Моделирование и анализ измерений энергетических спектров частиц космического излучения в области высоких энергий

• Автор: Турундаевский, Андрей Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.23
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 116 с. : ил.

Оглавление
Введение
Глава 1. Энерговыделение в адронном каскаде, генерируемом протонами и ядрами Не с энергиями >1 ТэВ, и спектральные деформации детектирумого потока частиц
1.1. Математическое моделирование
1.2. Сравнение результатов моделирования с использованием различных программ-генераторов адронных взаимодействий
1.3. Аппроксимация флюктуаций энерговыделения
1.4. Особенности спектральных искажений
1.5. Методика восстановления первичного спектра
Глава 2. Генерация аяьбедного потока в адронных каскадах
и локализация первого акта неупругого взаимодействия частиц с энергией свыше 1 ТэВ
2.1. Влияние альбедного потока на форму каскадной кривой
2.2. Методы и критерии локализации акта взаимодействия,
2.3. Анализ некоторых экспериментальных каскадов
Глава 3. Непосредственное изучение частиц космических лучей высокой энергии при помощи черенковского излучения, рожденного заряженной частицей в верхних слоях атмосферы
3.1. Черенковское излучение заряженных частиц первичного космического излучения в верхних слоях атмосферы как инструмент изучения космических лучей высокой энергии
3.2. Требования к аппаратуре и ожидаемая статистика
Выводы
Список литературы
Введение.
Особо ценную информацию в изучении характеристик потока космических лучей (КЛ) дают прямые измерения, при которых измеряются характеристики первичной частицы. Однако, исследовать прямыми методами характеристики КЛ можно лишь за пределами атмосферы, существенно экранирующей и трансформирующей их поток.
По принятой терминологии поток ядер КЛ делят на первичные ядра (р, Не, С, 0, ...), т.е. те, у которых
основной поток был рожден в источниках КЛ, и вторичные (1л, Ве, В, М, ...), поток которых в значительной степени формируется за счет взаимодействий первичных ядер с межзвездной средой.
В целом дифференциальный энергетический спектр первичных ядер КЛ в диапазоне энергий 1011 -1015 зВ/частица, с
разделением по основным группам ядер, может быть описан степенным законом с показателем спектра г-2.6. Спектр протонов в области энергий более 1012 эВ несколько круче (т-2.8). Поток вторичных ядер, в силу его значительно меньшей интенсивности, на сегодня достаточно однозначно измерен лишь до энергий < 1011 эВ/частица, и в целом может также быть описан степенным законом, но с т=3,2 [1].
Таким образом, на настоящий момент, существует энергетический разрыв в несколько порядков в информации о доле вторичных ядер в составе КЛ.
Существуют различные представления о характере изменения доли вторичных ядер в составе КЛ при продвижении энергетического спектра в область более высоких энергий. Это обус-

ловлено недостатком точных данных об источниках КЛ, а также о формировании потока КЛ в процессах дополнительного ускорения в Галактике и трансформации во взаимодействиях с межзвездным газом и фотонными полями. Поэтому детально промеренный в широком диапазоне энергий, желательно единой методикой, поэлементный химический состав КЛ несет в себе много полезной информации о генерации и распространении частиц космического излучения.
Значительный интерес представляет спектр электронов и позитронов в области высоких энергий. Это связано с тем, что из-за сильного синхротронного излучения на галактических магнитных полях пробег электронно-позитронной компоненты сравним с расстоянием до ближайших источников [23. В настоящее время суммарный спектр электронно-позитронной компоненты промерен до энергий -400 ГэВ, а доля позитронов определена до -40 ГэВ [33. Продвижение в область более высоких, от 40 ГзВ до -1 ТэВ, энергий с раздельной регистрацией электронов и позитронов может дать важную информацию об источниках этой компоненты и магнитных полях в Галактике
Вопрос об антивеществе в КЛ представляет собой особую, тесно связанную с проблемами космологии, одну из наиболее важных проблем астрофизики высоких энергий.
Антипротоны были обнаружены в 1979 г. [43,. и в настоящее время их поток измерен в энергетическом диапазоне -0.5-20 ГэВ (1(р“)/1(р)-10~4) [53. Определенное количество антипротонов рождается при взаимодействии космических лучей высокой энергии с межзвездным газом, однако существуют разног-

Таблица 8. Параметры аппроксимации <Кь> и Б в зависимости от толщины поглотителя и энергии первичной частицы (Ео - В ТзВ, X - В см).
рЕе ЕШКА рЕе ОНЕІВНА рЕе ООЕМ НеЕе Ц(ЗЗМ+ЕЫ!КА
к-Ю 18.6 16.1 17
кц 1.215 1.551 2
к 20 0.333 0.258 0
к21 0.0058 0.0427 0.0737 0.0050
к 22 0.0040 -0.0030 -0.0130 0.0048
кзо 3. £9 3.29 3
кзі 0.0728 0.0886 0.0576 0.0849
01 0.534 0.673 0
020 1.537 1.094 1
021 0.1275 0.0406 0.0915 0.1190
022 -0.01236 0.01106 0 -0.0121
Озо и. { 0.137 0
031 0.04008 0.04729 0.02810 0.01404
1.4. Особенности спектральных искажений
Описанная выше зависимость распределения Кь от энергии первичной частицы и толщины поглотителя приводит к тому, что спектр энерговыделений Ее в коротком калориметре существенно отличается от энергетического спектра падающих первичных частиц. Если исходный спектр степенной
= АЕо+1Ео , то характеристикой искажения может

. сіМ/ПЕб выступать величина и(Ев) = г'гт
АЕВ +
На рис.6а-бг представлены энергетические зависимости и(Ев), рассчитанные с помощью представленных ранее аппроксимаций для железного поглотителя с толщиной 15, 30, 45 см (частицы падают вертикально, и глубина развития каскада зависит только от толщины поглотителя и глубины первого неупругого взаимодействия). Первичные частицы - протон и альфа, показатель спектра т=1.7, диапазон первичных энергий 0.5 - 100 ТэВ. Видно, что полученный спектр также имеет степенной ха-