Модели и аппроксимирующие функции пространственного распределения черенковского излучения широких атмосферных ливней

• Автор: Ал-Рубайее Ахмед А.А. Мохаммед
• Шифр специальности: 01.04.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 94 с. : ил.

Глава 1. ШАЛ и теория ЭФК в атмосфере

1.1. Спектр и состав ПКЛ высоких энергий

1.2. Взаимодействие ПКЛ с атмосферой

1.3. Развитие широкого атмосферного ливня

1.4. Теория электронно-фотонного каскада

Глава 2. ФПР черенковского света ШАЛ

2.1. Генерация черенковского излучения в ШАЛ

2.2. Численное моделирование черенковского излучения ШАЛ

2.3. Метод построения аппроксимирующих функций

2.4. Расчет ФПР черенковских фотонов

Глава 3. Сравнение расчета ФПР с экспериментом

3.1 Установка Тунка-25 для регистрации ШАЛ
3.2 Сравнение расчета ФПР с фитом установки Тунка
3.3 Реконструкция ливней, зарегистрированных установкой Тунка
3.4 Спектр и состав ПКЛ по измерениям черенковского света
Заключение
Литература

Одной из важных и актуальных задач современной астрофизики является природа, происхождение и механизм ускорения первичных космических лучей (ПКЛ) высоких и сверхвысоких энергий - потока заряженных частиц (протонов, ядер гелия, легких и тяжелых ядер) с энергией £>1012эВ, падающего на Землю [1-7]. Для решения этих задач необходимо исследование энергетического спектра и массового состава первичного космического излучения в широком диапазоне энергий. Вопрос о форме энергетического спектра космических лучей имеет важное значение, так как непосредственно связан с проблемой происхождения космических лучей и их распространения в межзвездной среде.
Энергетический спектр космических лучей хорошо описывается степенным законом с явными изменениями спектрального индекса в двух областях: 1) при энергиях вблизи Е -3-1015 эВ наблюдается изменение показателя дифференциального спектра космических лучей (излом или “колено”) [3, 6]- от значений ~2.7 (£<1015 эВ) до -3.0-3.1 (£'>1016эВ); 2) при £-5-1018 эВ наблюдается выполаживание спектра (“лодыжка”) [3, 6, 7].
Сегодня имеются веские основания полагать, что космическое излучение с энергией Е < 1017 эВ имеет галактическое происхождение, а наиболее вероятными источниками космических лучей, удовлетворяющими энергетическим требованиям, являются вспышки и остатки сверхновых [8-10].
К настоящему времени на больших экспериментальных установках накоплена достаточно большая статистика по космическим лучам высоких (Е> 1015эВ) и сверхвысоких (Е> 1018эВ) энергий. Это такие действующие установки, как Якутская установка ШАЛ [11-13], AGASA [14], HiRes (Fly’s Eye) [15], Тунка-25 [16], KASCADE [17, 18], EAS-TOP [19], TIBET [20],

КАЗСАОЕ-ОЛАХОЕ [21], НЕОЯА [22] и др. Вопрос о природе источников частиц с энергиями £>1018эВ все еще не решен [23, 24], при этом рассматриваются как галактические, так и внегалактические модели происхождения.
Хотя прямая регистрация космических лучей возможна с помощью детекторов, расположенных на спутниках или поднятых в стратосферу, ясно, что площадь таких детекторов ограничена, поэтому хорошая статистика может быть получена при энергиях не более чем 1015эВ [25, 26]. Космические лучи более высоких энергий можно изучать только размещая в атмосфере большие детекторы, с помощью которых регистрируется вторичное излучение (заряженные частицы, у-кванты и др.), генерируемое во взаимодействиях ПКЛ с атмосферой. В результате такого взаимодействия развиваются так называемые широкие атмосферные ливни (ШАЛ) [3], включающие ядерный [27] и электромагнитный каскады [28]. При высоких энергиях в ШАЛ могут присутствовать практически все частицы, но до поверхности Земли доходят преимущественно электроны, мюоны, у - кванты, нейтрино, черенковское излучение, и, в принципе, все они могут регистрироваться. Заряженные частицы ШАЛ суть вторичные космические лучи.
Для метода регистрации ШАЛ характерным является гигантский масштаб каскадной лавины электронов, фотонов, мюонов и адронов, развивающейся в атмосфере после неупругого столкновения протона или ядер первичного космического излучения с ядрами атомов воздуха: в лавине, пронизывающей всю атмосферу, вторичные частицы (электроны, мюоны, фотоны черенковского излучения) отклоняются от оси ливня на сотни метров. Огромные поперечные размеры каскада позволяют создавать экспериментальные установки, в которых большие площади контролируются сравнительно небольшим числом детекторов. Принципиальная возможность