Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Энергетический спектр и ядерный состав первичных космических лучей в области энергий 10 - 10 ЭВ Куликов, Герман Викторович

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Куликов, Герман Викторович. Энергетический спектр и ядерный состав первичных космических лучей в области энергий 10 - 10 ЭВ : автореферат дис. ... кандидата физико-математических наук : 01.04.16.- Москва, 1993.- 62 с.: ил.

Введение к работе

Актуальность темы. Одной из основных проблем современной астрофизики остается проблема происхождения космических лучей

сверхвысоких энергий (более 10 эВ) и распространения их в межзвездном пространстве.

До настоящего времени наиболее светосильным методом получения сведений о первичных космических лучах (ПКЛ) сверхвысоких энергий остается метод широких атмосферных ливней

15 (ШАЛ). Именно этим методом в широком диапазоне энергий от 10 эВ

до - 10 эВ получено большинство данных о таких основных

характеристиках ПКЛ как энергетический спектр и анизотропия.

Широкий атмосферный ливень представляет из себя поток коррелированных во времени частиц и электромагнитного излучения, возникающих в лавинных ядерно-каскадных и электромагнитных процессах, инициируемых первичной частицей в атмосфере Земли. При этом толщина атмосферы достаточно велика для того, чтобы лавина частиц эффективно развивалась. В то же время, благодаря разреженности атмосферы, частицы вторичного происхождения отклоняются от направления первичной частицы на большие расстояния, что и обеспечивает светосилу метода. Разреженность атмосферы играет также принципиальную роль в генерации потоков мхзонов и нейтрино, сопровождающих электронно-фотонную и адронную компоненты ливня.

, Для детекторов с заданным порогом регистрации поперечный размер ШАЛ возрастает с ростом энергии первичных частиц, что приводит к росту эффективной площади их регистрации в глубине атмосферы. Это позволяет с помощью установок с ограниченным числом детекторов исследовать ПКЛ до энергии 10го эВ, несмотря на резко убывающий с увеличением энергии поток первичных частиц. Данные по ШАЛ дают возможность получить сведения и о характере адронных взаимодействий в области энергий, еще недоступных ускорителям. Одако интерпретация этих данных в значительной мере зависит от знания энергетического спектра и в особенности ядерного состава ПКЛ.

Изучению характеристик ПКЛ в области сверхвысоких энергией

посвящено большое число работ, однако наблюдаемый раз^брос

15 экспериментальных данных велик. При энергиях >10 эВ до сих пор

существуют только оценки верхней границы анизотропии. Необходимы

детальные исследования формы энергетического спектра и уточнение абсолютного потока космических лучей. Весьма неопределенны сведения о ядерном составе. Различные авторы делают прямо противоположные выводы об относительной доли протонов и ядер с большими А в составе ПКЛ рассматриваемых энергий.

Для решения вопроса о происхождении космических лучей с

15
энергией более 10
эВ необходимы более точные данные ' об'их

энергетическом спектре и ядерном составе.

Цель работы. Основной целью работ, вошедших в диссертацию,

являлась разработка новых методов анализа экспериментальных

данных,получаемых с помощью установки ШАЛ МГУ, в

частности, исследование характеристик электронной и мюонной

кокпонент ШАЛ и на их основе получение новых данных об

энергетическом спектре, ядерном составе, а также анизотропии ПКЛ

в области энергий Е =101 -5. 1017 эВ.

Научная новизна и практическая ценность диссертации.

Проведено систематическое исследование электронной и мюонной

15 17 компонент ШАЛ в широком диапазоне первичных энергий 10 -10 эВ

на комплексной установке ШАЛ МГУ, позволяющей с высокой точностью

определять характеристики каждого зарегистрированного липни.

Анализировались данные, полученные на модернизированной установке ШАЛ ИГУ, в которой было значительно увеличено число детекторов заряженных частиц и плоиадь, на которой сни размещаются, по сравнению с вариантами установок 50-70 гг. Благодаря этому статистика регистрируемых ливней возросла более чем на порядок.

В процессе анализа экспериментальных данных были

разработаны: 1) метод построения спектров по числу электронов N и по числу мюонов'N , 2) метод анализа распределений ШАЛ по N

при фиксированном N , 3) метод наблюдения точечных источников и исследования анизотропии.

На основе анализа полученных данных впервые обнаружено вместе с Г. Б. Христиансеном наличие излома в спектрах ШАЛ по числу электронов N и мюонов N , отражающее существование излома в энергетическом спектре первичных космических лучей в узком интервале энергий вблизи 3.101S эВ.

Исследованы флуктуации числа мюонов при фиксированном числе

электронов для области излома энергетического спектра и сделано

15 17 заключение о ядерном составе в области энергий 10 -10 эВ.

Основная научная и практическая ценность работы определяются тем, что открытие нерегулярности (излома) в энергетическом сректре первичных космических лучей поставило вопрос об объяснении этого явления перед теоретической астрофизикой и, с другой стороны, явилось стимулом для развития новых методов исследований и для постановки новых экспериментов по изучению первичных космических лучей как в нашей стране, так и за рубежом.

