. е. найти неучтенные ранее особенности предлагавшихся моделей или каким-либо образом свести флуктуации к чисто статистическим, либо к слабым парным корреляциям и т. п. успеха не принесли.

Однако усиление флуктуации и степенные законы являются наиболее характерными признаками при описании фазовых переходов. Поэтому логично попробовать описать перемежаемость с точки зрения фазового перехода из кварк-глюонной фазы в адроную.

Попытка описать явление перемежаемости с помощью теории фазовых переходов второго рода Гинзбурга-Ландау была сделана М. Т. Назировым и КС. Нуа [18]. В этой работе было показано, что в рамках этой модели наблюдается сингулярное поведение факториальных моментов. Однако теоретически полученное значение параметров, связанных с показателями перемежаемости этого параметра, оказалось отличным от значения, оцененного по экспериментальным данным. Поэтому целесообразно было попробовать описать явление перемежаемости с помощью фазовых переходов первого рода.

Несмотря на все достоинства метода факториальных моментов (МФМ), существует и ряд серьезных недостатков. МФМ имеет ограниченную область применения: непригоден в случае больших гауссовских шумов и не может анализировать дальнодействующие корреляционные связи.

Для решения этой задачи удобно использовать методику накопления флуктуаций. Для анализа временных рядов такой метод был предложен Херстом [19]. Для учета особенностей (псевдо)быстротных распределений, которые обладают значительно более сложной (для применения МНР) структурой по сравнению с временными рядами с равновероятным распределением значений членов анализируемой последовательности и выделенным направлением развития процесса, необходимо было модифицировать этот метод применительно к исследованию множественных процессов и затем использовать для анализа экспериментальных данных.

В окрестностях нескольких десятков ТэВ исследования на ускорителях смыкаются с экспериментами, изучающими космические лучи на основе прямых измерений. Такие эксперименты представляют значительных интерес как для изучения энергетических спектров и массового состав КЛ, так и для исследования события с аномальными характеристиками.

Так, во взаимодействиях ядер первичного космического излучения с энергией выше 1 А-ТэВ с помощью метода рентгенэмульсионных камер, экспонируемых на высотах около 30 км в стратосфере, были обнаружены события с аномально большими поперечными импульсами вторичных частиц [20].

Попытки анализа этих событий с помощью стандартных методов не принесли существенных результатов для понимания природы таких взаимодействий. Тем более что другие общие характеристикираспределение по множественности, псевдобыстротные распределения, распределения гамма-квантов по энергиям — подобны обычным событиям и не позволяют выявить какие-либо различия в механизмах их генерации.

Итак, исследование аномальных явлений и флуктуаций является актуальной и важной задачей, поскольку, с одной стороны, эта проблема является наиболее критичной для всех моделей, претендующих на описание высокоэнергичных процессов взаимодействия элементарных частиц и ядер, с другой стороны, традиционные подходы к описанию процессов множественной генерации, а также новые теоретические интерпретации, несмотря на существенный прогресс, на современном этапе не могут описать в совокупности наблюдаемые флуктуации и корреляции.

Цель диссертации состояла в исследовании аномальных явлений и флуктуаций в процессах взаимодействия частиц и ядер, как на уровне элементарного акта, так и в ШАЛ экспериментах, а также в разработке новых методов поиска и анализа таких явлений.

Научная новизна работы.

1. Предложена методика определения энергии и массы первичных космических частиц с помощью измерения ШАЛ, регистрируемых на наземных станциях, на основе различных инвариантных корреляционных кривых. На уровне гор предложено использовать кривые зависимости числа электронов, Ые, от «возраста» ливня и кривые зависимости Ые от разницы размера ШАЛ на двух уровнях наблюдения, разделенных слоем поглотителя. На уровне моря кривые зависимости Ые от отношения числа мюонов и электронов.

2. На основе метода инвариантных корреляционных кривых обнаружен излом в энергетическом спектре тяжелых элементов КЛ при энергии 7−1015эВ и анизотропия КЛ по зенитному углу.

3. Даны теоретические предсказания поведения энергетических спектров элементных групп и массового состава космических лучей в области «колена» на основе модели диффузионного ускорения частиц ударной волной и учета суперпозиции вкладов от нескольких источников КЛ (взрывов сверхновых звезд различных типов).

4. Для поиска источников КЛ разработана методика выделения и усиления полезного сигнала из шума на основе накопления флуктуаций вдоль «спектра».

5. Обнаружены события с аномальными корреляциями в псевдобы-стротном распределении вторичных частиц, образованных во.

ЛЛ 1 ла взаимодействиях ядер серы (5 200 А-ГэВ) и золота С’Аи 10.7 А-ГэВ) с ядрами фотоэмульсии (Я, СЫО, AgBr).

