Известия РАН. Серия физическая, 2021, T. 85, № 5, стр. 714-715
Формирование электромагнитных полей в оптическом диапазоне, возникающих в результате взаимодействия позитронов со средой
Ф. Ф. Валиев *
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
“Санкт-Петербургский государственный университет”
Санкт-Петербург, Россия
* E-mail: valiev07@list.ru
Поступила в редакцию 20.11.2020
После доработки 28.12.2020
Принята к публикации 27.01.2021
Аннотация
Полуклассический подход к расчету электромагнитных полей, формируемых при взаимодействии жесткого излучения с веществом, применен к задаче прохождения высокоэнергетичных позитронов через газовую среду. Приведены результаты расчетов изменений электромагнитных полей в оптическом диапазоне для воздуха при прохождении через него высокоэнергичных позитронов.
Полуклассический подход и модель линейного тока [1, 2] применялись для расчета изменений электромагнитных полей в оптическом диапазоне, формируемых при взаимодействии электронов и гамма-квантов с жидкой, твердой и газовой средой [3–5]. В рамках этого подхода используется пособытийное рассмотрение формирования электромагнитных полей. Применение пакета GEANT [6] позволяет рассчитать траектории и скорости всех свободных заряженных частиц, возникающих в результате взаимодействия первичной и сопровождающих ее вторичных частиц со средой. Далее проводится расчет пространственно-временного распределения компонент электромагнитного поля, создаваемого заряженной частицей и возникающих при ее движении вторичных частиц в среде.
В данной работе полуклассический подход применен к расчету электромагнитных полей, формируемых при прохождении высокоэнергичных позитронов в воздухе. Схема модельного эксперимента аналогична схеме реального эксперимента, выполненного в работе [7], и представлена на рис. 1. В модельном эксперименте в рамках пакета GEANT пучок позитронов с энергией 512 МэВ проходит через метровый слой воздуха. В качестве иллюстрации представлены рассчитанные траекторий движения одиночного позитрона и сопровождающих его электронов (см. рис. 2а–2в, три одиночных позитрона).
На рис. 3 представлены траектории движения 5 позитронов и сопровождающих их электронов и фотонов на одном рисунке. На пути следования позитрона образуются электрон-ионные пары, вторичные фотоны, которые в свою очередь могут порождать вторичные частицы. Данные, полученные в результате работы программы моделирования, записываются в файл в формате: сорта частиц, скорости, координаты и времена, в которые происходили изменения скорости частицы. Далее проводился расчет электромагнитного поля в пространственно-временном представлении по формулам из работ [1, 2] под случайным образом выбранным углом φ и с шагом 0.05 градуса по углу θ в точке на плоскости детектирования.
Результат расчета изменения энергии электромагнитного поля в плоскости расположения позиционно-чувствительного детектора (фотопленки), полученное суммирование изменений энергии поля каждой из заряженных частиц, формируемых процессе взаимодействия позитронов с газовой средой, представлен на рис. 4. На рисунке виден пик в угловом распределении изменений энергий, при котором наблюдается максимум в кольцевом распределении. Угол, оцененный по формуле Тамма–Франка равен 1.32○. Полученный в нашем расчете угол меньше на 0.04○. Полученное небольшое уменьшение в значении угла, под которым наблюдется максимальное изменение энергии, по сравнению с оценкой угла по формуле Тамма имело место и в расчетах, проведенных в работах [3–5]. Отметим, что расчет выполнен в пространственно-временном представлении в рамках полуклассического подхода.
Результаты расчетов, проводимых по данной методике, согласуются с экспериментально наблюдаемыми результатами работы [7] и могут быть в последующем использованы при моделировании и конструировании детекторов для экспериментов в физике высоких энергий.
Работа выполнена с использованием оборудования ресурсного центра “Вычислительный центр СПбГУ”.
Список литературы
Валиев Ф.Ф. // Изв. РАН. Сер. физ. 2011. Т. 75. № 7. С. 1056; Valiev F.F. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2011. V. 75. No. 7. P. 1001.
Борисов В.В. Электромагнитные поля неустановившихся токов. СПб: СПбГУ, 1996.
Валиев Ф.Ф. Панин Р.Б. // Изв. РАН. Сер. физ. 2016. Т. 80. № 8. С. 1039; Valiev F.F., Panin R.B. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2016. V. 80. No. 8. P. 951.
Валиев Ф.Ф. // Изв. РАН. Сер. физ. 2019. Т. 83. № 9. С. 1257; Valiev F.F. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. 2019. V. 83. No. 9. P. 1149.
Валиев Ф.Ф. // Изв. РАН. Сер. физ. 2020. Т. 84. № 8. С. 1109; Valiev F.F. // Bull. Russ. Acad. Sci. Phys. V. 84. No. 8. P. 917.
http://geant4.web.cern.ch.
Ружичка Я. Теоретические и экспериментальные исследования эффекта Вавилова–Черенкова. Дис. … докт. физ.-мат. наук. Дубна: ОИЯИ, 1993. 212 с.
Дополнительные материалы отсутствуют.
Инструменты
Известия РАН. Серия физическая