Методика восстановления химического состава космических лучей по характеристикам пространственно-временного распределения черенковского излучения широких атмосферных ливней

• Автор: Журенков, Олег Викторович
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 143 с. : ил.

Глава 1. Методы изучения массового состава ПКИ
1.1. Прямые методы
1.1.1. Спутниковые эксперименты
1.1.2. Баллонные эксперименты
1.1.3. Недостатки прямых методов
1.2. Косвенные методы
1.2.1. Эксперименты, регистрирующие электронную и мюонную компоненты ШАЛ
1.2.2. Эксперименты, регистрирующие атмосферную флуоресценцию
1.2.3. Эксперименты, регистрирующие черенковскую компоненту ШАЛ
1.3. Выбор техники эксперимента
1.4. Выводы
Глава 2. Особенности моделирования черенковского излучения ШАЛ
2.1. Роль моделирования в экспериментальной физике космических лучей
2.2. Компьютерное моделирование развития ШАЛ
2.3. Определение параметров пространственно-временного распределения черенковского света ШАЛ
2.4. Выводы
Глава 3. Пространственно-временные распределения черенковского света ШАЛ
3.1. Основные понятия
3.2. Свойства пространственно-временных распределений
3.3. Выделение первичных ядер
3.3.1. Использование временного импульса
3.3.2. Использование фронта черенковского света
3.4. Выводы
Глава 4. Моделирование эксперимента по восстановлению химического состава ПКИ на основе пространственно-временного распределения черенковского света ШАЛ
4.1. Проект экспериментальной установки для получения пространственно-временного распределения черенковского света ШАЛ
4.1.1. Параметры атмосферного черенковского телескопа
4.1.2. Геометрия установки
4.2. Определение основных характеристик ШАЛ
4.2.1. Определение положения оси ШАЛ
4.2.2. Определение энергетического диапазона
4.2.3. Определение типа первичного ядра
4.3. Выводы
Заключение
Литература
Актуальность темы. Физика космических лучей (KJI) — интенсивно развивающаяся область современной физики. Под космическими лучами понимают поток ядер атомов, элементарных частиц (в основном е, и) и 7-квантов, зародившихся и ускоренных до высоких энергий (Е > 108 эВ) в космических объектах или в космическом пространстве.
Важнейшими характеристиками первичного космического излучения (ПКИ) являются его состав и энергетический спектр. Космические лучи являются составной частью материи в известной нам области Вселенной, поэтому они должны в значительной степени повторять ее средний химический и изотопный состав. Различные отклонения массового состава ПКИ от этого среднего значения свидетельствуют об особенностях механизмов зарождения, ускорения и распространения KJI определенной энергии. Поэтому одно из центральных мест в физике KJ1 занимает изучение массового (химического) состава космических лучей.
Непосредственная регистрация KJI выполняется установками, размещёнными на спутниках и баллонах. Неоспоримое преимущество прямых методов заключается в непосредственной регистрации и почти безошибочной идентификация частиц. На сегодняшний день благодаря таким экспериментам инклюзивный спектр с удовлетворительной точностью известен в области < 1 ТэВ. Лишь эксперименты JACEE [1], RUNJOB [25], ATIC [6-9], ISOMAX [10], TRACER [11,12] и CREAM [13,14] способны регистрировать ядра в ТэВ-ной области, обладая при этом довольно низкой статистической обеспеченностью. Тем не менее, современное представление о спектре КЛ до Е = 103 ТэВ/ядро составлено, в основном, по
AIRES [176,177] (AIR-shower Extended Simulations) —программа моделирования ШАЛ для первичных частиц с энергиями 8х108т 1021 эВ, первоначально основанная на алгоритмах МОССА [176] (см. стр. 2.2). Впоследствии эти алгоритмы были существенно улучшены Это в первую очередь касается уравнений для электромагнитной части (взаимодействие, распад и прохождение е± и 7). Добавлены модели адронных взаимодействий (модули QGSJET и SIBYLL) для высокоэнергетической части. Для низкоэнергетической части (Е ^ 100 ГэВ) используется специальный алгоритм моделирования адронных взаимодействий EHSA (Extension of the Hillas Splitting Algorithm), позволяющий значительно уменьшить трудоемкость вычислений. Добавлено моделирование геомагнитных отклонений заряженных частиц, рождения мюонных пар и мюонной ионизации, фотоядерных реакций, ЛПМ-эффекта для высокоэнергичных у-квантов и е±. В качестве первичной частицы теперь можно задать любую из прослеживаемых элементарных частиц и ядра до Z = 56, появилась возможность моделирования квази-горизонтальных ливней [176,178]. Результаты моделирования программой AIRES хорошо согласуются с результатами моделирования программой CORSIKA в аналогичных условиях (см. [178]).
Еще одна программа моделирования одномерного развития ШАЛ ультравысоких энергий (своего названия она пока не получила) основывается на “bootstrap” технике [179]. Все частицы ШАЛ с энергией до 0,01-Ео моделируются прямым методом Монте-Карло. Дальнейшее развитие ШАЛ описывается параметрически так, чтобы средние характеристики электромагнитной и мюонной компонент, а также их флуктуации, соответствовали действительности. “Bootstrap” метод заключается в том, что моделирование выполняется сначала для низких энергий, заг тем — для более высоких так, что при этом используются результаты предыдущего моделирования. Средние характеристики и их флуктуации для ливней от вторичных пионов с энергиями от Ю20 эВ посчитаны путём