Изучение одиночных мюонов, зарегистрированных установкой LVD : Астрофизический и нейтринный аспект

• Автор: Королькова, Елена Владимировна
• Шифр специальности: 01.04.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 118 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. Подземный детектор большого объема 1ЛЮ
ГЛАВА 2. Анализ мюонных событий. Атмосферные мюоны
2.1. Отбор и реконструкция одиночных мюонов
2.2. Кривая поглощения мюонов
ГЛАВА 3. Мюоны, генерированные нейтрино при взаимодействии с
веществом
3.1. Отбор мюонных событий - кандидатов на нейтринные взаимодействия
3.2. Расчет ожидаемого эффекта
3.3. Результаты эксперимента
ГЛАВА 4. Эффект затенения потока космических лучей Луной
ГЛАВА 5. Поиск точечных источников у-излучения с помощью мюонов,
зарегистрированных установкой ЬУО
5.1. Фон при поиске точечных источников
5.2. Поиск сигнала от источников без априорных предположений
об их местонахождении
5.3. Поиск потока мюонов от известных точечных источников у-излучения
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

ВВЕДЕНИЕ
Атмосфера Земли постоянно бомбардируется частицами высоких энергий - космическими лучами, которые по современным представлениям ускоряются в остатках сверхновых, пульсарах и других астрофизических объектах. Фундаментальная цель у-астрономии высоких (>250 ГэВ) энергий -обнаружение источников космических лучей и решение вопроса об их происхождении, у-астрономия высоких энергий может быть также использована для понимания процессов звездной эволюции и образования галактик, для получения информации о механизмах ускорения и распространения космических лучей. Заряженные космические лучи наблюдались экспериментально вплоть до энергий Ю20эВ, в то время как у-компонента космических лучей - до энергий 15-50 ТэВ. Заряженные частицы являются доминирующей компонентой космических лучей (более 99,99 %) в верхних слоях атмосферы. Очень малая доля частиц приходится на у-кванты. Протоны, составляющие космические лучи приблизительно на 90%, не сохраняют направление на источник, где они были ускорены до высоких энергий, так как заряженные частицы отклоняются галактическим магнитным полем, и, следовательно, не могут быть использованы для идентификации источников генерации космических лучей. Нестабильные частицы не достигают Земли, так как распадаются на пути. Только с помощью стабильных нейтральных частиц можно проследить траекторию к месту их генерации, а также к месту ускорения заряженных частиц и их последующих взаимодействий, в которых рождаются долгоживущие частицы высоких энергий. Таким образом, для этих целей могут быть использованы у-квангы и нейтрино. Возможно также, что существуют до сих пор не открытые долго живущие нейтральные частицы, которые рождаются при энергиях, не доступных лабораторным ускорителям. Образование таких частиц выходит за

рамки стандартной модели, и до сих пор не найдено указаний на их существование.
у-излучение и адроны взаимодействуют в верхних слоях атмосферы, рождая каскады частиц. Большинство атмосферных ливней генерируется заряженными частицами. Эти ливни составляют существенный изотропный фон при изучении у-излучения. Необходимость выделить у-излучение из фона адронной компоненты усложняют задачу у-астрономии. Разница в форме ливня и содержании мюонов позволяют различить природу ливня высоких энергий. В случае использования для задач астрономии подземных мюонов, генерированных у-квантами, фон будут составлять мюоны космических лучей.
у-кванты высоких энергий генерируются во вторичных взаимодействиях заряженных частиц. Механизм рождения у-квантов высоких энергий предполагает также ускорение заряженных частиц, которые могут быть адронами или лептонами. В первом процессе заряженные адроны, главным образом протоны, ускоряются на ударных волнах, например, в остатках сверхновых. Ускоренные ударными волнами частицы участвуют в адронных взаимодействиях с остаточным газом и генерируют я°-мезоны (р + р -> п°), которые распадаются в течение очень короткого времени на у-кванты. я°-мезоны могут рождаться и при взаимодействии протонов с фотонным полем. Фотоны высоких энергий могут генерироваться также в процессе обратного комптоновского рассеяния релятивистских электронов.
Электромагнитные каскады, инициированные у-квантами с энергиями 10 ГэВ - 100 ТэВ, прекращают свое развитие, не успев достигнуть уровня Земли. Релятивистские электроны за счет эффекта Вавилова-Черенкова генерируют в атмосфере фотоны, которые могут быть зарегистрированы наземными телескопами. Возможность поиска у-источников с помощью черенковского излучения была впервые предложена Г.Т.Зацепиным и А.Е.Чудаковым в 1961 г. /1/ и осуществлена на научной станции ФИАН в

Рис. 5. Сцинтилляционный счетчик, используемый в детекторе ЬТ).