к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА

Глоссарий по физике

А   Б   В   Г   Д   Е   Ж   З   И   К   Л   М   Н   О   П   Р   С   Т   У   Ф   Х   Ц   Ч   Ш   Э   Ю   Я  

Широкие атмосферные ливни

Широкие атмосферные ливни - потоки лепто-нов (электронов, мюонов) и адронов, возникающие в атмосфере в результате взаимодействия первичных космич. частиц сверхвысокой энергии (255007-45.jpg> 105 ГэВ) с ядрами атомов воздуха. Поперечные размеры Ш. а. л. достигают неск. км. Ш. а. л. обнаруживаются и изучаются с помощью систем детекторов частиц, расположенных в горизонтальной плоскости и включённых в схему совпадений (см. Совпадений метод). Развиты также методы регистрации черенковского и ионизац. свечения атмосферы под воздействием Ш.а.л. и радиоизлучения Ш.а.л. Ливни впервые обнаружены П. Оже (P. Augez) и P. Маза (R. Maze) в 1938 с помощью системы газоразрядных детекторов, расположенных на одной плоскости на расстояниях ~100м друг от друга. В 1949 на Памире были зарегистрированы Ш.а.л. при раздви-жении детекторов до 1 км.

Источником Ш. а. л. являются электронно-ядерные ливни, порождаемые космич. протонами и более тяжёлыми ядрами с последующим развитием электронно-фотонного и ядерного каскадов в атмосфере. Углы вылета частиц в первом акте взаимодействия адрона, вызывающего Ш.а.л., малы: q255007-46.jpg10-5 рад. Поэтому развитие каскада происходит по направлению движения первичной частицы и Ш. а. л. имеет осевую симметрию относительно этого направления (небольшие отклонения от осевой симметрии могут возникать под влиянием магн. поля Земли). Плотность частиц максимальна около оси и уменьшается с расстоянием. С расстоянием от оси меняется и состав частиц в ливне. Вблизи оси 98% всех частиц составляют электроны (и фотоны) с небольшой примесью адронов высокой энергии. На расстояниях ~200 м электроны составляют лишь 80% потока, а остальные 20% -мюоны, к-рые появляются в ливне из-за распада заряж. пионов и каонов. Возникнув на больших высотах, где атмосфера разрежена, мюоны слабо поглощаются при дальнейшем движении к поверхности Земли и успевают до уровня наблюдения отойти на значит. расстояние от оси ливня.

255007-47.jpg

Рнс. 1. Диск, образованный частицами широкого атмосферного ливня, приближается к установке под углом q; Д-детекторы.

Ш. а. л. можно представить в виде тонкого диска, состоящего из частиц, движущихся со скоростью, близкой к с, по направлению первичной частицы (рис. 1). В центре толщина диска минимальна (~ 1,5 м), а на больших расстояниях увеличивается и на расстоянии 100 м от оси может достигать 50 м. В переднем фронте диска движутся электроны, частицы большей массы запаздывают и населяют "хвост" Ш. а. л. Фронт диска имеет кривизну, радиус к-рой на расстоянии 255007-48.jpg200 м от оси ~ 1,5 км.

В электронно-ядерном ливне, генерированном первичной космич. частицей, часть её энергии передаётся нейтральным пи-мезонам p0. Распадаясь, они дают начало электронно-фотонному каскаду. Заряж. пионы после распада образуют мюоны и нейтрино, к-рые достигают поверхности Земли. Ок. половины энергии сохраняется у адрона высокой энергии, к-рый порождает следующий электронно-ядерный ливень. Этот процесс повторяется многократно. В земной атмосфере укладывается до десятка пробегов ядерного взаимодействия l (рис. 2). Совокупность электронно-фотонных каскадов, а также мюонов и др. частиц от всех последовательных взаимодействий и образует Ш. а. л.

Прямые данные о ядерном составе космич. лучей и характеристиках элементарного акта взаимодействия в области сверхвысоких энергий отсутствуют. Однако сравнение результатов расчёта с экспериментом позволяет сделать заключения об изменениях характеристик элементарного акта и ядерного состава космич. лучей с ростом энергии.

Ряд особенностей Ш. а. л. может быть понят на основе теории электронно-фотонных ливней. Напр., поперечный размер электронной компоненты Ш. а. л. определяется ку-лоновским рассеянием электронов и, следовательно, его среднеквадратичный радиус 255007-49.jpg =0,9 r0, где r0 - мольеровский радиус, r0 = 9,5 г/см2 (70 м на уровне моря). Среднеквадратичный радиус Ш. а. л., выраженный в единицах r0, не зависит от высоты (радиус, выраженный в метрах, уменьшается с глубиной в атмосфере). Величина 255007-50.jpg не зависит и от энергии первичной частицы, вызвавшей ливень, но реальный размер ливня, т. е. расстояние от оси, на к-ром ещё существуют коррелированные частицы, растёт с энергией. При предельно высоких энергиях (255007-51.jpg1011 ГэВ) ливень покрывает площадь в сотни км2.