6. Дана интерпретация событий с большими поперечными импульсами вторичных частиц, образованных во взаимодействиях ядер космического излучения с ядрами мишенных слоев ренгенэмульсионных камер как процессов взрывного типа, протекающих с образованием промежуточного кластера.

Научная и практическая ценность работы.

1. Предложенная в диссертации методика позволяет существенно уменьшить ошибку определения энергии и массы первичных космических частиц и, как следствие этого, продвинуться в решении ряда проблем физики космических лучей, таких, как изучение энергетического спектра элементных групп, поведение массового состава космических лучей при различных энергиях и др. Использование этой методики для анализа экспериментальных данных КАБСАБЕ коллаборации позволило обнаружить излом в энергетическом спектре тяжелых элементов К Л при энергии 7−1015эВ и анизотропию КЛ по зенитному углу. Это может стать серьезным критерием для моделей, претендующих на описание астрофизических проблем.

2. Учет вкладов от суперпозиции нескольких источников КЛ с определенным массовым составом позволяет объяснить (без привлечения трудно проверяемых астрофизических или ядернофизических гипотез) особенности энергетического спектра КЛ в области «колена». При этом предсказывается существование «антиколена» (т.е. излома спектра с резким увеличением у) в энергетическом спектре тяжелых элементов при энергии -3−7-1015 эВ и значительное увеличение содержания тяжелых элементов в составе космического излучения при энергиях выше 3−1015 эВ.

3. Использование методики накопления флуктуаций вдоль спектра позволяет увеличить отношение сигнал/шум примерно на порядок по сравнению со стандартным методом накопления сигнала по времени. Тем самым время измерений, необходимое для получения аналогичного отношения сигнал/шум, уменьшается примерно на два порядка.

4. Анализ ядро-ядерных взаимодействий (данные ЕМШ1 коллаборации) позволил выделить класс событий с аномальными многочастичными корреляциями в распределении вторичных частиц. Исследование особенностей фрагментации таких взаимодействий показало, что наиболее значительные многочастичные псевдобыстротные корреляции обнаруживаются в центральных взаимодействиях тяжелых ядер и ядер СМ9-группы, в которых наблюдается полный развал ядра мишени. При этом поведение экспериментальной корреляционной кривой подобно поведению корреляционной кривой, соответствующей процессам взрывного типа, протекающих с образованием промежуточного кластера.

5. Анализ экспериментальных данных стратосферного эксперимента для распределений вторичных частиц для 2-х типов взаимодействий (с обычными и большими поперечными импульсами) показал наличие значительных многочастичных корреляций в псевдобыстротных распределениях вторичных частиц с большими поперечными импульсами по сравнению со взаимодействиями с обычными Р^. При сравнении поведения показателя коррелированности оказалось, что события с большими поперечными импульсами вторичных частиц, обнаруженные в стратосферном эксперименте, так же, как и аномальные события ЕМШ1, имеют подобное поведение показателя коррелированности и, следовательно, эти события имеют подобную динамику взаимодействия.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Решение (на основе использования инвариантных корреляционных кривых) проблемы уменьшения влияния гигантских флуктуаций в развитии ШАЛ на результаты нестатистического определения энергии первичных космических частиц.

2. Интерпретация особенностей в спектрах элементных групп КЛ на основе модели диффузионного ускорения частиц ударной волной и учета вкладов от суперпозиции нескольких источников космических лучей (взрывов сверхновых звезд различных типов).

3. Обнаружение (на основе метода нормированного размаха) во взаимодействиях ядер 32? 200 А*ГэВ и^Аи 10.7 АхГэВ с ядрами фотоэмульсии событий со значительными многочастичными корреляциями в псевдобыстротном распределении вторичных частиц.

4. Обнаружение существенного излома кривой Херста в событиях с большими поперечными импульсами, зарегистрированных в стратосферном эксперименте.

Личный вклад автора.

В получении результатов, выносимых на защиту, личный вклад автора является определяющим.

Апробация работы.

Результаты, содержащиеся в диссертации, обсуждались на рабочих совещаниях КАБСАБЕ коллаборации (Карлсруэ, Германия, 2003, 2005, 2007), на международном рабочем совещании по космическим лучам «Тянь-Шань 2006» (Алматы, 2006), на международной конференции «Суверенный Казахстан: 15летний путь развития космической деятельности» Алматы, 2006), на 29-й международной конференции по космическим лучам (Пуне, Индия, 2005), на 28-й международной конференции по космическим лучам (Тсукуба, Япония, 2003), на 27-й международной конференции по космическим лучам (Гамбург, Германия, 2001), на Международной конференции «Современные проблемы ядерной физики» (Ташкент, 2001), на III международной конференции по ядерной и радиационной физике (Алматы, 2001), на Международной конференции «Рождение частиц при МэВных и ТэВных энергиях (Наймеген, Голландия, 1.08−14.08, 1999), на Международной конференции «Ряды, последовательности и их корреляционные свойства» (Бад-Уиндсхейм, Германия, 2−14.08.1998), на Европейской школе по физике высоких энергий (Санта Эндрю, Шотландия, 23.08−05.09 1998), на Международной конференции для молодых ученых по Проблемам Ускорителей Заряженных Частиц (Дубна, Россия, 2−9 сентября, 1996), на Международной конференции по физике высоких энергий и квантовой теории поля (Москва, Россия, 15−21 сентября, 1993), на семинарах ФТИ МОИ РК, ИЯФ НЯЦ РК, ФИРАН.

