宇宙射线与物质之间的相互作用

布鲁诺·罗西

编者按

意大利物理学家布鲁诺·罗西前不久指出，宇宙射线在穿过物质时经常会产生次级粒子。他还发展了一种很灵敏的技术，通过探测三个不同的探测器上几乎同时达到的粒子流来研究这些次级“粒子簇射”。在这篇文章中他指出，在较高原子数元素的物质中，簇射会更多，并且与初级宇宙射线相比，次级粒子在铅中的穿透距离更短。罗西的技术促进了高能物理和核物理学中所使用的“符合探测”装置的进一步发展。罗西本人后来发现，地球表面附近的宇宙射线中存在两种组分，其中一种组分最终被确定是电子和光子，而另一种组分中包含一种被称为μ介子的新型粒子。　　英文

去年，我用符合法证明了当宇宙射线穿过物质时会产生次级微粒辐射[1]。现在，我们根据布莱克特和奥基亚利尼的精巧实验得知这些次级粒子是在所谓的“簇射”中产生的。这一点也可以用符合法来证明；此外，如果我们看到排列成三角形的计数器同时触发信号，那么就可以非常确定地得出以下结论：这种符合一定与这些计数器附近某一点上产生的簇射有关[2]。因此，三重符合法对于研究簇射出现的频率是非常有效的。　　英文

到目前为止，我们已经得到了以下这些结论：

（1）簇射在高原子数元素的物质中出现得更频繁；由每平方厘米重量相同的铅、铁、铝薄层引发的符合次数比率大约为4:2:1[3]。

（2）铅层中产生的簇射数是该层厚度的函数，随着厚度的增加，簇射数一开始增加，在厚度约为20克/平方厘米时达到最大值，然后迅速减少；例如，当厚度为100克/平方厘米时，符合出现的频率不到最大值的一半。我们的结论是：引发簇射的辐射在铅中的平均射程为几个厘米。由此可以肯定这种辐射不同于初级宇宙射线。

（3）当薄层的厚度继续增加时，簇射出现的频率减小得非常慢。对这一现象最有可能的解释是假设引起簇射的射线是在层中进一步产生的；因而这些射线被认为是初级宇宙射线的次级辐射，它们在空气中的平衡常数是在铅中的3～4倍左右。

（4）产生簇射的射线更容易被较高原子数的元素所吸收。当把24.5克/平方厘米的铅置于计数器上时，每小时可以观察到70±3次符合；如果在原有铅层上再放置一层39克/平方厘米的铅，这个值就会减小到36.7±1.4，但当在同一位置放置每平方厘米重量相同的铝层时，这个值只减小到了52.3±1.7。根据这一现象和（1），我们可以得出这样的结论：元素对次级射线的吸收以及次级射线产生的簇射数以同样的方式取决于原子数的大小。由此看来簇射的产生一定是射线吸收的主要原因。这与认为这些射线至少具有数十亿电子伏特的能量，在通常情况下不可能被几厘米厚的铅层吸收的论点是一致的。

（5）如果我们假设簇射在所有元素中的产生率大致相同，那么就可以把原子数高的元素次级辐射平衡常数较小的原因归于原子数高的元素具有较强的吸收；从初级射线吸收实验的结果来看，这样的解释看上去是合理的。　　英文

（王静　翻译；刘纯　审稿）