255007-52.jpg

Рис. 2. Ядерный каскад в атмосфере. Цифрами показаны точки последовательных взаимодействий адрона высокой энергии; ЭФК - электронно-фотонный каскад, t0 - радиационная единица длины.

Пространственные характеристики ливня изучаются в функции расстояния от оси ливня r, выраженного в мо-льеровских единицах х = r/r0. Напр., плотность частиц 255007-53.jpg , где N,- число частиц (электронов) в ливне на уровне наблюдения, fe(х) - нормированная функция пространственного распределения, не зависящая от числа частиц Ne. Каскадная теория приводит к зависимости

255007-54.jpg

где s - параметр, характеризующий "возраст ливня", C(s) меняется от 0,16 до 0,4 при изменении s от 0,5 до 1,5. Особенностью теории, учитывающей пространственное распределение частиц (а не только продольное развитие ливня), является рост s при уменьшении х.

Рис. 3. Круговая установка для регистрации электронной компоненты ливня; n -сцинтилляционные детекторы или группы годоскопических счётчиков.

255007-56.jpg

При s255007-55.jpg2 плотность частиц перестаёт меняться с расстоянием. Область, где существует такой режим (r <= 1 м), наз. стволом ливня. Сравнение теории с экспериментом позволяет определить s. Каждый из детекторов Д на рис. 3 измеряет плотность частиц и время прихода фронта ливня с точностью до нc. Распределение плотности частиц определяет положение максимума плотности, т. е. оси ливня, а по времени запаздывания прихода фронта в разные детекторы вычисляется угол q наклона оси. При этом оказалось, что s составляет 1,2 на уровне моря и 1,1 на высоте гор. Столь слабая зависимость s от глубины - следствие электронноядерной природы каскада. Адроны высокой энергии, идущие в стволе, всё время подпитывают ливень и замедляют его "старение". На ядерные процессы указывает и медленное поглощение электронов ливня в атмосфере. В глубине атмосферы электроны Ш. а. л. движутся в равновесии с ад-ронами.

Зная распределение плотностей частиц в установке и предполагая осевую симметрию ливня, можно найти полное число частиц (электронов) в ливне на уровне наблюдения:

255007-57.jpg

Можно также построить спектр ливней по числу частиц К (Ne, х)на разных глубинах x уровня наблюдения в атмосфере (рис. 4). На уровне моря этот спектр имеет вид

255007-58.jpg

Эта зависимость установлена до Ne~107.

255007-59.jpg

Рис. 4. Спектры ливней по числу частиц на различных глубинах в атмосфере: 1) x = 500 г/см2, 2) x = 700 г/см2, 3) х= 1000 г/см2 (уровень моря).

Используя модельные расчёты продольного развития ядерного каскада в атмосфере и измеренное число электронов Ne, можно оценить энергию первичной частицы, вызвавшей ливень. В случае чистого электронно-фотонного каскада это возможно. Однако в электронно-ядерном ливне существуют значит. колебания числа частиц (при фиксир. энергии), вызванные флуктуациями глубины первого акта взаимодействия и доли энергии, передаваемой вторичным частицам. С учётом этих флуктуации можно установить связь между Ne и ср. энергией 255007-60.jpg первичной частицы. Это позволило Г. Б. Христиансену с сотрудниками сделать вывод об изменении спектра первичного космич. излучения для энергий 255007-61.jpg~4 · 106 ГэВ.

Изучение Ш. а. л. ведётся с помощью комплексных установок, включающих систему детекторов для регистрации электронов, по распределению к-рых определяют положение оси Ш. а. л., угла её наклона q, числа частиц. Др. система детекторов служит для измерения адронной и мю-онной компонент, а также для регистрации черенковского свечения атмосферы под воздействием Ш. а. л. (рис. 5). Измеряется не только число частиц разного сорта, но и их энергия и пространственное распределение. Электроны макс. энергии сосредоточены вблизи оси, где их ср. энергия 255007-62.jpg = 5 ГэВ, а их ср. энергия по всему ливню 0,2 ГэВ. Поэтому полная энергия электронно-фотонной компоненты на уровне моря 255007-63.jpg=0,2 Ne ГэВ. Адроны высокой энергии (255007-64.jpg ~ 103 ГэВ) сосредоточены в стволе Ш. а. л. на расстоянии 1-2 м от оси. Их свойства изучают с помощью ионизационных калориметров, фотоэмульсионных и рент-геноэмульсионных камер. Число адронов с 255007-65.jpg> 1 ГэВ не превышает 1 % от числа электронов, а суммарная энергия примерно равна энергии электронно-фотонной компоненты (255007-66.jpg= 0,15 Ne ГэВ). Эта энергия обеспечивает непрерывную подпитку электронно-фотонного каскада.

