Верификация спектра первичных нуклонов по данным о потоке мюонов на уровне моря, в грунте и воде

• Автор: Юшков, Алексей Валерьевич
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Барнаул
• Количество страниц: 122 с. : ил.

1. Расчет спектра мюонов на уровне моря

1.1. Спектры первичных космических лучей

1.2. Метод расчета потока мюонов на уровне моря

1.3. Результаты расчета спектров мюонов

1.4. Основные результаты главы

2. Сопряженное описание процесса переноса мюонов

2.1. Вывод сопряженного уравнения

2.2. Уравнение переноса мюонов в малоугловом приближении

2.3. Уравнение для второго момента угла рассеяния ($2)

2.4. Случайно-неоднородная среда

2.5. Основные положения марковской модели многокомпонентной случайной среды

2.6. Фазонная интерпретация марковской среды
2.7. Уравнения для плотности распределения стохастической ценности мюона в марковской среде
2.8. Основные результаты главы
3. Спектры мюонов в грунте и воде
3.1. Численный метод решения уравнения переноса
3.2. Анализ сходимости расчетной схемы и сопоставление с результатами монте-карловских программ
3.3. Модели спектров мюонов на уровне моря и потери энергии мюонов в веществе
3.4. Сопоставление с данными подземных экспериментов
3.5. Анализ влияния неопределенностей свойств грунта на расчетную интенсивность мюонов
3.6. Основные результаты главы
4. Возможные причины недооценки потока ПКИ
4.1. Методика восстановления спектров ПКИ в баллонных экспериментах
4.2. Спектры первичных частиц, полученные в экспериментах по изучению характеристик ШАЛ
4.3. Антипротоны в ПКИ
4.4. Основные результаты главы
Заключение
Литература

Актуальность темы. Проблемы установления источников, механизмов ускорения и характера распространения первичных ядер в межзвездной среде относятся к числу наиболее актуальных проблем астрофизики космических лучей высокой энергии [1]. Для их решения необходимо определение химического состава и энергетических спектров частиц первичного космического излучения (ПКИ) в широком диапазоне энергий
0.1 — 1011 ГэВ. Быстро падающий спектр ПКИ ос ^-С2-8^31) и технические трудности не позволяют провести прямые измерения на границе атмосферы во всем указанном интервале энергий. В связи с этим в настоящее время проводится ряд экспериментов наземного базирования, где свойства ПКИ устанавливаются по характеристикам мю-онной, электронной, адроннной и фотонной компонент широких атмосферных ливней (ШАЛ). Среди этих методов изучение некоррелированного потока мюонов на уровне моря является одним из наиболее простых способов верификации как данных о суммарном потоке первичных нуклонов в области энергий Е < 1 ПэВ, так и характеристик адрон-ядерных взаимодействий. Однако следует отметить, что практически все хорошо известные расчеты потоков мюонов [2-9] были выполнены до появления экспериментальных данных прямых измерений спектров ПКИ для Е > 1 ТэВ/нуклон и использовали (полу-) эмпирические модели взаимодействий. Наличие большого числа параметров в таких моделях и свободы в их выборе, обусловленной неполнотой информации о характеристиках вторичных частиц, полученной на ускорителях, приводили к существенно разнящимся между собой (до 50%) предсказаниям потока мюонов на уровне моря [10]. По этой причине удовлетворительное описание экспериментальных данных о спектре мюонов могло быть получено с использованием сильно отличающихся спектров первичных частиц. Таким образом, существовавшие еще 10-15 лет назад неопределенности как во входных расчетных данных, так и в измерениях спектра мюонов на уровне моря не позволяли производить какую либо детальную проверку используемых в расчетах моделей и расчеты спектра мюонов проводились, в основном,

наоборот.
Разные реализации случайной многофазовой среды различаются между собой положениями границ и последовательностью фаз, заполняющих промежутки между ними. Вероятностную меру в пространстве этих реализаций и задают с помощью марковского скачкообразного процесса с непрерывным временем, роль которого играет пространственная координата х. Для этого достаточно задать начальные вероятности рДО) и вероятности переходов в единицу времени <г,_ь где <у^к<1х - вероятность изменения типа фазы с ] на к на расстоянии йх, причем
к?у
Вероятность того, что на глубине х в данной реализации будет находиться к-я фаза, представляется в виде
где р{~>к{х) - вероятности перехода г —* к на отрезке длиной х - удовлетворяют уравнениям [134]
(2.21)
]фк
(2.22)
В частности, для двухфазной среды
Р 2-»1 , /п п
= <Т2Р2-2,*>2-1(0) = О,
Р2—*2 , л
1- 02Р2-*2 — <Т1Р2-.1)Р2-*2(0) — 1.
Решение этой системы имеет вид
Р1_1 = [А1 + А2ехр(-ж/А)]/(А1 + Л2)
Р1-*2 = А2[1 - ехр(-а:/А)]/(А1 + А2),