NONLINEAR SOUND GENERATION BY HADRON SHOWERS

Résumé
En relation avec le projet DUMAND qui consiste à utiliser l'océan comme un énorme détecteur acoustique de neutrinos, nous avons étudié l'application d'une théorie récente des émetteurs thermoacoustique (Peter J. Westervelt and Richard S. Larson, J. Acoust. Soc. Am. 54 (1973) 121). Dans le cas statique ou aux très basses fréquences, on peut attribuer à peu près 10% du coefficient de dilatation thermique de l'eau à 20°C aux modes de Debye. Ces modes engendrent le son par un mécanisme non-linéaire responsable du fonctionnement du réseau paramétrique acoustique (Peter J. Westervelt, J. Acoust. Soc. Am. 35 (1963) 535). La contribution des modes de Debye au coefficient de dilatation thermique et ainsi qu'à la pression acoustique est pratiquement indépendant de la température ambiante de l'eau. Par conséquent, si les modes de Debye ne sont pas complètement excités comme nous le supposons à haute fréquence, alors le coefficient de dilatation thermique sera inférieur à la valeur statique et disparaîtra aux environs de 6°C au lieu de 4°C, la température de densité maxima de l'eau. Cette théorie est en accord avec les mesures récentes de la variation thermique du son engendré par le bombardement de l'eau par les protons (L. Sulak et al., Proceedings of the La Jolla Workshop on Acoustic Detection of Neutrinos, 25-29 July 1977, Scripps Institute of Oceanography, U.C.L.A., San Diego, Hugh Bradner, Ed.). Une autre conséquence de notre travail impliquerait une modification de la théorie thermo-acoustique conventionnelle par soustraction des termes de source paramétrique à hautes fréquences.

Abstract
In connection with Project DUMAND, the proposal to utilize the ocean as a giant acoustic detector of neutrinos, we have studied the applicability of a recent theory of thermoacoustic arrays (Peter J. Westervelt and Richard S. Larson, J. Acoust. Soc. Am. 54 (1973) 121). In the static case or at very low frequencies, about 10 % of the coefficient of thermal expansion for water at 20°C can be attributed to Debye-like modes. Debye-like modes generate sound via the non-linear mechanism responsible for the operation of the parametric acoustic array (Peter J. Westervelt, J. Acoust. Soc. Am. 35 (1963) 535). The contribution of the Debye-like modes to the thermal expansion coefficient, and thus to the sound pressure, is essentially independent of the ambient water temperature. Hence if the Debye-like modes are not fully excited as we postulate to be the case at high frequencies, then the thermal expansion coefficient will be less than the static value by an amount that causes it to vanish at about 6°C instead of at 4°C, the temperature of maximum water density. This theory is in agreement with recent measurements of the temperature dependence of sound generated by proton deposition in water (L. Sulak et al., Proceedings of the La Joll a Workshop on Acoustic Detection of Neutrinos, 25-29 July 1977, Scripps Institute of Oceanography, U.C.L.A., San Diego, Hugh Bradner, Ed.). A further consequence of our work implies that the conventional thermoacoustic theory be modified by subtracting the parametric source terms at high frequencies.