255008-1.jpg

Рис. 5. Комплексная установка для изучения широкого атмосферного ливня на Тянь-Шане: 1-детектор электронов (до 45 м2); 2 -детектор мюонов (45 м2); 3-детектор времени прихода частиц ливня; 4 - сцинтилляционные детекторы (64 м2); 5 - детекторы положения ствола ливня; 6 - годоскопические счётчики; 7-ионизационный калориметр; 8-детекторы для регистрации черенковского излучения ливня; 9-подземный калориметр; 10 - подземный детектор мюонов.

Мюоны с энергией 255008-2.jpg>300 МэВ регистрируются с помощью детекторов, экранированных толстыми слоями Pb (до 20 см); беззазорные магниты из намагниченного железа позволяют измерять энергию мюонов до 500 ГэВ и их электрич. заряд (рис. 6). Усреднённое пространственное распределение мюонов 105<Nm< 107 имеет вид (r в м)

255008-3.jpg

Полная энергия мюонов, определяемая по их спектру на уровне моря, превышает энергию электронов и адронов, 255008-4.jpg = 8,7.Ne0,8 ГэВ.

Рис. 6. Подземный магнитный спектрометр (МГУ) для изучения мюонов высокой энергии: 1 - искровые камеры; 2-сцинтилляционные детекторы; 3-обмотка электромагнита; 4 - намагниченное железо; m- трек мюона.

255008-5.jpg

Одной из компонент Ш. а. л. является черенковское излучение. Коэф. преломления света n в воздухе мал: n- 1 =h = 2,9·10-4 ехр (-h/7,1), h - высота над уровнем моря в км. Поэтому угол вылета и кол-во излучаемых фотонов Nф малы: qмакс255008-6.jpg , dNф/dl=780h см-1. На высоте 20 км образуется лишь 0,1 фотон/см. Однако число частиц в ливне велико, и кратковременная вспышка черен-ковского излучения (см. Черенкова- Вавилова излучение} от этих частиц может (при благоприятных условиях) превосходить флуктуации свечения ночного неба. Для регистрации черенковского излучения Ш. а. л. используются детекторы с фотоумножителями (рис. 7). Система таких детекторов позволяет вычислить полное кол-во фотонов от черенковской вспышки.

255008-7.jpg

Рис. 7. а-Детектор большой площади с малым телесным углом; б-широкоапер гурный детектор малой площади; 1 - фотоумножитель, 2-параболическое зеркало.

В отличие от детекторов частиц, черенковские детекторы излучения позволяют измерить полное число фотонов, образовавшихся во всей атмосфере, т. е. использовать атмосферу в качестве калориметра. Полное число испущенных фотонов

255008-8.jpg

где a - усреднённая доля частиц с энергией, превышающей пороговую для черенковского излучения (a = 0,4), a t - путь, выраженный в лавинных единицах (от точки взаимодействия до уровня наблюдения x0). В результате подстановки численных значений a и dNф(t)/dt

255008-9.jpg

T. к. энергия первичной частицы, выделившаяся в атмосфере, равна 255008-10.jpg(e - критич. энергия), то E = 3,25 · 10-5 Q ГэВ. Чтобы получить полную энергию первичной частицы 255008-11.jpg, к этой величине необходимо добавить энергию, поглощённую ниже уровня наблюдения.

С помощью комплексных установок получена связь между числом частиц и энергией первичной частицы 255008-12.jpg, измеренной по черенковскому излучению. Для высоты Памира (4000 м над уровнем моря) 255008-13.jpg=80,7 Ne0,8 ГэВ. Это позволило установить, что излом спектра первичного кос-мич. излучения (рис. 4) происходит при энергии 4·10 6 ГэВ, а наклон степенного спектра изменяется от 1,8 при 255008-14.jpg < 4·106 до 2,3 при большей энергии.

Энергия радиоизлучения Ш. а. л. значительно меньше черенковского излучения в видимой области. Обусловлено это тем, что электроны и позитроны вызывают поляризацию атмосферы противоположного знака и поле скомпенсировано, т. к. расстояние между частицами меньше длины волны излучения. Излучение всё же возникает вследствие существования d-электронов (т. е. электронов высокой энергии, появляющихся при ионизации атомов заряж. частицами Ш. а. л.) и аннигиляции позитронов, а также из-за поляризации всего ливня в магн. поле Земли. Регистрация ведётся на частотах в десятки МГц. Радиоизлучение наблюдается на расстояниях в неск. км от ливня, что значительно увеличивает эфф. площадь установки и позволяет продвинуться в область предельно высоких энергий. Исследования проводились в Москве, Якутске, Аделаиде (Австралия) и др.

