PHYS‐F‐467
Welcome to the PHYS-F-467 wiki!
L:/WEBB_OFFLINE/msux/nuclphys/***/students/Cosmic%20ray/index.html
https://github.com/barionleg/PHYS-F-467/blob/master/PA4.ipynb
https://barionleg.github.io/PHYS-F-467/PA4.ipynb
similar article
Попадая в атмосферу Земли, космические частицы (а это в основном протоны и ядра более тяжелых элементов, чем водород) испытывают столкновения с ее атомами и молекулами. В результате происходит расщепление ядер и образование многочисленных вторичных частиц. Среднее расстояние, которое успевает пройти протон в атмосфере, соответствует примерно 1/13 части ее толщи. Это означает, что он может неоднократно вступать в процессы взаимодействия с ядрами в воздухе, прежде чем окончательно погибнуть. Отсюда следует, что на «больших глубинах» в атмосфере существует лишь вторичная компонента космических лучей.
Состав вторичной компоненты обусловлен физическими процессами взаимодействия первичной частицы с ядрами атмосферы. Этот процесс называется каскадным. Схема взаимодействия протонов космических лучей с атмосферой показана на рис. 1. В актах взаимодействия первичной частицы космических лучей рождаются практически все известные элементарные частицы.
Измеряя только, например, адронную компоненту ливня, невозможно определить величину максимума ливня. Можно измерить другую компоненту – мюонную, каскад которой развивается на отличных от адронной компоненты глубинах. По разнице показаний мюонных детекторов и детекторов, регистрирующих адронную компоненту, а также привлекая каскадные модели, можно определить величину максимума ливня. Еще до появления метода ШАЛ, в технике исследования космических лучей широко использовался метод рентгено-эмульсионных камер (РЭК). Частицы, попадая в вещество пленки, на поверхность которой нанесен чувствительный к рентгену и заряженным частицам слой фотоэмульсии, вызывают каскад вторичных частиц – результат взаимодействия первичной частицы с ядрами фотоэмульсии. После проявления в химических растворах треки частиц становятся видимыми. Анализируя толщину, размеры и пространственное положение треков под микроскопом, можно определить и типы частиц, и их энергии. Метод РЭК получил широкое распространение в физике космических лучей. Благодаря именно его применению в 40-х годах прошлого века удалось обнаружить многие ядра – вплоть до железа – в составе первичного космического излучения. Альтернативным методом измерения энергии частиц в ШАЛ является измерение черенковского свечения. Свечение от частиц ШАЛ видно в узком конусе в направлении распространения ливня и может быть зарегистрировано наземными оптическими детекторами (рис. 3). Этот метод позволяет измерить величину максимума ливня непосредственно. Подобные детекторные наземные установки уже созданы, например CASA-MIA [13] в США и TAIGA [14-16] в России. Данные таких детекторов не только дополняют результаты классических установок ШАЛ, но и служат независимой проверкой их результатов.
Рис. 3. Принцип регистрации космических лучей методом измерения черенковского света, [4].
Из приведенного выше рассмотрения возможностей регистрации космических лучей высокой энергии очевидно, что именно каскадный процесс образования вторичных частиц лежит в основе метода определения природы первичной частицы. Атмосфера служит именно тем «рабочим телом» гигантского детектора, который позволяет регистрировать космические лучи сверхвысоких энергий. Однако, этот метод эффективен в области энергий более 1015 эВ.
В области меньших энергий атмосфера уже не может служить «генератором» вторичных частиц: они в большинстве своем погибают в верхних слоях атмосферы. Как же измерить энергию частицы в этой области энергий?