Публикации.

По материалам диссертации опубликовано 46 научных работ [21−66], в том числе 13 в рекомендуемых ВАК РФ и 17 в рекомендуемых ВАК РК.

Связь с научно-исследовательскими государственными и международными программами.

Работа выполнялась в соответствии с планами научной работы Физико-технического института МОН РК по Государственной Программе фундаментальных исследований Ф.0090 тема: «Изучение особенностей ядро — ядерных взаимодействий при энергиях 3,7−200 АГэВ», по Государственной Программе фундаментальных исследований Ф.0193 «Экспериментальное и теоретическое исследование взаимодействий ядер при релятивистских энергиях», по НТП 0313 «Исследование динамики взаимодействий элементарных частиц и ядер при высоких энергиях», по Государственной программе «Физика взаимодействия частиц и ядер, ускоренных в земных условиях и в космическом пространстве».

Исследования поддерживались грантами НАТО, Немецкого физического союза (ОГО), Гамбургского университета, Фонда науки РК. Исследования проводились совместно с международными коллаборациями ЕМ1Ю1, ВЕСдЦЕЯЕЬ, КАБСАБЕ, НЕС11А.

Структура и объем диссертации

.

Диссертационная работа объемом 217 страниц состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников, 7 таблиц и 89 рисунков.

Заключение

.

Предложена новая методика, позволяющая с высокой точностью для ШАЛ-экспериментов определять энергию и оценивать массу первичных космических частиц на уровне гор (500−700 г/см2) с помощью корреляционных кривых зависимости размера ШАЛ от возраста или от наклона каскадной кривой и на уровне моря с помощью кривых размера широкого атмосферного ливня от отношения числа электронов и мюонов на уровне наблюдения.

На основе экспериментальных данных КАБСАБЕ коллаборации с помощью метода инвариантных корреляционных кривых обнаружен излом в энергетическом спектре тяжелых элементов КЛ при энергии 7−1015эВ и анизотропия КЛ по зенитному углу.

Проведено моделирование общего энергетического спектра первичного космического излучения в интервале 1015−1018 эВ на основе модели диффузного ускорения космических частиц ударной волной от суперпозиции нескольких источников. Предсказываются существенные колебания в энергетическом спектре отдельных элементных групп (р, Не, С, 57, Ре).

При этом наиболее важно заключение, что при энергии ~1016 эВ предсказывается существование «антиколена» в энергетическом спектре ядер группы Ре и далее резкое увеличение средней массы (увеличение доли тяжелых элементов в массовом составе космических лучей).

Для поиска и исследования источников КЛ с помощью анализа ШАЛ, образованных у-квантами, предложен способ, позволяющий выделять и усиливать полезный сигнал из шума. Использование этого подхода позволяет увеличить отношение сигнал/шум примерно на порядок по сравнению со стандартным методом накопления сигнала по времени. Тем самым, время измерений, необходимое для получения аналогичного отношения сигнал/шум, уменьшается примерно на два порядка.

Задачей дальнейших исследований является восстановление первичного спектра по результатам измерения характеристик ШАЛ на уровне наблюдения. Поскольку все выводы сделаны в рамках «теоретического» эксперимента, представляется весьма желательным использовать развитую идеологию в анализе атмосферных ливней, измеренных в реальных установках.

Анализ экспериментальных данных позволит с помощью этой методики продвинуться в понимании проблемы происхождения и способов ускорения космических частиц сверхвысоких энергий.

Анализ экспериментальных данных стратосферного эксперимента для распределений вторичных частиц для 2-х типов взаимодействий (с обычными и большими поперечными импульсами) показал наличие значительных многочастичных корреляций в псевдобыстротных распределениях вторичных частиц с большими поперечными импульсами по сравнению со взаимодействиями с обычными Р^. При этом поведение показателя коррелированности при изменении величины псевдобыстротного бина соответствует событиям взрывного типа, протекающих с образованием некоего промежуточного состояния.

Для поиска класса ядро-ядерных взаимодействий с наиболее значительными многочастичными корреляциями с помощью модифицированного метода нормированного размаха были проанализированы флуктуации плотности распределения вторичных заряженных частиц, образованных во взаимодействиях 32? (200 ГэВ на.