В последние годы со значительно большей статистикой был

измерен энергетический спектр ПКЛ вплоть до энергий -5-Ю эВ на установке ШАЛ МГУ. а также на установке Акено в Японии в том же диапазоне энергий. При этом преимущество установки МГУ заключалось в том, что при измерении использовались счетчики Гейгера, в которых отсутствует переходный эффект, в то время как на установке Акено - сцинтилляторы, в которых переходный эффект надо учитывать.

Изучение ядерного состава космических лучей в области

энергий 10 -3-Ю эВ осуществлялось, как известно, в

экспериментах на баллонах в стратосфере и на ИСЗ. При больших

энергиях (10 -10 эВ) в данной работе развит косвенный метод

исследований ядерного состава на основе анализа распределений по

числу мюонов. Полученные в диссертации данные о ядерном составе

позволяют отдать предпочтение диффузионным моделям с

коэффициентом диффузии D-D(E/Z), зависящим от энергии частицы Е и

ее заряда Z.

Результаты исследования энергетического спектра и ядерного

состава первичных космических лучей широко используются как в астрофизике, так и в физике высоких энергий при анализе взаимодействий космических лучей при сверхвысоких энергиях.

В последнее время эти результаты стимулировали создание целого ряда установок, в ток числе установок с большой плотностью детекторов для прецизионных исследований энергетического спектра и ядерного состава в области излома также путен регистрации электронной и мюонной компонент ШАЛ (CASKADE в Германии и CASA в США).

Основные положения и результаты, выносимые на защиту.

  1. Обнаружение сложной формы спектров ШАЛ по числу электронов и кюонов и вывод о существовании излома в энергетическом спектре ПКЛ при энергии -З. 1015 ЗВ.

  2. Экспериментальные характеристики мюонной компоненты ШАЛ:

1) зависимость среднего числа мюонов от числа электронов в ливне,

2) распределения ИАЛ по числу мюонов при фиксированном числе
электронов и анализ ядерного состава ПКЛ на их основе.

3.определенно верхней границы общей анизотропии ПКЛ .

4. Данные о пространственных распределениях электронов и

мюонов в ШАЛ и их слабой зависимости от числа электронов,

полученные в широком диапазоне по Ne=10 -5 10 .

5.Разработка метода математической обработки

экспериментальных данных , позволяющего определять параметры

индивидуального регистрируемого ливня путен отыскания абсолютного

максимума функции по четырем переменным (X , Y ,S,Ne), и метода их

анализа с учетом возможной выборки ШАЛ различной структуры из-за

дискриминирующего действия системы управления при отборе по N и

по нц.

Апробация диссертации. Апробацией работ, вошедших в

диссертацию, является широкое применение полученного

энергетического спектра ПКЛ, нашедшего подтверждение во многих лабораториях мира (в Японии, Франции, США и др. ), при анализе

многочисленных экспериментов в космических пучах, в разработке

новых методов (метод рентгеноэмульсионных камер (РЭЮ), при

постановке и планировании новых экспериментов для исследования

космических лучей сверхвысоких энергий, при расчете фона в

экспериментах по регистрации г-излучения при энергиях болев ю эВ. Работы, вошедшие в диссертацию, неоднократно докладывались и обсуждались на всесоюзных и международных конференциях и симпозиумах, начиная с 1957 года. Результаты работ опубликованы в различных научных журналах в нашей стране и за ее рубежами.

Основные результаты, вошедшие в диссертацию, содержатся в публикациях [1-42].

Структура диссертации.

Диссертация в форме научного доклада содержит общую характеристику работы , три главы и заключение.

В I главе дается описание методов регистрации и анализа ШАЛ

Приводятся данные о функциях пространственного распределения

электронов и мюонов, о спектрах ШАЛ по числу электронов и мюонов.

Описывается пересчет к первичной энергии и построение

энергетического спектра космических лучей.

Во II главе анализируются данные о средней зависимости числа мюонов от числа электронов и о флуктуациях числа мюонов при фиксированном числе электронов. В рамках моделей адронных взаимодействий. основанных на ускорительных данных и их экстраполяции в область больших энергий, делается^ заключение о ядерном составе первичных космических лучей.

В III главе излагаются данные об общей анизотропии космических лучей и о результатах поиска космических лучей от различных астрофизическких объектов ( Лебедь Х-1 .Лебедь Х-3 , Геркулес Х-1).

В заключении приводятся основные результаты диссертации и делается вывод о пригодности моделей диффузионного типа (с

растущим с энергией коэффициентом диффузии D=D(E/Z) ) для

описания распространения космических лучей с энергиями 10 -10

эВ в Галактике.

Похожие диссертации на Энергетический спектр и ядерный состав первичных космических лучей в области энергий 10 - 10 ЭВ