Массовый состав первичного космического излучения в районе излома по данным установки ШАЛ МГУ

• Автор: Калмыков, Валерий Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 120 с. : ил.

Глава 1. Энергетический спектр и массовый состав ПКЛ в
области излома (10,5ч-1017 эВ)
1.1. Модели ускорения К Л
1.2. Диффузионные модели
1.3. Массовый состава ПКЛ по данным установок ШАЛ
Глава 2. Определение основных характеристик ШАЛ на
установке ШАЛ МГУ
2.1. Описание установки
2.2. Вычисление основных параметров ШАЛ
2.3. Расчет эффективных площадей установки
2.4. ФПР заряженных частиц
2.5. ФПР мюонов
2.6. Спектры по числу частиц и первичный энергетический
спектр по данным установки ШАЛ МГУ
Глава 3. Модели взаимодействия адронов
3.1. Кварк-глюонная картина адронных взаимодействий
3.2. Модель С^ШТ
Глава 4. Массовый состав ПКЛ
4.1. Некоторые результаты изучения массового состава на
установке ШАЛ МГУ
4.2. Массовый состав ПКЛ по результатам совместного анализа экспериментальных спектров ШАЛ по числу мюонов и
заряженных частиц
4.3. Спектры ШАЛ установки КАБСАЛЕ
4.4. Массовый состав по данным анализа ФПР мюонов
установки ШАЛ МГУ
Заключение
Литература

Введение Актуальность темы
Исследование космических лучей (КЛ) в области сверхвысоких энергий представляет собой сложную теоретическую и экспериментальную задачу. В связи с малой интенсивностью первичных космических лучей (ПКЛ) сверхвысоких энергий (50 частиц-м'2тод'’ при энергии >1015 эВ) вместо прямых методов измерений используются косвенные, связанные с наблюдениями широких атмосферных ливней (ШАЛ) и последующим отбором ливней по какому-либо параметру. Другая особенность изучения ПКЛ сверхвысоких энергий связана с необходимостью опираться на данные модельных расчётов при интерпретации эксперимента. Современные ускорительные эксперименты заканчиваются на эквивалентной лабораторной энергии «1015 эВ, тогда как необходимо осуществлять моделирование ШАЛ от первичной энергии до 1017 эВ и выше.
Фундаментальными проблемами физики космических лучей сверхвысоких энергий продолжают оставаться задачи определения их массового состава и энергетического спектра. Открытие в 1958 г.
особенности в спектре ШАЛ по числу заряженных частиц при Ые = 4 • 105 [1] обусловило особый интерес к исследованию ПКЛ в диапазоне энергий 1015-Ч017 эВ. Однако до сих пор существует неоднозначность толкования природы этого явления. Если связывать её с аналогичным изменением
(изломом) в энергетическом спектре ПКЛ при Е0 ~ 3 • 1015 эВ [2-8], то излом в первичном спектре следует трактовать как результат или ускорения КЛ в источниках (см. [2-4]), или распространения КЛ в Галактике (см. [5-8]). Следствием этого должно являться утяжеление состава ПКЛ за изломом, поскольку изменения в парциальных спектрах ядер, входящих в состав ПКЛ, должны происходить при энергиях, пропорциональных их заряду. Таким образом, знание вида энергетического спектра и зависимости массового состава от энергии является очень важным для теории происхождения КЛ и

их распространения в космическом пространстве. Однако оценки массового состава в различных экспериментах весьма далеки от согласия. Первая серьёзная попытка определить состав ПКЛ для разных групп ядер была сделана в работе [9] по данным высокогорной установки на Тянь-Шане. В этой работе не была обнаружена тенденция к утяжелению массового состава за изломом. Впервые определённое заключение об утяжелении состава было сделано по данным последней серии измерений на установке ШАЛ МГУ [10]. Однако, и сегодня результаты изучения массового состава ПКЛ весьма далеки от окончательных. Примером могут служить результаты установки КАБСАБЕ [11], одной из лучших на сегодняшний день.
КАБСАБЕ является наиболее информативной из действующих установок. На ней изучаются три основные компоненты ШАЛ: мюонная, электронно-фотонная, адронная. Результаты работ [12-15], проведенных с помощью различных методик и по данным регистрации всех трёх основных компонент ШАЛ, значительно расходятся, демонстрируя лишь тенденцию к утяжелению состава за изломом. Кроме того, выводы работ [12,16], где восстановление состава осуществлялось из спектров ШАЛ по числу электронов и мюонов путём решения обратной задачи, не привели к однозначному результату, поскольку обнаружилась сильная модельная зависимость. По этой причине интерес к изучению состава не снижается. Свидетельством тому является возрастающее количество публикаций на эту тему, создание новых и модернизация старых установок по регистрации ШАЛ.
Данные установки ШАЛ МГУ [17], где был накоплен большой экспериментальный материал за период работы с 1982 г. по 1990 г. (более 1 млн. ливней), в области первичных энергий 1015-г5-1017 эВ, остаются актуальными и сегодня благодаря ряду её преимуществ. Во-первых, регистрация ШАЛ осуществлялась с помощью счётчиков Гейгера-Мюллера, не имеющих переходного эффекта. Во-вторых, благодаря наличию 4-х подземных детекторов мюонов с пороговой энергией 10 ГэВ, размещённых

первичной частицы, породившей ливень. Поскольку поток заряженных частиц в ШАЛ на уровне наблюдения более чем на 90% состоит из электронов, то в качестве ФПР было бы естественно взять функцию из электромагнитной каскадной теории, рассчитанную Нишимурой и Каматой [110]. Это функция в аппроксимации Грейзена (НКГ)
/?(5, Д) = Ме ■ Ф). (Д/Д0 )5-2 • (1 + Фо )5“4-5 (2.28)
достаточно хорошо описывают экспериментальные данные в центральной области ливня [111], и до настоящего времени используется в ряде экспериментов. Однако для точного определения полного числа частиц Ые существенно знание ФПР в более широком диапазоне расстояний.
В работе [108] на основании данных о регистрации широких атмосферных ливней на установке ШАЛ МГУ благодаря хорошей точности и подробности построения ФПР была сделана попытка получить значение локального параметра Д(Д), зависящего от расстояния до оси ШАЛ. Для этого был введён дополнительный параметр а(д), зависящий от расстояния. Функция НКГ в этом случае имела вид:
p(S,R)=Ne •ф)-(Д/Д0)^+а^"2 -(Фо +1/5+а^~4-5, (2.29)
где До= 80 м, а (к) - некоторая добавка к Д, зависящая от расстояния до оси ШАЛ. Для вычисления этого параметра каждые три последовательные точки в соответствующем пространственном распределении аппроксимировались в двойном логарифмическом масштабе прямой линией, и для расстояния, соответствующего средней из них, вычислялось локальное значение параметра Д функции НКГ, которое давало бы тот же наклон. Результаты расчетов показали, что характер поведения локального параметра Д/осо/ слабо меняется с изменением мощности ливня. Значение добавки а(к) получается из зависимости локального параметра Д от расстояния до оси ШАЛ: а(д)=£(с)со,(Д)-520-50 (рис. 2.8).