1 ОТ нуклон) и Аи (10.6 ГэВ на нуклон) с ядрами фотоэмульсии (экспериментальные данные ЕМШ1 коллаборации).

В результате анализа были обнаружены аномальные события с большими многочастичными корреляциями. Такие события соответствуют центральным взаимодействиям ядер, сильно отличающихся по объему (атомному весу, заряду и т. п.), и имеют следующие характерные черты: в результате взаимодействия происходит полный распад ядра мишениповедение экспериментальной корреляционной кривой подобно поведению корреляционной кривой, соответствующей процессам взрывного типа с образованием некоего промежуточного кластера.

При сравнении поведения показателя коррелированности оказалось, что события с большими поперечными импульсами вторичных частиц, обнаруженные в стратосферном эксперименте, так же, как и аномальные события ЕМ1Ю1, имеют излом корреляционной кривой при 8гр>0,5 и подобное поведение показателя коррелированности и, вероятно, эти события имеют подобную динамику взаимодействия.

Анализ аномальных флуктуаций на основе модели когерентного излучения глюонных струй, подтвердил предсказания о существовании кольцевых событий в /^-взаимодействиях и их отсутствие в к+р-, }Ср-взаимодействиях. Результаты обработки экспериментальных данных свидетельствуют о том, что хотя гипотеза когерентного излучения глюонных струй в адронных взаимодействиях определенно реализуется, но не является доминирующей.

Наряду с исследованиями (псевдо)быстротных распределений в полном фазовом объеме, был проведен анализ этих распределений в малых (псевдо)быстротных бинах методом факториальных моментов. При этом явление перемежаемости описано в терминах фазовых переходов первого рода, аналогичных обычным фазовым переходам в конденсированных средах.

Совпадение теоретически полученных нормированных показателей перемежаемости с определенными по экспериментальным данным, говорит о том, что явление перемежаемости может быть хорошим критерием существования фазового перехода кварки -" адроны.

Радиационные поправки существенно влияют на угловые и энергетические спектры распределения вторичных частиц. Особенно сильно это проявляется при высоких энергиях. Так, вклад радиационных поправок к полному сечению процесса е+е —> W^W при энергии 4s =2 ТэВ достигает -20%!

Вклад радиационных поправок к дифференциальному сечению этого процесса для малых углов -5%. Для больших углов (0 ~ 180°) дифференциальное сечение процесса с учетом радиационных поправок значительно превышает рассчитанное в борновском приближении. Влияние радиационных поправок заметно усиливается с ростом энергии, что связано с излучением жестких фотонов начальными электрон — позитронными пучками.

Большие вклады радиационных поправок могут имитировать заметное отклонение от Стандартной Модели. Оценки, сделанные без их учета, могут привести к ошибочным выводам. Поэтому, эти эффекты должны обязательно учитываться при проведении программ по высокоточным измерениям характеристик W — бозонов, при поиске отклонений от Стандартной Модели и т. п. на новых строящихся ускорителях.

В заключение я хотел бы поблагодарить всех моих коллег и соавторов за полезное обсуждение и совместную плодотворную работу. При этом хотелось бы выделить д.ф.-м.н. НазироваМ.Т., д.ф.-м.н., проф. РуськинаВ.Н. и д.ф.-м.н., академика HAH PK Боос Э. Г., которые оказали существенное влияние на формирование моего научного мировоззрения на различных этапах моей научной деятельности. Огромная благодарность к.ф.-м.н. Квочкиной Т. Н., к.ф.-м.н. Гайтинову А. Ш., к.ф.-м.н. Андреевой Н. П., которые предоставили мне возможность обработки экспериментальных данных стратосферного эксперимента и EMU01 коллаборации, а также Шайхиевой Д. Б., Слядневой В. Н., Фесенко Н. В. и Федюркиной Н. В., которые участвовали в получении этих данных. Хочу поблагодарить за консультативную научную помощь и плодотворную совместную работу д.ф.-м.н. Садыкова Т. Х., к.ф.-м.н. Кучина И. А., д.ф.-м.н. Локтионова A.A., д.ф.-м.н. Кураева Э. А., к.ф.-м.н. Ивкина A.B., к.ф.-м.н. Сахояна С. Н., Аргынову А. Х., Покровского Н. С., к.ф.-м.н. Кочелева H.H., к.ф.-м.н. Зарубина П. И. и зарубежных коллег Prof. Haungs A. J., Prof. Heinzelmann G., Dr. Lindner А. и Dr. Rohring А. Особую благодарность хочу выразить Сатиевой Л. Б. за помощь в компьютерном наборе, редактировании и систематизации материалов диссертации и Филипповой Л. Н. за огромную помощь в проведении численных расчетов и обсуждении результатов анализа.