Радиоизлучение широких атмосферных ливней как метод регистрации космических лучей сверхвысоких энергий

• Автор: Константинов, Андрей Алексеевич
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 135 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Расчет радиоизлучения в рамках монте-карловского моделирования ШАЛ

Глава 2. Микроскопический и макроскопический подходы к расчету радиоизлучения ШАЛ
2.1. Решение уравнений Максвелла для фурье-компонент полей
2.2. Поле как сумма по прямолинейным трекам частицы
2.3. Поле как сумма по изломам траектории частицы
2.4. Когерентная длина излучения. Метод зон Френеля
2.5. Радиоизлучение Вавилова-Черенкова в случае ШАЛ
2.6. Макроскопический подход
Глава 3. Моделирование радиоизлучения ШАЛ
3.1. Моделирование ливней с энергией выше 1 ТэВ в ЕОБшс
3.2. Исследование устойчивости микроскопической схемы расчета
Глава 4. Общие характеристики радиоизлучения при энергиях ШАЛ ниже 1015 эВ
4.1. Пространственное распределение, поляризация и спектр радиоизлучения
4.2. Магнитное поле, избыток электронов и коэффициент преломления воздуха: вклады в амплитуду и поляризацию радиоизлучения
Глава 5. Моделирование радиоизлучения при энергиях ШАЛ выше 1015 эВ
5.1. Метод «прореживания» ШАЛ
5.2. Макроскопический расчет радиоизлучения
5.3. Истинная размерность задачи расчета радиоизлучения ШАЛ
в диапазоне 10—100 МГц
5.4. Корреляция ФПР радиоизлучения с энергией и положением максимума ШАЛ
Заключение
Приложения
Литература
Введение
Актуальность темы
Исследование первичных космических лучей (КЛ) предполагает измерение энергетического спектра и химического состава КЛ, а также поиск и изучение локальных источников КЛ в Галактике. К числу теоретических проблем относятся интерпретация наблюдаемых особенностей спектра («колена» при энергии Е() ~ 3-1015 эВ [1] и «лодыжки» при £’0 ~ 5-1018 эВ) и выяснение вопроса о галактическом или внегалактическом происхождении КЛ. Присутствие в КЛ частиц с энергией Е0 > 10' эВ также требует объяснения, поскольку, в соответствии с гипотезой о ГЗК-обрезании спектра, КЛ должны «заканчиваться» уже при энергии Е0 ~ 5-1019 эВ [2,3]. Нерешенной загадкой остается и механизм ускорения КЛ до столь больших энергий.
Помимо решения чисто астрофизических проблем, изучение КЛ предоставляет возможность получить некоторое представление о свойствах взаимодействий элементарных частиц в области энергий, которая является недостижимой на современных ускорителях [4]. Хотя точность информации, извлекаемой из астрофизических наблюдений, значительно уступает данным, которые получают на ускорителях, однако, в обозримом будущем, альтернативы КЛ как источнику частиц с энергией по меньшей мере > 1017 эВ просто не предвидится.
Главной трудностью детектирования КЛ сверхвысоких энергий является их крайне низкий поток. В области энергий Е0 > 1015 эВ уже исключена возможность прямых измерений, и приходится прибегать к регистрации вторичных частиц, образующих в земной атмосфере так называемый широкий атмосферный ливень (ШАЛ). Регистрация ШАЛ проводится как путем непосредственного измерения потока заряженных частиц (главным образом, электронно-фотонной и мюонной компонент), так и путем детектирования оптичес-
£ - &

/(З+ДІ! : /0+Д/,+5ґ+Д/2|
время
/0 + Л/, + 5
+ А/. +6/4- Лґ2 * о
Рис. 2.4. К вопросу об излучении в случае изломанной траектории. На рисунке изображена кинематика процесса
Как и в случае рождения электрона, время одноактного рассеяния на атоме 8/ мало по сравнению с т = 1/ю (1.13). Поле рассеяния (Рі —» р2):
Лк (р+д/,+6/ , ( „ X
р ]= Р,(г„+Д/,)-ек Й ’/с) [ а [ Р
8л є0с К
ік/і !„+Д/,+5* ,
8л2є0с Л . сії
,кИ Р:

8л є0с £
Г 2_ Рх А, Л V 1—е„

|0+д/, “'Vі ч Р; )
/0 + Д/!
1-е« Р

8л є0с 7?
у! ея‘Рг 1 Є« ' Рі
(2.40)
Поле с траектории, на которой можно выделить N прямолинейных участков-треков, равно