В США (в Университете Юта) изучается ионизац. свечение Ш. а. л.- свечение возбуждённых атомов азота. Установка включает 67 зеркал диаметром ок. 1,5 м и 880 фотоумножителей. Каждый фотоумножитель регистрирует свет в пределах телесного угла 6,57.10-3ср, а в сумме под наблюдением находится вся верх, полусфера. Такая структура напоминает фасеточный глаз насекомого и получила название "мушиный глаз". Она позволяет регистрировать траекторию ливня в атмосфере, а по яркости каждого участка проследить за продольным развитием ливня. Время высвечивания 10-8 с, l = 250-450 нм. Интенсивность свечения возбуждённых атомов мала, но, в отличие от направленного черенковского излучения, оно изотропно и на расстояниях более 5 км от оси превалирует над черенковским.

Использование Ш. а. л. позволяет найти верх. границы энергетич. спектра космич. излучения и исследовать точечные источники космич. излучений, анизотропию первичного излучения, установить ядерный состав космич. лучей. В России и США разработаны проекты установок для изучения Ш. а. л. предельно высокой энергии площадью в тысячи км2.

Литература по

  1. Христиансен Г. Б., Куликов Г. В., Фомин Ю. А., Космическое излучение сверхвысокой энергии, M., 1975.

    В. С. Мурзин.

    к библиотеке   к оглавлению   FAQ по эфирной физике   ТОЭЭ   ТЭЦ   ТПОИ   ТИ  

    (время поиска примерно 20 секунд)

    Знаете ли Вы, что электромагнитное и другие поля есть различные типы колебаний, деформаций и вариаций давления в эфире.

    Понятие же "физического вакуума" в релятивистской квантовой теории поля подразумевает, что во-первых, он не имеет физической природы, в нем лишь виртуальные частицы у которых нет физической системы отсчета, это "фантомы", во-вторых, "физический вакуум" - это наинизшее состояние поля, "нуль-точка", что противоречит реальным фактам, так как, на самом деле, вся энергия материи содержится в эфире и нет иной энергии и иного носителя полей и вещества кроме самого эфира.

    В отличие от лукавого понятия "физический вакуум", как бы совместимого с релятивизмом, понятие "эфир" подразумевает наличие базового уровня всей физической материи, имеющего как собственную систему отсчета (обнаруживаемую экспериментально, например, через фоновое космичекое излучение, - тепловое излучение самого эфира), так и являющимся носителем 100% энергии вселенной, а не "нуль-точкой" или "остаточными", "нулевыми колебаниями пространства". Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.

    НОВОСТИ ФОРУМАФорум Рыцари теории эфира
    Рыцари теории эфира
     01.10.2019 - 05:20: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Вячеслава Осиевского - Карим_Хайдаров.
    30.09.2019 - 12:51: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Дэйвида Дюка - Карим_Хайдаров.
    30.09.2019 - 11:53: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Владимира Васильевича Квачкова - Карим_Хайдаров.
    29.09.2019 - 19:30: СОВЕСТЬ - Conscience -> РУССКИЙ МИР - Карим_Хайдаров.
    29.09.2019 - 09:21: ЭКОНОМИКА И ФИНАНСЫ - Economy and Finances -> КОЛЛАПС МИРОВОЙ ФИНАНСОВОЙ СИСТЕМЫ - Карим_Хайдаров.
    29.09.2019 - 07:41: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Михаила Делягина - Карим_Хайдаров.
    26.09.2019 - 17:35: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Андрея Пешехонова - Карим_Хайдаров.
    26.09.2019 - 16:35: ВОЙНА, ПОЛИТИКА И НАУКА - War, Politics and Science -> Проблема государственного терроризма - Карим_Хайдаров.
    26.09.2019 - 08:33: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от О.Н. Четвериковой - Карим_Хайдаров.
    26.09.2019 - 06:29: ВОСПИТАНИЕ, ПРОСВЕЩЕНИЕ, ОБРАЗОВАНИЕ - Upbringing, Inlightening, Education -> Просвещение от Ю.Ю. Болдырева - Карим_Хайдаров.
    24.09.2019 - 03:34: ТЕОРЕТИЗИРОВАНИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ - Theorizing and Mathematical Design -> ФУТУРОЛОГИЯ - прогнозы на будущее - Карим_Хайдаров.
    24.09.2019 - 03:32: НОВЫЕ ТЕХНОЛОГИИ - New Technologies -> "Зенит"ы с "Протон"ами будут падать - Карим_Хайдаров.
    Bourabai Research Institution home page

    Боровское исследовательское учреждение - Bourabai Research Bourabai Research Institution